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Paving the path to Narrowband 5G with LTE Internet of Things (IoT) 1. 摘要
物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正在帶來大量的智能連接設(shè)備，這將孕育出許多新業(yè)務(wù)并提升產(chǎn)業(yè)效率。IoT將改變商業(yè)模式和人們的生活方式，在未來很長時(shí)間內(nèi)推動創(chuàng)新。未來十年，據(jù)預(yù)測全球?qū)⒉渴?/span>100億個連接的設(shè)備，很多重要的商業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁蕾囄锫?lián)網(wǎng)，并產(chǎn)生上萬億美元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。物聯(lián)網(wǎng)是全互聯(lián)世界的基石，萬物互聯(lián)的到來只是時(shí)間問題。
在這個全互聯(lián)世界的愿景中，蜂窩技術(shù)將發(fā)揮重要作用，就如同它現(xiàn)在的角色一樣。1G和2G網(wǎng)絡(luò)通過語音將人們彼此連接，3G和4G擴(kuò)展到移動互聯(lián)網(wǎng)的連接，提供高速的移動寬帶服務(wù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)不僅提供無處不在的覆蓋，還提供了最苛刻的IoT應(yīng)用所需的無與倫比的可靠性、安全性和性能。3GPP技術(shù)，如4G LTE，可提供廣域IoT連接。目前為止LTE是全球部署、增長最快的無線標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)在全球提供超過10億的連接。LTE將繼續(xù)保持活力，并在未來十年內(nèi)進(jìn)一步增長。LTE兌現(xiàn)了提供更快、更好的移動寬帶的承諾，現(xiàn)在LTE正在適配物聯(lián)網(wǎng)的需要，使IoT設(shè)備的電池可以持續(xù)使用數(shù)年，設(shè)備的成本更低。總而言之，LTE為物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，與非3GPP 和各種專有解決方案相比，LTE IoT方案有顯著優(yōu)勢。
3GPP R13版本引入了一套針對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化過的新的窄帶技術(shù)，統(tǒng)稱為LTE IOT，它包括兩個新的用戶設(shè)備類別，可以更有效地支持較低數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用程序。LTE Cat-M1（eMTC）實(shí)現(xiàn)了廣泛的IoT功能；而LTE Cat-NB1（NB-IoT）在支持低端物聯(lián)網(wǎng)使用情況下，成本和功耗進(jìn)一步降低。這兩種設(shè)備類別都是單一的，可擴(kuò)展的LTE路線圖的一部分，旨在與現(xiàn)有的LTE-A基礎(chǔ)設(shè)施、頻譜和設(shè)備共存。LTE物聯(lián)網(wǎng)帶來了許多改進(jìn)，包括降低復(fù)雜性以實(shí)現(xiàn)更低成本的設(shè)備，更有效的低功耗模式提供可持續(xù)數(shù)年的電池壽命，以及通過新的高級傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)深度覆蓋。除了改進(jìn)空中接口，LTE IoT還升級了核心網(wǎng)絡(luò)，以更有效地處理以IoT為中心的業(yè)務(wù)并支持大量設(shè)備。
NB-IoT為窄帶5G建立了基礎(chǔ)，窄帶5G將為物聯(lián)網(wǎng)帶來更多的機(jī)會。5G采用資源擴(kuò)展多址(ResourceSpread Multiple Access)技術(shù)支持自由接入，使得上行傳輸不再受限于有限的接入資源；5G還通過多跳網(wǎng)格技術(shù)支持增強(qiáng)擴(kuò)展覆蓋。5G還將實(shí)現(xiàn)新的服務(wù)，如關(guān)鍵任務(wù)控制在機(jī)器人，航空，醫(yī)療保健，工業(yè)控制和車輛方面有許多創(chuàng)新用例，其中增強(qiáng)的維度包括亞毫秒延遲，超高可靠性和可用性（但不是所有服務(wù)同時(shí)需要）?？偠灾?，物聯(lián)網(wǎng)將成為5G的不可或缺的組成部分，這是一個統(tǒng)一的，更有能力的，可服務(wù)未來十年甚至更長時(shí)期的連接平臺。
2. 迎接物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代
