一文看懂物联网的无线连接技术eMTC

时间:2017-02-13 10:58 来源:网管之家整理 字体:[ ] 评论:

2002年,数字通信重新定义电话,移动通信开始腾飞;2010年,移动技术重新定义计算;而现在,我们在重新定义万物,也就是拓展互联网边界的价值,也就是物联网。物联网拥有非常广泛的应用,从智慧城市,例如照明、停车以及交通,可以被连接并有效地管理;到移动健康,包括病人的诊断、病人情况的跟踪、各种环境监控;到家中水表、电表、煤气等远程的跟踪;到楼宇的安全及智能化、工业自动化的控制;再到零售商业及资产追踪等多种垂直领域和细分市场。目前在3GPP规范中有三种关于物联网的无线连接技术,一种是NB-IoT(窄带物联网),第二种是ECGSM,第三种是eMTC。ECGSM是基于GSM(2G)技术的,暂且不谈,NB-IoT我们做过详细介绍,今天的主角将是eMTC。

eMTC的定义

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 ,即eMTC,旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。eMTC基于蜂窝网络进行部署,支持上下行最大1Mbps的峰值速率,属于物联网中速率,其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽,可以直接接入现有的LTE网络。LTE在不断演进的过程中,最新的eMTC和NBIoT都进一步优化了系统的成本、增强了续航能力、扩大了覆盖范围。eMTC的最关键能力在于支持移动性并可以定位,成本只有Cat1芯片的25%,相比于GPRS速率要高四倍。

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eMTC的特性

窄带LTE其中最主要的几个特性。第一,系统复杂性地大幅度降低,复杂程度及成本得到了极大的优化。第二,功耗极度降低,电池续航时间大幅度增强。第三,网络的覆盖能力大大加强。第四,网络覆盖的密度增强。

eMTC具备LPWA基本的四大能力:一是广覆盖,在同样的频段下,eMTC比现有的网络增益15dB,极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力;二是具备支撑海量连接的能力,eMTC一个扇区能够支持近10万个连接;三是更低功耗,eMTC终端模块的待机时间可长达10年;四是更低的模块成本,大规模的连接将会带来模组芯片成本的快速下降,eMTC芯片目标成本在1~2美金左右。

物联网R13到R14的演进

R14开启了3GPP的5G之旅,未来5G应用将涵盖三大类场景:增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)和超可靠低时延(eMTC)。其中,eMBB场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上,对于用户体验等性能的进一步提升,主要还是追求人与人之间极致的通信体验。mMTC和eMTC则是物联网的应用场景,但各自侧重点不同:mMTC主要是人与物之间的信息交互,eMTC主要体现物与物之间的通信需求。

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从3GPP Release 13向Release 14的演进过程中,对吞吐量需求不是特别大的联网终端,如在广播功能方面,在Release 13中只能支持单路广播(unicast),在Release 14中会增加多路广播(multicast)功能;又如在定位功能方面的提升,可以对其位置进行追踪。

eMTC技术的优势

到2018年非手机联网终端的出货量预计将超过50亿,物联网市场作为非常宽泛的垂直市场,落地需要非常强大的连接支撑,基本要求有三点:是连接要无处不在、无时不在;还要有安全保证;同时,要有一个非常完善、充分优化的一个生态系统。所以说,基于LTE的物联网技术是最佳候选方案,目前有NB-IoT和eMTC。

广覆盖低功耗物联网的解决方案存在多种选择,用蜂窝网承载有三种方式,第一种是基于2G/3G/4G技术,采用与手机相同的终端芯片承载,与手机用户的能力是一样的;第二种是局部优化方案,包括eMTC、Cat1、Cat0方式等,能够降低成本和功耗,增强覆盖;第三种方式是NB-IoT。

再看看如今的LTE市场,截至2016年4月,在全球160多个国家中,超过500家运营商部署了LTE,超过400个厂家发布了超过5000款支持LTE的各种产品。借助过去数年智能手机的蓬勃发展,LTE已经成为最容易获得且性能最容易保证的无线通信主流技术。相比物联网的Wi-Fi和蓝牙技术,LTE的覆盖联接范围更广。另外,eMTC可以基于现有LTE网络直接升级部署,和现有的LTE基站共站址共天馈。eMTC和NB-IoT可以很大程度上复用现在LTE FDD和TD-LTE的网络基础设施,因此通过少量的设备投资,网络就可以对未来的NB-IoT和eMTC进行支持,并不需要重新建一张网。这也是受到各大运营商追捧的原因之一。

eMTC的商业化应用

应用在智能物流中,具有防盗、防调换、实时温度传感和可定位优势,能够实时监控及定位,将信息记录及上传,可以对行驶轨迹查询;在智能可穿戴设备中,可支持健康监测、视频业务、数据回传和定位;依靠目前的蜂窝网交互屏幕,提供包括智能充电桩、候机宝、电梯卫士、智能公交站牌、公共自行车管理等方面的应用场景。

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物联网中的智能家居

智能家居作为物联网的分支也属于方兴未艾的市场,目前最主要需要解决“智能组合”与“连接组合”两大问题。作为智能家居厂家,虽然智能硬件的功能日益丰富,但这仅仅解决智能组合的问题。我们常常谈及的互联互通处在连接组合的层面之上,目前在国内智能家居市场上基本选择Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave等近距离物联网通信技术,也看到了一些选择Lora和Sigfox两大窄带物联网技术在智能家居、智慧社区和智慧城市中的应用。但是因为基于LTE的物联网技术NB-IoT与eMTC的商业化应用在明年才能启动,所以对于未来智能家居的连接选择上,还处在未知数阶段,市场也几乎都是空白,但是这块空白是大范围的强需求所在。

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解决了“智能组合”与“连接组合”问题后,便是“互动组合”。互动组合并不是指用户通过手机APP去控制一台设备,看似这种方法比原来有进步,但依然很原始且傻瓜。互动组合即智能家居设备与设备之间的自决定与自处理,完全不需要人为干预,也可以称之为“升级的机械式傻瓜化”。但“互动组合”仍然不是智能家居领域的终极目标,人工智能的非机械化个性化处理方式将驾驭“互动组合”,我们称之为“人格组合”,感知、通过学习进行思考、并分析环境、最终做出本能的“类人格”反应便是终点。

物联网无线技术的发展将会受到许多需求的挑战,如高密度、高吞吐量,同时还需要低功率和低延时;要高速度,同时也要高稳定性;需要诸多复杂的机器连接。因为目前无线技术的尚不成熟,遭到许多质疑,但当物联网技术成熟时,也标志着智能家居“无线连接”的时代到来,届时质疑声将会消除,就如我们现在说起电话只会想到手机而不会想到固话一样。

编辑点评

如果只是把现有的LTE技术平移到物联网终端是走不通的,因为为了满足更广泛的物联网终端连接,低功耗和较低数据传输速率是强需求。与我们所知道的Cat.4到Cat.16一样,eMTC是Cat M1,而NB-IoT是Cat NB1,都属于同一个LTE发展路线图,eMTC对LTE协议进行了裁剪和优化,这些技术也能够在运营商部署LTE时并存,NB-IoT和eMTC是LTE物联网技术的互补。LPWA无论谁家输赢,都会促进智能家居等第三方垂直行业的“连接组合”发展,拓展更多需求。eMTC可以支持语音VoLTE通话,NB-IoT可以在低吞吐量的应用场景下将成本和功耗缩减至最低,eMTC和NB-IoT很难有非常清晰的界限,两项技术将会互相融合、补充以提升用户体验。

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