华为首个基于3GPP,IoT所有猫腻

2019-11-05 21:22栏目:通讯产品
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NB-IoT,Niubility Internet of Thing,即牛掰的物联网技术。

华为首个基于3GPP,IoT所有猫腻。前言
上月16号, NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网)作为3GPP R13一项重要课题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议历经2年多的研究终于经全部完成。


近日,华为发布了全球首个基于3GPP R14协议的NB-IoT商用版本eRAN13.1。相较于之前的版本,eRAN 13.1可提供七倍用户速率、两倍小区容量、两倍小区覆盖、定位服务四大性能,探索全面替代GPRS物联网的应用之路。

  关于物联网,小编想从2款很有趣的应用说起。

华为也在今年的世界移动大会物联网峰会上正式面向全球发布了端到端NB-IoT解决方案,使物联网成为运营商未来的基础类业务之一。解决方案主要包括:Huawei LiteOS与NB-IoT芯片使能的智能化终端方案、平滑演进到NB-IoT的eNodeB基站、可支持Core in a Box或NFV切片灵活部署的IoT Packet Core、基于云化架构并具有大数据能力的IoT联接管理平台等,满足了运营商IoT业务低功耗广域覆盖的核心需求。

原文链接:http://drunkevil.com/2015/05/22/learning-lte-part-1/
作者:drunkevil

自从NB-IoT协议冻结以来,NB-IoT以其特有的大容量、低功耗、深度覆盖等特点,迅速占据低功耗广覆盖物联市场。截止至2018年5月份,全球共部署了45张NB-IoT商用网络,建设了超过50万的基站。无线抄表、牛联网、智能井盖、无线烟感、智能门锁等40个用例已在批量部署中,现在已经有超过千万个NB-IoT连接广泛应用于城市管理及个人生活的方方面面。

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为了满足更多的应用场景和市场需求,3GPP在Re-14中对NB-IoT进行了一系列增强技术并于2017年6月完成了核心规范。增强技术增加了定位和多播功能,提供更高的数据速率,在非锚点载波上进行寻呼和随机接入,增强连接态的移动性,支持更低UE功率等级。具体如下:

  这不是在播限制级。这是Nake Labs推出的3D健身镜,这款智能通过3D扫描全身来跟踪您的体型变化。

正文——背景
据相关报道,截至2015年底,国内三大运营商的物联网连接用户数总计已接近一亿户。而据中国科学院物联网研究发展中心预计,2016年国内物联网行业的整体收入将超过一万亿元。如今物联网技术在行业应用的比例逐年提高,渗透生产制造、交通物流、健康医疗、消费电子、零售、汽车等应用行业。万物互联的时代正以极其迅速的脚步走进我们的生活。

一、标准化组织

无线通信技术的演进离不开一些标准化组织。

定位功能:定位服务是物联网诸多业务的基础需求,基于位置信息可以衍生出很多增值服务。NB-IoT增强引入了OTDOA和E-CID定位技术。终端可以向网络上报其支持的定位技术,包括基于OTDOA、A-GNSS、E-CID、WLAN和蓝牙等的定位技术,网络侧根据终端的能力和当下的无线环境,选择合适的定位技术。

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1、ITU(International Telecommunication Union)

国际电信联盟,主要任务是制定标准,分配无线频谱资源,组织各个国家之间的国际长途互连方案,成立于1865年5月17日,是世界上最悠久的国际组织。

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多播功能:为了更有效地支持消息群发、软件升级等功能,NB-IoT增强引入了多播技术。多播技术基于LTE的SC-PTM,终端通过SC-MTCH接收群发的业务数据。

  这款名为Naked(裸体)的智能健身镜通过对身体的扫描建立3D模型,记录体型变化,并向手机同步APP发送数据,分析您的健身效果。

物联网的无线通信技术很多,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。LPWA又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

2、3GPP(3rd Generation Partnership Project)

第三代合作伙伴计划,成立于1998年12月,目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的第三代移动电话系统规范。它致力于GSM到WCDMA的演化,虽然GSM到WCDMA空中接口差别很大,但是其核心网采用了GPRS的框架,因此仍然保持一定的延续性。3GPP基本每一年出台一个版本(Release),目前最新的版本是Release 13。欧洲ETSI、美国ATIS、日本TTC和ARIB、韩国TTA以及我国CCSA是3GPP的6个组织伙伴。

