我們正身處5G(一個可以連接周圍幾乎一切的網(wǎng)絡(luò))的開端。為了更快實現(xiàn)這一目標,我們正努力推動5G NR(新空口),即全球5G標準,旨在2019年為智能手機帶來下一代移動寬帶體驗。
5G NR規(guī)范首個版本帶來了eMBB (增強型移動寬帶)和URLLC(超可靠、低延遲通信),可以應(yīng)用于高性能物聯(lián)網(wǎng)用例,但其并不以解決低復(fù)雜度的物聯(lián)網(wǎng)(也被視為海量物聯(lián)網(wǎng)或mMTC)問題為目標。
那么如何實現(xiàn)連接海量物聯(lián)網(wǎng)的5G愿景呢? 需要明確的是,“海量物聯(lián)網(wǎng)”這個概念指的是數(shù)十億的終端、物體和機器需要無處不在的連接,即便在最遙遠的地方也不例外,比如深埋在地下的傳感器。要達到這種規(guī)模(按照3GPP的定義,每平方公里至少有100萬個終端),移動網(wǎng)絡(luò)必須更高效地支持那些低頻通訊的簡易終端,同時要高效利用能效,以帶來超過十年的電池壽命。聽起來很有挑戰(zhàn)性是嗎?是的!但我們并不需要等到5G來臨才開始連接海量物聯(lián)網(wǎng)。為什么這樣說呢?
3GPP已經(jīng)推出了一套互為補充的窄帶LTE IoT技術(shù): eMTC(增強型機器對機器通信)和NB-loT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))。兩者都為低復(fù)雜度/低功耗、更深更廣的覆蓋和更高終端密度而設(shè)計,同時能和諧的與其他LTE服務(wù)共存,如普通的移動寬帶。
兩者共同擴展了LTE技術(shù)組合,從而支持更廣泛的低功耗物聯(lián)網(wǎng)用例。
?圖1:互補的eMTC和NB-loT提供了廣泛的物聯(lián)網(wǎng)用例
我們真的同時需要eMTC和NB-loT連接海量物聯(lián)網(wǎng)嗎?答案是肯定的, 因為eMTC和NB-loT互為補充,針對不同的應(yīng)用場景而設(shè)計。
eMTC僅使用1.4MHz帶寬就能夠提供高達1Mbps的吞吐量,還支持包括VoLTE在內(nèi)的基礎(chǔ)功能。此外,其支持的移動性還適用于包括物流追蹤和可穿戴設(shè)備在內(nèi)的廣泛物聯(lián)網(wǎng)用例。NB-loT則可延伸到低吞吐量、耐延遲的應(yīng)用領(lǐng)域,比如儀表和傳感器。它可以使用200kHz的帶寬傳輸數(shù)萬比特每秒的數(shù)據(jù)速率,并且可以提供更深更廣的覆蓋。此外,NB-loT可以部署在現(xiàn)有的LTE頻段內(nèi),或部署在LTE運營商的保護頻段(guard-band)內(nèi),或者獨立部署,為重耕GSM(2G/GPRS)頻譜提供便捷的遷移路徑。
在3GPP Release13之后,將會有一系列LTE IoT技術(shù)創(chuàng)新,帶來許多進一步的技術(shù)增強以滿足未來海量物聯(lián)網(wǎng)的需求。例如,Release 14將為eMTC和NB-loT帶來新功能,比如單小區(qū)多播,實現(xiàn)空口軟件升級,以及為物流追蹤功能帶來增強的終端定位。此外,兩個正在進行的Release15工作項目將進一步加強eMTC和NB-IoT的功能,新增特性包括:喚醒信號和在TDD上支持NB-IoT。
?圖2: 3GPP Release13及以上版本的LTE物聯(lián)網(wǎng)演進
顯然,LTE IoT技術(shù)已經(jīng)開始連接海量物聯(lián)網(wǎng),而eMTC和NB-IoT也將在未來數(shù)年里繼續(xù)演進——通過利用已經(jīng)覆蓋全球的LTE網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和長期性(也可以無縫地從2G網(wǎng)絡(luò)進行遷移)。最終,將會有一個基于5G NR的海量物聯(lián)網(wǎng)解決方案。一些未來的先進設(shè)計元素將包括:NOMA(非正交多址接入),可以利用RSMA(資源擴展型多址接入)進行無調(diào)度信號傳輸,即終端可隨時發(fā)送數(shù)據(jù)而無需請求許可;以及通過LTE終端對終端功能而擴展的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能。
另一個令人振奮的維度是向非授權(quán)頻譜的擴張。MulteFire聯(lián)盟正在調(diào)整LTE IoT,使其能在非授權(quán)頻段運行,從而超越移動寬帶和由MulteFire 1.0支持的高性能物聯(lián)網(wǎng)。通過利用窄帶LTE IoT技術(shù),這將為私有LTE網(wǎng)絡(luò)帶來新的機遇,并為LPWA帶來全新用例。
目前我們已經(jīng)可以提供商用多模解決方案,支持eMTC(Cat-M1)、NB-loT(Cat-NB1)和E-GPRS。Qualcomm MDM9206是一款靈活的、單SKU解決方案,僅通過單一的硬件、軟件和RF設(shè)計,便可以實現(xiàn)全球部署。就在幾周前,我們宣布了一個令人興奮的消息——利用我們的LTE IoT多模解決方案,與摩拜單車和中國移動開展外場測試。另外,全球的移動運營商也開始推出商用的LTE IoT網(wǎng)絡(luò),支持Cat-M1和Cat-NB1終端。在寫這篇博文時,已經(jīng)有超過20家移動運營商公開宣布他們將部署LTE IoT,還有更多運營商在試驗eMTC和/或NB-IoT技術(shù),以為商業(yè)化做準備。總之,我們對LTE IoT的未來充滿期待,也很高興能繼續(xù)引領(lǐng)LTE IoT向5G演進。
圖3:在2017年6月,LTE IoT在全球勢頭強勁
作者:徐晧 博士,Qualcomm Technologies工程技術(shù)總監(jiān)兼中國區(qū)研發(fā)負責人