NB-IoT 與eMTC的十輪鏖戰

伴隨移動通信技術的不斷發展，全球物聯網即將迎來快速的發展。在國際運營商中， AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先後開展了eMTC的商用。

在，電信率先起跑，在確立了800MHz組網能力之後，一口氣要建成30萬NB-IOT基站。聯通與Jasper簽訂雙排他協議，早早確定了NB-IOT作為發展方向。

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網路決定了其決策上的糾結性。

本文就NB-IoT 與eMTC 的主要性能，在十個方面進行了系統地梳理及詳細地分析，在十輪論戰過後，讓我們再重新審視中移動的最佳決策應該是什麼樣子的。

在物聯網的建網中，有非常多的應用場景需要滿足，那麼NB-IoT 與eMTC是在哪個場景下進行PK的呢？主要有三個場景，我們依次來看一下。

物聯網應用可根據速率、時延及可靠性等要求，主要可分為三大類：

場景一：低時延、高可靠性業務。該類業務對吞吐率、時延或可靠性要求較高，其典型應用包含車聯網、遠程醫療等；

場景二：中等需求類業務。該類業務對吞吐率要求中等或偏低，部分應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，其典型業務主要有智能家防，可穿戴設備等；

場景三：LPWA(Low Power Wide Area)業務。LPWA業務的主要特徵包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求廣（深）覆蓋且所涉終端數量巨大，其典型應用包含抄表、環境監控、物流、資產追蹤等。

在以上各類業務中，LPWA業務由於連接需求規模大，是全球各運營商爭奪連接的主要市場。NB-IoT 與eMTC也主要是在這個戰場上進行PK的。

二、戰敗了哪些對手

NB-IoT 與EMTC一路走來，是戰敗了哪些網路制式，才走到最後的呢？

目前，存在多種可承載LPWA類業務的物聯網通信技術，如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等，但存在如下問題：

1.終端續航時長無法滿足要求，如：目前GSM終端待機時長（不含業務）僅20天左右，在一些LPWA典型應用如抄表類業務中更換電池成本高，且某些特殊地點如深井、煙囪等更換電池很不方便。

2.無法滿足海量終端的應用需求，物聯網終端的一大特點就是海量，因此需要網路能夠同時接入大量用戶，而現在針對非物聯網應用設計的網路無法滿足同時接入海量終端的需求。

3.典型場景網路覆蓋不足，例如深井、地下車庫等覆蓋盲點，室外基站無法實現全覆蓋。

4.成本高，對於部署物聯網的企業來說，選擇LPWA的一個重要原因就是部署的低成本。智能家居應用主流通信技術是WiFi， WiFi模塊雖然本身價格較低，已經降到了10元人民幣以內了，但支持WiFi的物聯網設備通常還需無線路由器或無線AP做網路接入、或只能做區域網通信。而蜂窩通信技術對於企業來說部署成本太高，國產最普通的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網技術，其基於非授權頻譜傳輸，傳輸干擾大，安全性差，無法確保可靠傳輸。

上述幾點已經成為阻礙LPWA業務發展的影響因素，與這些制式相比，NB-IoT 與EMTC優勢較為明顯。

1.覆蓋

NB-IOT ：設計目標是在GSM 基礎上覆蓋增強20dB。以144 dB 作為GSM 的最大耦合路損，則NB-IoT 設計的最大耦合路損為164 dB。其中，其下行主要依靠增大各通道的最大重傳次數以獲得覆蓋上的增加。而在其通過上行覆蓋增強技術，儘管NB-IoT 終端上行發射功率（23 dBm）較GSM（33 dBm）低10 dB，其傳輸帶寬的變窄及最大重複次數的增加使其上行可工作在164 dB 的最大路損下。

eMTC：其設計目標是在LTE 最大路損（140 dB）基礎上增強15 dB 左右，最大耦合路損可達155 dB。該技術覆蓋增強主要依靠通道的重複，其覆蓋較NB-IoT 差9dB 左右。

總結來看，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 覆蓋增強可用於提高物聯網終端的深度覆蓋能力，也可用於提高網路的覆蓋率，或者減少站址密度以降低網路成本等。

2.功耗

由於多數物聯網應用都由於地理位置或成本原因，存在終端不易更新的問題，因此功耗，就對物聯網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 標準中的終端電池壽命設計目標為10 年。在實際設計中，NB-IoT 引入eDRX 與PSM 等節電模式以降低功耗，該技術採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程等多種方案提升電池效率，以達到10 年壽命的設計預期。但在實際應用中，NB-IoT 的電池壽命與具體的業務模型及終端所處覆蓋範圍密切相關。

eMTC ：在較理想的場景下，電池壽命預期也可達10 年水平，其終端也引入了PSM 與eDRX 兩種節電模式，但是實際性能，還需后在不同場景中做進一步評估、驗證。