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数据速率提升:Rel-14中引入了新的能力等级UE Category NB2,Cat NB2 UE支持的最大传输块上下行都提高到2536比特,一个非锚点载波的上下行峰值速率可提高到140/125 kbps。

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3、3GPP2(3rd Generation Partnership Project 2)

第三代合作伙伴计划2,与3GPP几乎同时成立,由美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA四个标准化组织发起,中国无线通信标准研究组(CWTS)于1999年6月在韩国正式签字加入3GPP2。其主要致力于从2G的IS-95到3G的CDMA2000标准体系演进,得到拥有多项CDMA关键技术专利的高通公司的较多支持。

3GPP和3GPP2两者实际上存在一定竞争关系,3GPP2致力于以IS-95(在北美和韩国应用广泛的CDMA标准)向3G过渡,和高通公司关系更加紧密。与之对应的3GPP致力于从GSM向WCDMA过渡,因此两个机构存在一定竞争。

非锚点载波增强:为了获得更好的负载均衡,Rel-14中增加了在非锚点载波上进行寻呼和随机接入的功能。这样网络可以更好地支持大连接,减少随机接入冲突概率。

  还有亚马逊那个邪恶的“一键下单”按钮。..

按照网络传输速率分类,如图。

4、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)

电气电子工程师学会,作为IT领域学术界的老大,在无线通信标准方面主要制订了大名鼎鼎的WiFi协议以及WiMAX协议,并力推WiMAX作为3G标准。

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各个组织的关系可以概括为

在ITU协调下,满足一定需求的移动通信技术统称为“IMT家族”(International Mobile Telecommunications Family),ITU为这些技术分配相应的频谱资源。从技术和标准的角度看,后面三个组织负责标准制定,来满足IMT的需求,不断地对无线通信系统进行完善。如下图所示。

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就中国来说,图中3GPP的演进路线包括了移动和联通从2G、3G到4G的演进过程,而3GPP2则代表了电信的演进过程。

在3GPP标准的演进过程中,2G时代的GSM/GPRS/EDGE主要基于时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)接入技术;3G时代主要是码分多址接入(CDMA)技术;最后,LTE采用了正交频分复用多址接入(OFDMA)技术。目前,OFDM在无线通信标准的演进中已经起到主导作用。

移动性增强:Rel-14中NB-IoT控制面CIoT EPS优化方案引入了RRC连接重建和S1 eNB Relocation Indication流程。RRC连接重建时,原基站可以通过S1 eNB Relocation Indication流程把没有下发的NAS数据还给MME,MME再通过新基站下发给UE。用户面CIoT EPS优化方案在无线链路失败时,使用LTE原有切换流程中的数据前转功能。

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二、LTE基本需求

LTE标准化流程始于2004年11月在多伦多召开的一次研讨会上,当时参与移动通信业务开发的许多公司,都阐述了他们关于3GPP所推进的技术规范未来演进的设想,主要包括基本需求和满足需求的适当技术。

具体需求可概括为:

  • 减少时延,包括连接建立和传输两个方面;
  • 提高用户数据传输速率;
  • 为保证业务的一致性,提高小区边缘用户的比特率;
  • 降低每比特成本,提高频谱效率;
  • 提高频谱使用的灵活性;
  • 简化网络结构;
  • 无缝移动性,包括不同的无线接入技术之间;
  • 实现移动终端的合理功耗。

为了满足这些需求,LTE系统设计涵盖了无线接口和无线网络架构两个方面。

在LTE的第一个版本也就是Release 8中,对这些需求进行了定性的描述,比如下行峰值速率100 Mbit/s,上行峰值速率50 Mbit/s,下行峰值频谱效率5 bit/s/Hz,上行峰值频谱效率5 bit/s/Hz等。具体的性能见下表:

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需要说明的是,峰值速率也许并不是一个关键的因素,只是一个理论上的值,实际中仅仅是运营商宣传的噱头。

