十大性能PK：当NB-IoT 遇上 eMTC

伴随着移动通信技术的不断发展，全球物联网即将迎来快速的发展。在国际运营商中，AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后开展了eMTC的商用。

在我国，电信率先起跑，在确立了800MHz组网能力之后，一口气要建成30万NB-IOT基站。联通与Jasper签订双排他协议，早早确定了NB-IOT作为发展方向。

而最早提出的中移动，却在NB-IoT与eMTC之间徘徊不定，这之间的原因，主要是两种制式各有所长，而中移动的TDD网络决定了其决策上的纠结性。

本文就NB-IoT与eMTC的主要性能，在十个方面进行了系统地梳理及详细地分析，在十轮论战过后，让我们再重新审视中移动的最佳决策应该是什么样子的。

在物联网的建网中，有非常多的应用场景需要满足，那么NB-IoT 与eMTC是在哪个场景下进行PK的呢？主要有三个场景，我们依次来看一下。

物联网应用可根据速率、时延及可靠性等要求，主要可分为三大类：

在以上各类业务中，LPWA业务由于连接需求规模大，是全球各运营商争夺连接的主要市场。NB-IoT 与eMTC也主要是在这个战场上进行PK的。

NB-IoT 与EMTC一路走来，是战败了哪些网络制式，才走到最后的呢？

目前，存在多种可承载LPWA类业务的物联网通信技术，如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等，但存在如下问题：

上述几点已经成为阻碍LPWA业务发展的影响因素，与这些制式相比，NB-IoT 与EMTC优势较为明显。

NB-IoT与eMTC的十轮鏖战

总结来看，NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍，NB-IoT 覆盖半径比eMTC 大30%。NB-IoT 及eMTC 覆盖增强可用于提高物联网终端的深度覆盖能力，也可用于提高网络的覆盖率，或者减少站址密度以降低网络成本等。

NB-IoT ：在3GPP 标准中的终端电池寿命设计目标为10 年。在实际设计中，NB-IoT 引入eDRX 与PSM 等节电模式以降低功耗，该技术采用了降低峰均比以提升功率放大器（PA）效率、减少周期性测量及仅支持单进程等多种方案提升电池效率，以达到10 年寿命的设计预期。

eMTC ：在较理想的场景下，电池寿命预期也可达10 年水平，其终端也引入了PSM 与eDRX 两种节电模式，但是实际性能，还需后在不同场景中做进一步评估、验证。

NB-IoT ：其采用更简单的调制解调编码方式，以降低存储器及处理器的要求；采用半双工的方式，无需双工器、降低带外及阻塞指标等等一系列方法。在目前市场规模下，其模组成本可达5 美金以下，在今后市场规模扩大的情况下，规模效应有可能使其模组成本进一步下降。

eMTC ：其也在LTE 的基础上，针对物联网应用需求对成本进行了一定程度的优化。在市场初期的规模下，其模组成本可低于10 美金。

4连接数

NB-IoT ：其在设计之初所定目标为5 万连接数/ 小区，根据初期计算评估，目前版本可基本达到要求。但是否可达到该设计目标取决于小区内各NB-IoT 终端业务模型等因素，需后续进一步测试评估。

eMTC：其连接数并未针对物联网应用做专门优化，目前预期其连接数将小于NB-IoT技术，具体性能需后续进一步测试评估。

定位功能：在NB-IoT技术的R13 版本中，为降低终端的功耗，在系统设计时，并未设计PRS 及SRS。因此，目前NB-IoT 仅能通过基站侧E-CID 方式定位，精度较粗。当然，未来的升级中将进一步考虑增强定位精度的特性与设计。

多播(multi-cast)功能 ：在物联网业务中，基站有可能需要对大量终端同时发出同样的数据包。在NB-IoT 的R13 版本中，无相应多播业务，在进行该类业务时需逐个向每个终端下发相应数据，浪费大量系统资源，延长整体信息传送时间。在R14 版本中，有可能对多播特性进行考虑，以改善相关性能。

移动性/ 业务连续性增强功能：R13 中NB-IoT 主要针对静止/ 低速用户设计、优化，不支持邻区测量上报，因此无法进行连接态小区切换，仅支持空闲态小区重选。R14 阶段会增强UE 测量上报功能，支持连接态小区切换。

对于标清与高清的VoIP 语音, 其语音速率分别为122kbps 与2385 kbps。即全网至少需提供106 kbps 与177 kbps 的应用层速率，方可支持标清与高清的VoIP语音。

NB-IoT ：其峰值上下行吞吐率仅为67 kbps 与30 kbps，因此，在组网环境下，无法对语音功能进行支持。

eMTC：其 FDD 模式上下行速率基本可满足语音的需求，但从产业角度来看，目前支持情况有限，对于eMTC TDD 模式，由于上行资源数受到限制，其语音支持能力较eMTC FDD 模式弱。

