zon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后開展了eMTC的商用。
在我國，電信率先起跑，在確立了800MHz組網(wǎng)能力之后，一口氣要建成30萬NB－IOT基站。聯(lián)通與Jasper簽訂雙排他協(xié)議，早早確定了NB－IOT作為發(fā)展方向。
而最早提出的中移動，卻在NB－IoT 與eMTC之間徘徊不定，這之間的原因，主要是兩種制式各有所長，而中移動的TDD網(wǎng)絡(luò)決定了其決策上的糾結(jié)性。
本文就NB－IoT 與eMTC 的主要性能，在十個方面進(jìn)行了系統(tǒng)地梳理及詳細(xì)地分析，在十輪論戰(zhàn)過后，讓我們再重新審視中移動的最佳決策應(yīng)該是什么樣子的。
一、選擇戰(zhàn)場
在物聯(lián)網(wǎng)的建網(wǎng)中，有非常多的應(yīng)用場景需要滿足，那么NB－IoT 與eMTC是在哪個場景下進(jìn)行PK的呢？主要有三個場景，我們依次來看一下。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可根據(jù)速率、時延及可靠性等要求，主要可分為三大類：
場景一：低時延、高可靠性業(yè)務(wù)。該類業(yè)務(wù)對吞吐率、時延或可靠性要求較高，其典型應(yīng)用包含車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等；
場景二：中等需求類業(yè)務(wù)。該類業(yè)務(wù)對吞吐率要求中等或偏低，部分應(yīng)用有移動性及語音方面的要求，對覆蓋與成本也有一定的限制，其典型業(yè)務(wù)主要有智能家防，可穿戴設(shè)備等；
場景三：LPWA（Low Power Wide Area）業(yè)務(wù)。LPWA業(yè)務(wù)的主要特征包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求廣（深）覆蓋且所涉終端數(shù)量巨大，其典型應(yīng)用包含抄表、環(huán)境監(jiān)控、物流、資產(chǎn)追蹤等。
在以上各類業(yè)務(wù)中，LPWA業(yè)務(wù)由于連接需求規(guī)模大，是全球各運(yùn)營商爭奪連接的主要市場。NB－IoT 與eMTC也主要是在這個戰(zhàn)場上進(jìn)行PK的。
二、戰(zhàn)敗了哪些對手
NB－IoT 與EMTC一路走來，是戰(zhàn)敗了哪些網(wǎng)絡(luò)制式，才走到最后的呢？
目前，存在多種可承載LPWA類業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等，但存在如下問題：
1．終端續(xù)航時長無法滿足要求，如：目前GSM終端待機(jī)時長（不含業(yè)務(wù)）僅20天左右，在一些LPWA典型應(yīng)用如抄表類業(yè)務(wù)中更換電池成本高，且某些特殊地點(diǎn)如深井、煙囪等更換電池很不方便。
2．無法滿足海量終端的應(yīng)用需求，物聯(lián)網(wǎng)終端的一大特點(diǎn)就是海量，因此需要網(wǎng)絡(luò)能夠同時接入大量用戶，而現(xiàn)在針對非物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)無法滿足同時接入海量終端的需求。
3．典型場景網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足，例如深井、地下車庫等覆蓋盲點(diǎn)，室外基站無法實(shí)現(xiàn)全覆蓋。
4．成本高，對于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來說，選擇LPWA的一個重要原因就是部署的低成本。智能家居應(yīng)用主流通信技術(shù)是WiFi， WiFi模塊雖然本身價格較低，已經(jīng)降到了10元人民幣以內(nèi)了，但支持WiFi的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常還需無線路由器或無線AP做網(wǎng)絡(luò)接入、或只能做局域網(wǎng)通信。而蜂窩通信技術(shù)對于企業(yè)來說部署成本太高，國產(chǎn)最普通的2G通信模塊一般在30元人民幣以上，而4G通信模塊則要200元人民幣以上。
5．傳輸干擾大，這主要針對的是非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其基于非授權(quán)頻譜傳輸，傳輸干擾大，安全性差，無法確保可靠傳輸。
上述幾點(diǎn)已經(jīng)成為阻礙LPWA業(yè)務(wù)發(fā)展的影響因素，與這些制式相比，NB－IoT 與EMTC優(yōu)勢較為明顯。
三、NB－IoT與eMTC的十年鏖戰(zhàn)
1．覆蓋