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理论上,峰值速率定义为:把整个带宽都分配给一个用户,并采用最高阶调制和编码方案以及最多天线数目前提下每个用户所能达到的最大吞吐量。在Release 8中对天线数的基本假设是终端具有两根接收天线和一根发射天线。所有这些条件对于一个用户来说几乎不可能同时满足,峰值速率也就没有太大的实际意义了。

更低UE功率等级:Rel-14在原有23/20dBm功率等级的基础上,引入了14dBm的UE功率等级。这样可以满足一些无需极端覆盖条件,但是需要小容量电池的应用场景。

  这个东西叫Dash Button,就是一个可贴在家里的塑料按钮。比如在洗衣机上贴一个,发现洗衣液用完了,按下按钮就下单了,然后快递就嗖嗖来了。 剁手党直呼受不了。

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三、LTE关键技术

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现在,NB-IoT已经被3GPP和GSMA认可为5G时代的物联网技术,将在低功耗广覆盖物联市场中长期演进。然而,随着物联网市场的不断发展,NB-IoT的第一代R13协议已经不能满足不断丰富的物联网应用对NB-IoT性能的需求。比如,资产/宠物跟踪需要低功耗的定位功能来降低设备成本和充电的频度。再者,由于GPRS的频谱效率较低,需要能够支撑高通信速率的物联技术来替代GPRS,以加速GSM频谱的重耕。

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由上图可知,高速率业务主要使用3G、4G技术;中等速率业务主要使用GPRS技术。低速率业务目前还没有很好的蜂窝技术来满足,而它却有着丰富多样的应用场景,很多情况下只能使用GPRS技术勉力支撑。

OFDM

OFDM之于LTE就像是CDMA之于三大3G标准,是LTE系统的基础和核心。除了技术演进的需求之外,LTE之所以会选择OFDM的另一个原因在于3GPP想避开高通公司高昂的CDMA专利费用,且已经有IEEE的WiMAX作为OFDM的领航者。

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OFDM系统参数设定对整个系统的性能会产生决定性的影响,其中载波间隔又是OFDM系统的最基本参数,经过理论分析与仿真比较最终确定为15kHz。循环前缀(CP)的长度决定了OFDM系统的抗多径能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰,支持大范围覆盖,但系统开销也会相应增加,导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100Km的覆盖要求,LTE系统采用长短两套循环前缀方案,根据具体场景进行选择:短CP方案为基本选项,长CP方案用于支持LTE大范围小区覆盖和多小区广播业务。

为此,在R14协议中,3GPP定义了NB-IoT性能增强特性,华为eRAN 13.1是全球首个基于R14协议的商用版本:

  以上2个物联网应用,都是采用的WiFi通信技术。

所以基于对对蜂窝物联网这一趋势和需求的敏锐洞察,2013年初,华为与业内有共识的运营商、设备厂商、芯片厂商一起开展了广泛而深入的需求和技术研讨,并迅速达成了推动窄带蜂窝物联网产业发展的共识,NB-IoT研究正式开始。NB-IoT标准具体演变历史是怎样的?你接着往下看。

MIMO

使用多天线技术,可以把空间域作为另一个新资源。在追求更高的频谱效率的要求下,多天线技术已经成为最基本的解决方案之一。

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多天线技术可以带来下图所示的三种基本增益:

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  • (a) 分集增益:利用多天线带来的空间分集来改善多径衰落情况下传输的健壮性。
  • (b) 阵列增益:通过预编码或者波束成形使能量集中在一个或者多个方向。
  • (c) 空间复用增益:在可用天线组合所建立的多重空间层上,将多个信号流传输给单个用户。

LTE已确定MIMO天线个数的基本配置是下行2×2、上行1×2,但也在考虑4×4的高阶天线配置。另外,LTE也采用小区干扰抑制技术来改善小区边缘的数据速率和系统容量。下行方向MIMO方案相对较多,根据2006年3月雅典会议报告,LTE-MIMO下行方案可分为两大类:发射分集和空间复用两大类。目前,考虑采用的发射分集方案包括块状编码传送分集(STBC,SFBC),时间(频率)转换发射分集(TSTD,FSTD),包括循环延迟分集(CDD)在内的延迟分集(作为广播信道的基本方案),基于预编码向量选择的预编码技术。其中预编码技术已被确定为多用户MIMO场景的传送方案。