NB-IoT ：在R13 版本下，其连接态下无法进行小区切换或重定向，仅能在空闲态下进行小区重选。在后续版本中，产业界有可能针对某些垂直行业需求，提出连接态移动性管理的需求。

eMTC：由于该技术是在LTE 基础上进行优化设计，可支持连接态小区切换。

NB-IOT：对于未部署LTE FDD的运营商，NB-IOT 的部署更接近于全新网络的部署，将涉及到无线网及核心网的新建或改造及传输结构的调整，同时，若无现成空闲频谱，则需对现网频谱（通常为GSM）进行调整（Standalone 模式）。因此，实施代价相对较高。

而对于已部署LTE FDD 的运营商，NB-IoT 的部署可很大程度上利用现有设备与频谱，其部署相对简单。但无论是依托那种制式进行建设，都需要独立部署核心网或升级现网设备。

eMTC：若在现网已部署4G 网络，在该基础上再部署eMTC 网络，在无线网方面，可基于现有4G网络进行软件升级，在核心网方面，同样可通过软件升级实现。

NB-IoT ：其在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能占优，但无法满足移动性及中等速率要求、语音等业务需求，比较适合低速率、移动性要求相对较低的LPWA 应用；

eMTC ：其在覆盖及模组成本方面目前弱于NB-IoT，但其在峰值速率、移动性，语音能力方面存在优势，适合于中等吞吐率、移动性或语音能力要求较高的物联网应用场景。运营商可根据现网中实际应用选择相关物联网技术进行部署。

这都让中移动难以下决心选择，因为一旦选择错误，机会成本与网络成本都是十分巨大的。

窄带物联网的一个扇区能够支持十万个连接，支持低设备功耗和优化的网络架构和低延时敏感度、超低的设备成本。窄带物联网是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信技术，2016年6月16日，NB-IoT技术协议的核心部分（CorePart）获得了3GPP无线接入网（RAN）技术规范组会议通过，性能标准也已制定并冻结，一致性标准由3GPPRAN5工作组制定，RAN5的终端一致性测试子工作组根据运营商和终端厂商共同完成，目前已初步完成两阶段的第一阶段测试。这些成就均标志着NB-IoT标准基本成熟，已初步具备商用的条件。

Long Term Evolution Category 1（长期演进技术类别1）即LTE CAT 1 是一种众所周知的LTE标准，广泛应用于全球物联网通信行业。由3GPP（第三代合作伙伴计划）（第8版）在2008年推出以用于物联网，自推出以来一直保持显著增长。LTE Cat 1 因其广泛的覆盖范围和低成本优势而广受欢迎。LTE Cat 1 专为功能繁杂的物联网应用而设计，目前被认可为不可或缺的连接技术。LTE CAT 1 使用技术优越并可全球部署的动态系统，在全球范围内提供最佳的物联网解决方案。换而言之，LTE CAT 1 可以被称为LTE 物联网的特定变体，它使物联网网络更加智能。
LTE CAT 1的特点

• 中速LTE 标准

• 专为物联网和M2M 通信而设计

• 满足足够的上、下行数据速度

• 适用于带宽密集型物联网应用

• 超强的建筑穿透力

• 低延迟（50至100ms）

• 更高的数据传输效率

• 上行（5Mb/s）和下行（10Mb/s）

• 向下兼容3G 和2G

• 优化后的功耗延长电池寿命周期（最多5年）

• 支持低功耗的待机和睡眠模式

• 支持全双工FDD/TDD 和VoLTE（LTE语音服务）

• 室内覆盖

• 语音支持

• 移动支持

• 远程控制设备

• 超低成本

• 使用简捷

LTE CAT 1的应用

LTE CAT 1 应用于多种领域

• 自动化/交通：帮助监测车辆和各种参数、诊断信息、里程、位置、发动机使用情况、车队管理、电动滑板车等

• 安全：视频监控、交通摄像头、传输高质量视频、家庭监控、低端/基于云的摄像头、支持LTE 语音

• 移动医疗警报系统，门诊监测，预测性维护。适用于自动取款机、自动贩卖机、智能电网、资产跟踪、电表、无线支付、智能可穿戴设备。通过蜂窝网络一键通话。

LTE CAT M/LTEM/eMTC

众所周知，2017年3GPP 推出的LTE CAT M/LTEM/eMTC（第13版，这里“M”代表机器）是定义低成本机器类通信协议或简单的LTEM 协议，主要用于增强机器间的通信，这项技术相对较新，正处于发展阶段，专门为机对机通信和物联网设计使用。在实际运用中，为支持更高吞吐量设备的移动性而设计，并提供：