3.模組成本

NB-IoT ：其採用更簡單的調製解調編碼方式，以降低存儲器及處理器的要求；採用半雙工的方式，無需雙工器、降低帶外及阻塞指標等等一系列方法。在目前市場規模下，其模組成本可達5 美金以下，在今後市場規模擴大的情況下，規模效應有可能使其模組成本進一步下降。具體金額及時間進度，依賴產業發展的速度而定。

eMTC ：其也在LTE 的基礎上，針對物聯網應用需求對成本進行了一定程度的優化。在市場初期的規模下，其模組成本可低於10 美金。

4.連接數

連接數是物聯網能夠進行大規模應用的關鍵因素。

NB-IoT ：其在設計之初所定目標為5 萬連接數/ 小區，根據初期計算評估，目前版本可基本達到要求。但是否可達到該設計目標取決於小區內各NB-IoT 終端業務模型等因素，需後續進一步測試評估。

eMTC：其連接數並未針對物聯網應用做專門優化，目前預期其連接數將小於NB-IoT技術，具體性能需後續進一步測試評估。

5.後續需增強功能

定位功能：在NB-IoT技術的R13 版本中，為降低終端的功耗，在系統設計時，並未設計PRS 及SRS。因此，目前NB-IoT 僅能通過基站側E-CID 方式定位，精度較粗。當然，未來的升級中將進一步考慮增強定位精度的特性與設計。

多播(multi-cast)功能 ：在物聯網業務中，基站有可能需要對大量終端同時發出同樣的數據包。在NB-IoT 的R13 版本中，無相應多播業務，在進行該類業務時需逐個向每個終端下發相應數據，浪費大量系統資源，延長整體信息傳送時間。在R14 版本中，有可能對多播特性進行考慮，以改善相關性能。

移動性/ 業務連續性增強功能：R13 中NB-IoT 主要針對靜止/ 低速用戶設計、優化，不支持鄰區測量上報，因此無法進行連接態小區切換，僅支持空閑態小區重選。R14 階段會增強UE 測量上報功能，支持連接態小區切換。

6.對語音支持能力

對於標清與高清的VoIP 語音, 其語音速率分別為12.2kbps 與23.85 kbps。即全網至少需提供10.6 kbps 與17.7 kbps 的應用層速率，方可支持標清與高清的VoIP語音。

NB-IoT ：其峰值上下行吞吐率僅為67 kbps 與30 kbps，因此，在組網環境下，無法對語音功能進行支持。

eMTC：其 FDD 模式上下行速率基本可滿足語音的需求，但從產業角度來看，目前支持情況有限，對於eMTC TDD 模式，由於上行資源數受到限制，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，其連接態下無法進行小區切換或重定向，僅能在空閑態下進行小區重選。在後續版本中，產業界有可能針對某些垂直行業需求，提出連接態移動性管理的需求。

eMTC：由於該技術是在LTE 基礎上進行優化設計，可支持連接態小區切換。

8.網路部署對現網影響

網路部署的難易程度，網路組建成本恐怕是運營商在決策過程中，最重要考慮的問題。

NB-IOT：對於未部署LTE FDD的運營商，NB-IOT 的部署更接近於全新網路的部署，將涉及到無線網及核心網的新建或改造及傳輸結構的調整，同時，若無現成空閑頻譜，則需對現網頻譜（通常為GSM）進行調整（Standalone 模式）。因此，實施代價相對較高。

而對於已部署LTE FDD 的運營商，NB-IoT 的部署可很大程度上利用現有設備與頻譜，其部署相對簡單。但無論是依託那種制式進行建設，都需要獨立部署核心網或升級現網設備。

eMTC：若在現網已部署4G 網路，在該基礎上再部署eMTC 網路，在無線網方面，可基於現有4G網路進行軟體升級，在核心網方面，同樣可通過軟體升級實現。

9.業務模式

NB-IoT ：其在覆蓋、功耗、成本、連接數等方面性能佔優，但無法滿足移動性及中等速率要求、語音等業務需求，比較適合低速率、移動性要求相對較低的LPWA 應用；

eMTC ：其在覆蓋及模組成本方面目前弱於NB-IoT，但其在峰值速率、移動性，語音能力方面存在優勢，適合於中等吞吐率、移動性或語音能力要求較高的物聯網應用場景。運營商可根據現網中實際應用選擇相關物聯網技術進行部署。

因此，一直有專家秉持eMTC網路下，應用場景更加豐富，應用與人的關係更加直接，相對來說，其ARPU值也就更高的觀點。

10. NB-IoT 與eMTC性能小結

現在來看，中移動的選擇，對物聯網產業發展非常關鍵。一方面中移動苦於FDD牌照發放時間的不確定性，以及建設NB-IOT網路的成本遠高於另外兩家，而遲遲下不了決心；另一方面有國際運營商加持的eMTC，又的確有獨特的優勢，但是兩種制式帶來的規模體量沒有達到預期，會使晶元、模組價格居高不下，進一步不利於產業發展。

這都讓中移動難以下決心選擇，因為一旦選擇錯誤，機會成本與網路成本都是十分巨大的。

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