第一,七倍用户速率:上行峰值速率达157kbps,下行单用户峰值速率达102kbps,在单用户速率上具备全面替代GPRS应用的能力。

  物联网的无线通信技术很多,主要分为两类:一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术;另一类是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗广域网),即广域网通信技术。

 

四、LTE演进过程

LTE的第一个版本(Release 8)在2007年12月完成,第一个商用网络于2009年在北欧部署。目前为止,3GPP共发布了6个版本,分别为Release 8到Release 13,

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第二,两倍小区容量:单小区最大用户数可到8万以上,接近R13协议小区容量的2倍,为连接万物提供容量的有力支撑。

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NB-IoT标准演变历史
2013年初,华为与相关业内厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展,并起名为LTE-M(LTE for Machine to Machine)。在LTE-M的技术方案选择上,当时主要有两种思路:一种是基于现有GSM演进思路;另一种是华为提出的新空口思路,当时名称为NB-M2M。

Release 8 - LTE 初出茅庐

LTE最初为3GPP R8,R8主要定义了以下内容:

1)高峰值数据速率:下行100 Mbps,上行50 Mbps;
2)高频谱效率;
3)灵活带宽:1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz and 20 MHz;
4)IP数据包在理想无线条件下时延为5毫秒;
5)简化网络架构;
6)OFDMA下行和SC-FDMA上行;
7)全IP网络;
8)MIMO多天线方案;
9)成对(FDD)和非成对频谱(TDD)。

第三,两倍小区覆盖:华为独有的上行信道估计增强技术,增强小区的深度覆盖能力,降低运营商投资建网的成本。

  LPWA又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

 

Release 9 - 增强型LTE

R9是最初的LTE增强版,只是对R8做了一些补充,以及基于R8做了一些小小的改进。主要内容包括:

1)PWS(Public Warning System,公共预警系统): 在自然灾害或其它危急情况下,公众应该能及时收到准确的警报。加上R8引入的EWTS(地震海啸预警系统),R9引入了CMAS(商用手机预警系统),以便在灾后电视、广播信号和电力等中断的情况,该预警系统仍能够以短信的方式及时向居民通报情况。

2)Femto Cell: Femto Cell基本上用于办公室或家中,并通过固话宽带连接连接到运营商网络。3G Femto Cell被部署于世界各地,为了让LTE用户也能用上Femto Cell,R9引入了Femto Cell。

3)MIMO波束赋型:在eNB估算位置,直接将波束指向UE,波束赋形可以提升小区边缘吞吐率,在R8,LTE只支持单层波束赋形,R9将之扩展至多层波束赋形。

4)自组织网络(SON): 为了减少人力成本,SON的意思是,网络自安装、自优化、自修复。SON的概念在R8就引入,不过,当时主要是针对eNB自配置,到了R9,根据需求增加了自优化部分。

5)EMBMS:有了多媒体广播多播业务(MBMS),运营商可以通过LTE网络提供广播服务。虽然这一想法并不新颖,广播服务早已运用于传统网络,但LTE中的MBMS信道是从数据速率和容量的角度发展而来。R8完成了在物理层对MBMS的定义,R9完成了更高层的定义。

6)LTE定位: R9定义了三种LTE定位方法,即A-GPS(辅助GPS)、OTDOA(到达时间差定位法)和E-CID(增强型小区ID)。主要目的是为了在紧急情况下,且用户无法确定自己位置的情况下,提升用户位置信息的准确性。

第四,不依赖GPS的位置定位:终端无需集成GPS模块,定位精度可低至50米,耗电量和定位时延仅为GPS方案的一半,能更好的服务于资产跟踪、物流运输、宠物跟踪等应用场景。

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2014年5月,由沃达丰,中国移动,Orange,Telecom Italy,华为,诺基亚等公司支持的SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things” 在3GPP GERAN工作组立项,LTE-M的名字演变为Cellular IoT,简称CIoT。