• 低延迟（10-15微秒）

• 上行和下行1Mbps

• 支持VoLTE

• 电池寿命长达10年

它还用于物联网平台设备。

这两种技术都被证明是物联网和M2M 通信的最佳选择。根据使用情况和覆盖率，用户可以自行选择。此外，在计算各种参数时，这两种技术都有各自优势，如Quectelcom收集的数据所示：
CAT 1 和CAT M 基础数据

LTE CAT 1 和CAT M 的对比

NB-IoT 是IoT领域一种新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网 LPWA。基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。
NB-IOT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存。NB-IoT 构建于蜂窝网络，只消耗大约 180KHz 的频段，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT 支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT 设备电池寿命可以提高至至少 10 年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。NB-IoT 是目前主流电信运营商、设备商针对物联网市场在全球标准组织 3GPP 提出的最新技术。

物联网网关作为一个新名词，将在未来物联网时代发挥非常重要的作用。它将成为感知网络和传统通讯网络之间的纽带。物联网网关作为一种网关设备，能够完成感知网络与通讯网络以及不同类型感知网络之间的协议转化。

网关既能够完成广域互连，也能够完成局域网互连，具备设备办理功能。运营商能够办理底层传感节点，了解每个节点的相关信息，经过物联网网关设备完成长途 *** 控。

这一部分强调了一个要害点，即物联网网关完成感知网络与通讯网络的互联，但感知网络中有许多不同的协议，如LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等来完成这种互联网，网关有必要具有协议转化才能。一起，网关有两个要害点，即完成广域互联。当广域网不行用时，网关往往能完成局域网互连，即近端之间的交互与协作。

lora网关

主要功能：

一广泛的访问才能

现在，短程通讯的技能规范许多，只有LonWorks、ZigBee、6LoWPAN、rubee等常用的无线传感器网络技能，各种技能主要是针对某一应用开发的，缺少兼容性和体系规划。现在，国内外现已开展了物联网网关的规范化作业，如3GPP、传感器作业组等，以完成各种通讯技能规范的互联互通。

二可办理性

强壮的办理才能关于任何大型网络都是必不行少的。首先，需要对网关进行办理，如注册办理、权限办理、国家监管等。网关完成了子网中节点的办理，例如获取节点的标识、状况、特点、能量等，以及因为子网的技能规范和协议复杂性的不同，唤醒、 *** 控、确诊、升级和保护等的长途完成，网关具有不同的办理功能。根据物联网的模块化网关来办理不同感知网络、不同应用，保证使用一致的办理接口技能来办理终端网络节点。

三协议转化才能

不同感知网络到接入网络的协议转化，低规范格局的数据一致封装，保证不同感知网络的协议能够成为一致的数据和信令;将上层宣布的数据包分析成可由感知层协议识别的信令和 *** 控指令。

总结这些基本网关才能没有问题，但关于物联网网关来说，要害点之一是网关本身是完成感知层和通讯层的仅有入口和出口通道。外部只需要处理网关，而网关用于调度和 *** 控下面访问和注册的各种类型的传感设备。

因而，网关具有相似于API网关的要害才能，即对传感层中各种传感设备供给的不同类型的协议进行接入和适配，一起在协议接入后能够转化为规范接口协议和通讯层交互。关于实时接口，它能够选用相似的>

一般来说，物联网网关在架构和实现进程中会提供硬件设备，实现协议转化、路由、转发、自动注册办理、南北一体化的接口才能。这个网关通常是布置在局域网端的设备。对于整个云架构，只有网关设备和云能够交互。

边缘计算的终究落地能够在物联网网关层实现，即进一步提高物联网网关的存储和核算才能。一方面，在网关层实现本地收集后的数据自动收集，二次处理后收集上传到云端。另一方面，将云的要害核算规矩和逻辑散布到网关层，支撑网关层的本地化核算。这也是网关层功用的一个要害扩展。

物联网网关功能，协议转换能力，协议从不同的感知网络到接入网的转换，以较低层为标准对数据进行统一封装，好确保不同感知网络的协议可以形成统一的数据和信令;把上层发送的数据包解析为感知层可以识别到信令和控制命令。必须对网关进行统一管理，例如注册管理，权限管理，状态监视等。网关可以实现子网中节点的管理，像获得节点的身份，状态，属性，能源等，与此同时还能够远程实现唤醒，控制，诊断，升级和维护的功能。因为子网的不同技术标准和协议的不同具有的复杂性，所以也让网关的管理具有不同的方式。物联网网关功能，广泛的访问能力，就目前而言，有许多用在了短距离通信的技术标准。国内外也纷纷实行了3GPP，传感器工作组等物联网网关的标准化工作，达到了各种通信技术标准互联互通的效果。总而言之，言而总之，物联网网关作为一个新词汇，物联网网关功能更是与我们的生活息息相关。相信不管是现在还是未来，在物联网的时代它都有自己举足轻重的位子，成为了感知网络和传统通信网络的枢纽，相信它的应用场景也会随之变得更加绚丽多彩。

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