NB－IOT ：設(shè)計目標(biāo)是在GSM 基礎(chǔ)上覆蓋增強(qiáng)20dB。以144 dB 作為GSM 的最大耦合路損，則NB－IoT 設(shè)計的最大耦合路損為164 dB。其中，其下行主要依靠增大各信道的最大重傳次數(shù)以獲得覆蓋上的增加。而在其通過上行覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，盡管NB－IoT 終端上行發(fā)射功率（23 dBm）較GSM（33 dBm）低10 dB，其傳輸帶寬的變窄及最大重復(fù)次數(shù)的增加使其上行可工作在164 dB 的最大路損下。
eMTC：其設(shè)計目標(biāo)是在LTE 最大路損（140 dB）基礎(chǔ)上增強(qiáng)15 dB 左右，最大耦合路損可達(dá)155 dB。該技術(shù)覆蓋增強(qiáng)主要依靠信道的重復(fù)，其覆蓋較NB－IoT 差9dB 左右。
總結(jié)來看，NB－IoT 覆蓋半徑約是GSM／LTE 的4 倍，eMTC覆蓋半徑約是GSM／LTE 的3 倍，NB－IoT 覆蓋半徑比eMTC 大30％。NB－IoT 及eMTC 覆蓋增強(qiáng)可用于提高物聯(lián)網(wǎng)終端的深度覆蓋能力，也可用于提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，或者減少站址密度以降低網(wǎng)絡(luò)成本等。
2．功耗
由于多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都由于地理位置或成本原因，存在終端不易更新的問題，因此功耗，就對物聯(lián)網(wǎng)終端在特殊場景中能否商用，起到非常重要的作用了。
NB－IoT ：在3GPP 標(biāo)準(zhǔn)中的終端電池壽命設(shè)計目標(biāo)為10 年。在實(shí)際設(shè)計中，NB－IoT 引入eDRX 與PSM 等節(jié)電模式以降低功耗，該技術(shù)采用了降低峰均比以提升功率放大器（PA）效率、減少周期性測量及僅支持單進(jìn)程等多種方案提升電池效率，以達(dá)到10 年壽命的設(shè)計預(yù)期。但在實(shí)際應(yīng)用中，NB－IoT 的電池壽命與具體的業(yè)務(wù)模型及終端所處覆蓋范圍密切相關(guān)。
eMTC ：在較理想的場景下，電池壽命預(yù)期也可達(dá)10 年水平，其終端也引入了PSM 與eDRX 兩種節(jié)電模式，但是實(shí)際性能，還需后在不同場景中做進(jìn)一步評估、驗(yàn)證。
3．模組成本
NB－IoT ：其采用更簡單的調(diào)制解調(diào)編碼方式，以降低存儲器及處理器的要求；采用半雙工的方式，無需雙工器、降低帶外及阻塞指標(biāo)等等一系列方法。在目前市場規(guī)模下，其模組成本可達(dá)5 美金以下，在今后市場規(guī)模擴(kuò)大的情況下，規(guī)模效應(yīng)有可能使其模組成本進(jìn)一步下降。具體金額及時間進(jìn)度，依賴產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度而定。
eMTC ：其也在LTE 的基礎(chǔ)上，針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求對成本進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化。在市場初期的規(guī)模下，其模組成本可低于10 美金。
4．連接數(shù)
連接數(shù)是物聯(lián)網(wǎng)能夠進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
NB－IoT ：其在設(shè)計之初所定目標(biāo)為5 萬連接數(shù)／ 小區(qū)，根據(jù)初期計算評估，目前版本可基本達(dá)到要求。但是否可達(dá)到該設(shè)計目標(biāo)取決于小區(qū)內(nèi)各NB－IoT 終端業(yè)務(wù)模型等因素，需后續(xù)進(jìn)一步測試評估。
eMTC：其連接數(shù)并未針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用做專門優(yōu)化，目前預(yù)期其連接數(shù)將小于NB－IoT技術(shù)，具體性能需后續(xù)進(jìn)一步測試評估。
5．后續(xù)需增強(qiáng)功能
定位功能：在NB－IoT技術(shù)的R13 版本中，為降低終端的功耗，在系統(tǒng)設(shè)計時，并未設(shè)計PRS 及SRS。因此，目前NB－IoT 僅能通過基站側(cè)E－CID 方式定位，精度較粗。當(dāng)然，未來的升級中將進(jìn)一步考慮增強(qiáng)定位精度的特性與設(shè)計。
多播（multi－cast）功能 ：在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，基站有可能需要對大量終端同時發(fā)出同樣的數(shù)據(jù)包。在NB－IoT 的R13 版本中，無相應(yīng)多播業(yè)務(wù)，在進(jìn)行該類業(yè)務(wù)時需逐個向每個終端下發(fā)相應(yīng)數(shù)據(jù)，浪費(fèi)大量系統(tǒng)資源，延長整體信息傳送時間。在R14 版本中，有可能對多播特性進(jìn)行考慮，以改善相關(guān)性能。