Release 10 - LTE Advanced

R10属于LTE-A标准。由于ITU IMT-Advanced提出了R8无法实现的更高速率要求,为此,R10提出了很多重要的功能和提升。

ITU IMT-Advanced提出的主要需求包括:

  • 1 Gbps DL / 500 Mbps UL 吞吐率
  • 高频谱效率
  • 全球漫游

R10主要新增内容包括:

1)增强型上行链路多址(Enhanced Uplink multiple access): R10引入了分簇单载波频分多址(clustered SC-FDMA)。R8的SC-FDMA只允许频谱连续块,而R10允许频率选择性调度。

2)MIMO增强: LTE_A允许下行高达8×8 MIMO,在UE侧,它允许上行4X4MIMO。

3)中继节点(Relay Nodes): 在弱覆盖环境下,Relay Nodes或低功率enb扩展了主eNB的覆盖范围,Relay Nodes通过Un接口连接到Donor eNB (DeNB)。

4)增强型小区间干扰协调(eICIC):eICIC主要应付异构网络(HetNet)下的干扰问题, eICIC使用功率、频率或时域来减小HetNet下的频率干扰。

5)载波聚合(CA):对于运营商来说,载波聚合是最低成本的办法去利用他们手上的碎片频谱资源来提升终端用户速率。通过合并5个20MHz载波,LTE-A支持最高100MHz载波聚合。

6)支持异构网络(HetNet): 宏蜂窝小区和small cell结合而组成异构网络。

7)增强型SON: 针对网络自修复流程,R10提出了增强型SON。

华为LTE产品线副总裁陈传飞表示:“未来几年,逐步构建全业务能力已经成为全球运营商的共识,物联网将成为运营商深耕垂直行业的最佳实践。本次基于R14的NB-IoT商用版本发布,在用户速率、小区容量、小区覆盖等方面提升NB-IoT网络的性能,通过定位服务扩展NB-IoT的应用范围。在2018年,华为将在提升网络性能的基础上,通过NB-IoT开放实验室和本地产业联盟,深入生态建设和商业探索,与运营商和合作伙伴一起开启物联网规模商用的黄金时代。”

 

 

Release 11 - 增强型 LTE Advanced

R11主要内容包括:

1)增强型载波聚合:

  • 多时间提前量(TAS)用于上行链路载波聚合
  • 非连续的带内载波聚合
  • 为支持TDD LTE载波聚合,物理层的变化

2)协作多点传输(COMP):是指地理位置上分离的多个传输点,协同参与为一个终端的数据(PDSCH)传输或者联合接收一个终端发送的数据(PUSCH)。

3)ePDCCH: 为了提升控制信道容量,R11引入了ePDCCH。ePDCCH使用PDSCH资源传送控制信息,而不像R8的PDCCH只能使用子帧的控制区。

4)基于网络的定位: 这是一种上行定位技术,其原理是基于eNB测量的参考信号的时间差来实现。

5)最小化路测(MDT): 路测费用是昂贵的。为了减少对路测的依赖,R11推出了新的解决方案,它是独立于SON,MDT基本上依赖于UE提供的信息。

6)机对机通信的Ran过载控制(Ran overload control for Machine type communication):当过多设备接入网络时,网络可以禁止一些设备向网络发送连接请求。

7)In Device Co Existence:移动终端设备通常有多个射频通路,比如LTE,3G,蓝牙,WLAN等, 为了减轻多路并存带来的干扰,R11提出了如下解决方案:

  • 基于DRX时域解决方案
  • 频域解决方案
  • UE自主否认

8)智能手机电池节能技术: UE可以通知网络是否需要进入省电模式或普通模式,根据UE的请求,网络可以修改DRX参数。

文章来源:华为官网

  万物互联是大趋势,是发展的必然,各种物联网技术也是梭镖林立。

2015年4月,PCG(Project Coordination Group)会议上做了一件重要的决定:CIoT在GERAN做完SI之后,WI阶段要到RAN立项并完成相关协议。

Release 12 - 更强的增强型 LTE Advanced

1)增强型small cell: 主要内容包括密集区域部署small cell,宏小区和small cell之间的载波聚合等。

2)增强型载波聚合: R12允许TDD和FDD之间载波聚合,还允许3载波聚合。

3)机器对机器通信(MTC):未来几年内,机器对机器通信可能会爆发性增长,很可能会引起网络信令、容量不足的问题。为了应付这种情况,新的UE category被定义,作为对MTC的进一步优化。

