试论低速率物联网蜂窝通信技术的发展趋势

肖志豪

【摘要】 物联网构成中，低速率占据主体地位。低速率蜂窝技术具有功耗少、成本低等特点，文章阐述了低速率物联网蜂窝技术的类型、技术条件、部署规则以及具体的应用过程。采用低速率蜂窝技术Cat.M和NB-IoT相互对比的方式进行阐述。

【关键词】 低速率 物联网 蜂窝通信技术

LT-MTC是网络发展的一种先进模式，优于GSM和WCDMA。随着物联网的快速发展，互联网应用与先进网络制式的结合已经成为一种必然。我国移动通信网络正从3G转向4G，并且已经有多个国家提出了2G/3G退网计划，物联网网络制式的更新成为一种必然。

一、物联网应用向LTE-MTC方向发展

蜂窝技术在全球范围内掀起了浪潮，我国广泛使用这一技术是在2015年，并且预计未来5-10年内，蜂窝技术将在智能安防、智能交通和智能电力等多个领域发挥积极作用，由此而带来的经济效益将大幅度增长。但目前这一技术的标准尚未统一，因此而衍生的物联网业务主要为Cat.M和NBIoT。随着CatM和NB-IoT技术的应用和发展，4G网的市场份额将大幅度提升。预计从今年起，我国的低速率蜂窝技术将逐渐替代以往的网络技术，或者与其他技术之间相互配合，但蜂窝技术在多个领域中将占据重要地位。同时，Cat.M和NB-IoT技术的实现也是物联网低速率的特征。

二、Cat.M与NB-IoT技术形式对比

Cat.M和NB-IoT是目前主流市场的两种不同的低速率物联网蜂窝通信技术。二者的共同点是都属于低速率链接范畴，且通过3GPP-R13定义。笔者根据两种技术的特点和效果等方面进行了具体的分析。

1、技术背景对比。Cat.M是我国首次出现的低速率蜂窝技术，是由3GPP公司于2014年9月开发，该技术的开发宗旨就是实现低功率信息传输。Cat.M技术发展稳定，但成就并不明显。随着华为进军低速率物联网行业，NB-IoT开始呈现在人们面前，并且华为的NB-IoT迅速崛起，在物联网行业名声大噪。伴随着蜂窝窄带技术的出现，低速率蜂窝通信技术得到了更多的关注，它标志着蜂窝通信技术转变为“平民化”技术的开始。

2、标准进展。NB-IoT与Cat.M通信技术标准包括三个部分，分别为主体功能标准、性能标准和一致性测试标准。主体功能标准是所有标准的核心，涵盖了低速率蜂窝技术实现的所有网络协议，是设计师研发的重点。性能标准涉及技术领域，是指低速率蜂窝技术所用的设备要达到相关标准，主要体现在测试中。另外，设备运行还需要遵从一致性标准，是指某些功能要保持一致，才能确保其正常运行。Cat.M与NB-IoT相比，冻结时间点上有所不同。Cat.M主体功能冻结于2016年3月，而NB-IoT主体技术冻结于当年6月，也就是说Cat.M的发展要先于NB-IoT。其它标准的冻结时间二者基本没有差异，均可以达到相关标准。生厂商在依据相关技术的前提下，逐渐设计了低速率蜂窝通信技术的芯片和模型，2016年，完整的Cat.M相通信研发版本出现。但无论实现哪种技术都存在一定的困难。Cat.M器件不全已经成为业界的共识，由于无法提供技术支撑，该技术多数时间是处于理论中，而在华为的强势进入市场后，NB-IoT芯片的发展和革新速度明顯提高。未来一段时间内，NB-IoT极有可能成为3GPP标准冻结的引领者，成为蜂窝通信技术的标志性技术。

3、技术参数对比。Cat.M和NB-IoT属于两种完全不同的技术形式，在带宽需求、网络覆盖和速率等方面均存在差异。其中， Cat.M带宽为1.4MHZ， NB-IoT为200kHz。不同的带宽支持不同的数据传播，进而影响网络部署方式，这也使得Cat.M和NB-IoT无论是在内部技术支撑上还是外部表现上均不同。虽然华为和它的NB-IoT发展迅速，但在传输效率上依然是后者较高。另外，Cat.M的外界影响因素较多，可以通过与M2M的连接来提高和改进。速率的差异是导致二者应用场景不同的主要原因。在覆盖增强方面，NB-IoT采用窄宽带输出模式，比Cat.M的功耗更低，且实现了网络信息传播的多样性。最后，在整个物联网使用过程中，最应关注的参数为定位能力和移动性，二者之间相互对应。但无线资源管理对RM实施分段管理。Cat.M具有较好的移动性，可以在一定的速率下完成切换，而NB-IoT则很难实现。二者的应用领域也有所不同，通常不只是连接态切换。目前，NB-IoT只能应用于普通的网络，对于移动性较强的物联网开发则并不适应。

4、网络部署及成本。由于两种技术均处于发展中，因此网络部署仅处于理论阶段。目前尚不能明确的评价哪种方案具有优势。但从成本上讲，Cat.M是通过标准的LTE发展而来，需要改动的部分少，成本较低。而NB-IoT作为华为新的技术，一切从头开始，在研究上、技术上都需要大量的成本。

总结：低速率物联网蜂窝技术主要以Cat.M与NB-IoT为主，该技术实现了智能化、低功耗的物联网通信时代。文章就两种技术的背景、特点进行了分析。蜂窝技术的实现只需手机等终端设备即可完成。我们有必要相信，未来一段时间内，Cat.M与NB-IoT两种甚至更多种低速率物联网蜂窝通信技术将成为通信的主要手段。

参 考 文 献

[1]赵静.低速率物联网蜂窝通信技术现状及发展趋势[J].热点，2016（7）.

[2]周卫宁，刘友刚.移动互联网发展技术与安全问题[J].科技传播，2012（3）.