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解读全球首份LTE-Advanced Pro移动通信系统白皮书(7):可灵活编程的物联网络

IoTInternet of Things,物联网)指的是各种设备(机器或者机器的某个/某些组件)的互联以及数据交换(可自动进行),常常包括传感器以及执行器。预计未来的联网世界中将具有数百亿计的物联网设备。持续进行的后续演进正在不断地增强LTE移动通信网络的覆盖能力、降低设备功耗、减小成本、提高连通能力,以更好地支撑各种物联网业务的运行。

 

目前正处于制定阶段的3GPP LTE Release 13版本标准也对物联网应用进行了优化——业界称之为“NB-IoT(窄带物联网)”:通过优化接收与功率谱密度来延伸功率受限型设备的覆盖范围、将路径损耗的上限数值提升至164 dB、使得各个功率受限型设备可正常地运行于地下室或者封闭的室内场景。

 

此外,3GPP LTE Release 13版本标准也将通过引入更长的DRXDiscontinuous Reception,非连续性接收)周期来提高物联网终端设备的电池使用寿命——有望实现两节AA电池高达10年的“续航”时间。

 

而且,3GPP LTE Release 13版本标准还将把物联网应用所需的底层物理信道带宽降低至1.4 MHz甚至200 kHz的水平,这样,调制解调器的实现复杂度就可得到降低,从而就使得LTE移动通信网络可支撑对于低成本设备的使用。

 

另外,通过信令优化及网络优化,LTE移动通信网络的容量将可得到提升,从而使得在将来,通过单个网络即可为数百亿计的物联网设备提供接入服务。

 

具体地,目前正处于制定阶段的3GPP LTE Release 13版本标准对物联网应用的技术支撑增强,总结如下(与现有LTE-Advanced的相对比):

 

1)网络覆盖范围(此处以射频信号功率衰减的最大路径损耗来计):LTE-Advanced的为140~145 dB,而NB-IoT的则为164 dB

 

2)两节AA电池的“续航”时间:LTE-Advanced的为一年,而NB-IoT的则高达十年。具体如图1所示;

 

(7)1

物联网设备的电池“续航”时间

 

3)设备成本:NB-IoT的将可相比LTE-Advanced的降低85%

 

自从3GPP LTE Release 8版本标准发布之后,移动通信基础网络运营商们就开始部署可支撑物联网应用的服务,Category 1(类型1)的移动通信终端设备即可进行消费。

 

3GPP LTE Release 12版本标准发布之后,物联网设备的成本及功耗得到了进一步的降低——通过简单的软件升级,Category 0(类型0)的移动通信终端设备即可进行消费。

 

而目前正处于制定阶段的3GPP LTE Release 13版本标准则将推出200 kHz窄带型物联网解决方案,将有望进一步地降低物联网设备的成本——物联网调制解调器的实现成本将得到减小。该窄带物联网技术将可与LTE载波进行复用、部署于LTE载波之外的物理频段,也将可作为独立载波进行部署。其中,首选解决方案是第一种(带内复用)——仅通过对LTE移动通信网络进行软件升级,即可将窄带物联网载波复用进既有的LTE载波。

 

1  LTE-M中的低成本物联网芯片集

 

3GPP LTE标准版本

Release 8

Release 8

Release 12

Release 13

Release 13

LTE终端类型

Category 4

Category 1

Category 0

Cat-M

NB-IoT 200 kHz

下行峰值数据传输速率

150 Mbit/s

10 Mbit/s

1 Mbit/s

1 Mbit/s

200 kbit/s

上行峰值数据传输速率

50 Mbit/s

5 Mbit/s

1 Mbit/s

1 Mbit/s

100 kbit/s

天线数目

2

2

1

1

1

双工模式

全双工

全双工

半双工

半双工

半双工

终端接收带宽

20 MHz

20 MHz

20 MHz

1.4 MHz

0.2 MHz

调制解调器实现复杂度

100%

80%

40%

20%

15%

 

VoLTEVoice over LTELTE分组语音)业务优先级处理以及各类移动数据业务的用户服务差异化中,业界通常会采取QoSQuality of Service,服务质量)差异化机制。QoS机制也将可被应用于物联网业务,以为那些关键的物联网通信提供更高的优先级,而对于低优先级的移动数据包/分组的传送则进行一定的延迟处理。

 

 

参考文献

 

[1] Nokia Networks. LTE-Advanced Pro—Pushing LTE capabilities towards 5G[EB/OL].

http://www.gsacom.com/downloads/pdf/nokia_lte-advanced_pro_white_paper_2015.php4, 2015-12-07.

 

[2]李远东. 解读全球首份第四代半移动通信系统白皮书[EB/OL].

http://www.istis.sh.cn/list/list.aspx?id=8642, 2015-04-30.

 


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