4)WiFi和LTE融合: LTE和WiFi之间融合,运营商可以更好管理WiFi。在R12中,提出了LTE和WIFI之间的流量转移和网络选择机制。

5)LTE未授权频谱(LTE-U): 丰富的未授权频谱资源,可以增加运营商网络容量和性能。

  面对各种兴起的物联网技术,3GPP主要有三种标准:LTE-M、EC-GSM和NB-IoT,分别基于LTE演进、GSM演进和Clean Slate技术。

2015年5月,华为和高通在共识的基础上,共同宣布了一种融合的解决方案,即上行采用FDMA多址方式,下行采用OFDM多址方式,融合之后的方案名字叫做NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)。

Release 13 - 满足不断增长的流量需求

1)增强型载波聚合: R13的目标是支持32 CC 载波聚合,而在R10中,仅支持5 CC。

2)增强型机对机通信(MTC): 更低的UE category,进一步减少物联网设备使用带宽、能耗,延长设备电池使用时间。

3)增强型LTE-U: 为了面向高增长的流量需求,R13的目标是,主小区使用授权频谱,从小区使用未授权频谱。

4)室内定位: R13将致力于提升现有的室内定位技术,也探索新的定位方法,提高室内定位的准确性

5)增强的多用户传输技术: R13将采用叠加编码来提升下行多用户传输技术。

6)增强型MIMO: R13将致力于多达64天线端口的更高阶MIMO系统。

  ●LTE-M

 

  LTE-M,即LTE-Machine-to-Machine,是基于LTE演进的物联网技术,在R12中叫Low-Cost MTC,在R13中被称为LTE enhanced MTC (eMTC),旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。

2015年8月10日,在GERAN SI阶段最后一次会议,爱立信联合几家公司提出了NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念。

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  知道LTE UE categories的朋友并不会陌生。为了适应物联网应用场景,3GPP在R11中定义了最低速率的UE设备为UE Cat-1,其上行速率为5Mbps,下行速率为10Mbps。为了进一步适应于物联网传感器的低功耗和低速率需求,到了R12,3GPP又定义了更低成本、更低功耗的Cat-0,其上下行速率为1Mbps。

2015年9月,RAN#69次会议上经过激烈讨论,各方最终达成了一致,NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演进到了NB-IoT(Narrow Band IoT)。

  ●EC-GSM

 

  EC-GSM,即扩展覆盖GSM技术(Extended Coverage-GSM)。

2016年6月16日,NB-IoT R核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结。性能规范在3GPP RAN4工作组,计划在9月份结束。性能规范NB-IoT与eMTC同时进行,计划同时完成。

  各种LPWA技术的兴起,传统GPRS应用于物联网的劣势凸显。2014年3月,3GPP GERAN #62会议“Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things”研究项目提出,将窄带(200 kHz)物联网技术迁移到GSM上,寻求比传统GPRS高20dB的更广的覆盖范围,并提出了5大目标:提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延。2015年,TSG GERAN #67会议报告表示,EC-GSM已满足5大目标。

 

  GERAN(GSM EDGE Radio Access Network)是GSM/EDGE 无线通信网络(Radio Access Network)的缩写。GERAN由3GPP主导,主要制定GSM标准。由于早期的蜂窝物联网技术是基于GSM的,所以一些物联网立项都是GERAN进行的。

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  随着技术的发展,蜂窝物联网通信需要进行重新定义,我们形象的叫做“clean-slate”方案,类似于“打扫干净屋子再请客”的说法,这就出现了NB-IoT。由于NB-IoT技术并不基于GSM,是一种clean-slate方案,所以,蜂窝物联网的工作内容转移至RAN组。GERAN将继续研究EC-GSM,直到R13 NB-IoT标准冻结。

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  ●NB-IoT

  2015年8月,3GPP RAN开始立项研究窄带无线接入全新的空口技术,称为Clean Slate CIoT,这一Clean Slate方案覆盖了NB-CIoT。