移動性／ 業(yè)務(wù)連續(xù)性增強(qiáng)功能：R13 中NB－IoT 主要針對靜止／ 低速用戶設(shè)計、優(yōu)化，不支持鄰區(qū)測量上報，因此無法進(jìn)行連接態(tài)小區(qū)切換，僅支持空閑態(tài)小區(qū)重選。R14 階段會增強(qiáng)UE 測量上報功能，支持連接態(tài)小區(qū)切換。
6．對語音支持能力
對于標(biāo)清與高清的VoIP 語音， 其語音速率分別為12．2kbps 與23．85 kbps。即全網(wǎng)至少需提供10．6 kbps 與17．7 kbps 的應(yīng)用層速率，方可支持標(biāo)清與高清的VoIP語音。
NB－IoT ：其峰值上下行吞吐率僅為67 kbps 與30 kbps，因此，在組網(wǎng)環(huán)境下，無法對語音功能進(jìn)行支持。
eMTC：其 FDD 模式上下行速率基本可滿足語音的需求，但從產(chǎn)業(yè)角度來看，目前支持情況有限，對于eMTC TDD 模式，由于上行資源數(shù)受到限制，其語音支持能力較eMTC FDD 模式弱。
7．移動性管理
NB－IoT ：在R13 版本下，其連接態(tài)下無法進(jìn)行小區(qū)切換或重定向，僅能在空閑態(tài)下進(jìn)行小區(qū)重選。在后續(xù)版本中，產(chǎn)業(yè)界有可能針對某些垂直行業(yè)需求，提出連接態(tài)移動性管理的需求。
eMTC：由于該技術(shù)是在LTE 基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，可支持連接態(tài)小區(qū)切換。
8．網(wǎng)絡(luò)部署對現(xiàn)網(wǎng)影響
網(wǎng)絡(luò)部署的難易程度，網(wǎng)絡(luò)組建成本恐怕是運(yùn)營商在決策過程中，最重要考慮的問題。
NB－IOT：對于未部署LTE FDD的運(yùn)營商，NB－IOT 的部署更接近于全新網(wǎng)絡(luò)的部署，將涉及到無線網(wǎng)及核心網(wǎng)的新建或改造及傳輸結(jié)構(gòu)的調(diào)整，同時，若無現(xiàn)成空閑頻譜，則需對現(xiàn)網(wǎng)頻譜（通常為GSM）進(jìn)行調(diào)整（Standalone 模式）。因此，實(shí)施代價相對較高。
而對于已部署LTE FDD 的運(yùn)營商，NB－IoT 的部署可很大程度上利用現(xiàn)有設(shè)備與頻譜，其部署相對簡單。但無論是依托那種制式進(jìn)行建設(shè)，都需要獨(dú)立部署核心網(wǎng)或升級現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備。
eMTC：若在現(xiàn)網(wǎng)已部署4G 網(wǎng)絡(luò)，在該基礎(chǔ)上再部署eMTC 網(wǎng)絡(luò)，在無線網(wǎng)方面，可基于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件升級，在核心網(wǎng)方面，同樣可通過軟件升級實(shí)現(xiàn)。
9．業(yè)務(wù)模式
NB－IoT ：其在覆蓋、功耗、成本、連接數(shù)等方面性能占優(yōu)，但無法滿足移動性及中等速率要求、語音等業(yè)務(wù)需求，比較適合低速率、移動性要求相對較低的LPWA 應(yīng)用；
eMTC ：其在覆蓋及模組成本方面目前弱于NB－IoT，但其在峰值速率、移動性，語音能力方面存在優(yōu)勢，適合于中等吞吐率、移動性或語音能力要求較高的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。運(yùn)營商可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)中實(shí)際應(yīng)用選擇相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行部署。
因此，一直有專家秉持eMTC網(wǎng)絡(luò)下，應(yīng)用場景更加豐富，應(yīng)用與人的關(guān)系更加直接，相對來說，其ARPU值也就更高的觀點(diǎn)。
10． NB－IoT 與eMTC性能小結(jié)
結(jié)束
現(xiàn)在來看，中移動的選擇，對我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常關(guān)鍵。一方面中移動苦于FDD牌照發(fā)放時間的不確定性，以及建設(shè)NB－IOT網(wǎng)絡(luò)的成本遠(yuǎn)高于另外兩家，而遲遲下不了決心；另一方面有國際運(yùn)營商加持的eMTC，又的確有獨(dú)特的優(yōu)勢，但是兩種制式帶來的規(guī)模體量沒有達(dá)到預(yù)期，會使芯片、模組價格居高不下，進(jìn)一步不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這都讓中移動難以下決心選擇，因?yàn)橐坏┻x擇錯誤，機(jī)會成本與網(wǎng)絡(luò)成本都是十分巨大的。