  NB-CIoT是由华为、高通和Neul联合提出,NB-LTE是由爱立信、诺基亚等厂家提出。

  NB-CIoT提出了全新的空口技术,相对来说在现有LTE网络上改动较大,但NB-CIoT是提出的6大Clean Slate技术中,唯一一个满足在TSG GERAN #67会议中提出的5大目标(提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延)的蜂窝物联网技术,特别是NB-CIoT的通信模块成本低于GSM模块和NB-LTE模块。

  NB-LTE更倾向于与现有LTE兼容,其主要优势在于容易部署。

  最终,在2015年9月的RAN #69会议上经过激烈撕逼后协商统一,NB-IoT可认为是NB-CIoT和NB-LTE的融合。

  这里引用一段3GPP RAN会议报告关于蜂窝物联网技术的描述:

  物联网(Internet of Thing, IoT)是未来重要技术,3GPP在R12/R13虽然也有MTC(Machine Type Communication)相关技术,但其基本做法是在既有LTE技术与架构上进行优化,并非针对物联网特性进行全新的设计。 相对于MTC技术优化的做法,蜂窝物联网(Cellular Internet of Thing, CIoT)技术项目建议针对物联网特性全新设计,不一定要相容于既有的LTE技术框架。

  为了简单了解物联网标准推进过程,我们举例摘要一下华为的2个提案:

  ●RP-150709 : “Views on specification for a Cellular IoT system in RAN” , Huawei  

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  Huawei认为,如上图所示,既有的移动通信技术如LTE较适用于如智慧城市等需要高速率的应用;一些低速的技术如WiFi等可应用于智慧家庭等;针对其它需要极低速、极低成本、 低功率的应用,如智能读表(Metering)、传感器追踪(Sensor Tracking) 等,这是CIoT技术特别适用的场景,终端数量上也是最多的。

  目前推动CIoT有两大方向: 一个是基于GSM系统持续改进的技术,另一个就是建议全新的(Clean Slate)CIoT 技术设计。

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  Huawei建议RAN1~RAN4 工作小组都应将CIoT 全新技术纳入工作项目,并尽快将其列为R13工作项目。

 

 

  ●RP-151359 : “NB-CIoT – Deployment Scenarios” , Huawei

  这是华为提出的NB-CIoT的三个应用场景:

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  上图中,左图是CIoT利用GSM载波的来部署,将原本提供GSM服务的部分载波移至给CIoT使用;

  中间图的部署方式是CIoT与既有网络系统独立部署,各自使用独立的频谱,彼此不会互相干扰,是最简单的部署方式,但CIoT需要一段自己的频谱;

  右图是将CIoT与既有的 LTE系统共存,利用LTE频谱边缘信号强度较弱的部分部署CIoT,优点是CIoT不需要一段自己的频谱,缺点是可能发生与LTE系统干扰问题,但是,若CIoT与LTE最旁边的子载波距离200KHz以上的话,CIoT与LTE的共存干扰可被有效控制。

  关于NB-CIoT和NB-LTE的区别,上几张图,有兴趣的可以看看。..

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  物联网技术这么多,撕逼当然很惨烈,除了NB-CIoT和NB-LTE之撕,还有NB-IoT和LTE-M之撕,当然还有3GPP下的蜂窝物联网技术与其它LPWA技术之撕…

  有人说,NB-IoT标准的出现,将撕碎Sigfox和LoRa等技术,因为支持NB-IoT的运营商要比使用Sigfox和LoRa技术的运营商拥有更大的客户群规模。

  Sigfox和LoRa等技术的粉丝们表示不以为然,他们认为,NB-IoT还未商用部署,未来好几年时间内技术成本仍会居高不下。这确实是个问题,我家电冰箱才花了699元,如果装一个20美元的通信模块,成了物联网智能冰箱,价格一下涨到730元,我一定不买了,别问我为什么?穷!

  不过,据说通信模块可以降到5美元以下的,我们还是应该期待的。而且,不仅是智能家居(让WiFi去玩吧),物联网的应用场景相当广泛,比如,智能泊车、自行车联网防盗、车联网、智慧城市、智慧建筑、环境监控…

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