物聯(lián)網(wǎng)（IoT）廣泛地描述了物理對象互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的概念，包括機(jī)器、車輛、建筑物和許多其他類型的設(shè)備。這些連接的對象將在家庭，企業(yè)，城市和各個行業(yè)提供新的服務(wù)。預(yù)計(jì)全球物聯(lián)網(wǎng)市場在未來十年將大幅增長，預(yù)計(jì)到2020年將有250億到500億臺連接設(shè)備，促進(jìn)主要市場經(jīng)濟(jì)達(dá)到萬億美元增長。物聯(lián)網(wǎng)不僅是把人與物聯(lián)網(wǎng)，還擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)器和設(shè)備相互協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)更高水平的效率。
2.1物聯(lián)網(wǎng)需要異構(gòu)連接
物聯(lián)網(wǎng)涵蓋了許多不同行業(yè)的各種應(yīng)用，可滿足各種計(jì)算和連接要求。在一些使用場景下，設(shè)備僅需要到網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的短距離通信，諸如部署在家庭中的那些連接設(shè)備，而很多其他應(yīng)用需要更廣域的和完全的覆蓋。實(shí)質(zhì)上，連接物聯(lián)網(wǎng)將需要異構(gòu)連接技術(shù)，通過進(jìn)行不同級別的優(yōu)化以滿足不同的需求。圖1提供了不同無線技術(shù)的簡化圖示，這些技術(shù)能達(dá)到的傳輸距離不同，適用的IoT場景也不同。例如，辦公樓中的智能照明最好使用諸如Wi-Fi的短距離無線技術(shù)來提供服務(wù)，因?yàn)闊艟咄ǔ２渴鹪诰哂泻线m的Wi-Fi覆蓋（即室內(nèi)）的區(qū)域中。
2.2 蜂窩技術(shù)將支持廣泛的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)
對于廣域物聯(lián)網(wǎng)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)正在發(fā)展成為一個有吸引力的平臺，以滿足不斷增長的連接需求。蜂窩網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全球?yàn)槌^70億的連接提供服務(wù)，在所有的大城市、郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)仍在增長?；诜涓C的解決方案不但無縫地在戶外和室內(nèi)擴(kuò)展，而且還給桌面應(yīng)用帶來了許多額外的好處。高度可用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以全天候可靠地訪問應(yīng)用服務(wù)，久經(jīng)考驗(yàn)的蜂窩部署已為最苛刻的用戶（例如政府和金融機(jī)構(gòu)）提供了所需要的端到端安全性。最重要的是，成熟的生態(tài)系統(tǒng)得到全球標(biāo)準(zhǔn)的支持，確保了跨地區(qū)和跨設(shè)備的無縫的互操作性。圖2顯示了物聯(lián)網(wǎng)垂直分類以及可以從采用基于蜂窩的解決方案中獲益的用例。
2.3 LTE是一個統(tǒng)一的，可擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)平臺
LTE是全球范圍建立、增長最快的無線標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)到2016年全世界75%的人口提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋。3GPPR8引入的LTE被開發(fā)用于提供更快的移動寬帶接入，提供遠(yuǎn)超3G網(wǎng)絡(luò)的性能。LTE技術(shù)不斷適應(yīng)變化的市場需求，保證了這項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的活力。LTE-A （R10，R11,R12）演進(jìn)優(yōu)化提供了更好的用戶體驗(yàn)，通過引入高級技術(shù)（例如載波聚合和高階MIMO）實(shí)現(xiàn)千兆級的吞吐量。盡管一些IoT應(yīng)用可以受益于在LTE-A（例如，HD安全攝像機(jī)）引入的改進(jìn)，但是大量IoT設(shè)備則需要針對極大縮減的功能集合進(jìn)行優(yōu)化。
3GPP R13引入了一套針對物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的新窄帶技術(shù)，統(tǒng)稱為LTE IoT，它縮減LTE有效地支持更低的數(shù)據(jù)速率應(yīng)用。LTE IoT是統(tǒng)一LTE路線圖的一部分，可基于網(wǎng)絡(luò)部署無縫地提供IoT服務(wù); LTE既可以向上適配為高性能應(yīng)用提供千兆位級數(shù)據(jù)速率，也可以向下適配支持需要高功率效率的應(yīng)用。
2.4 LTE IoT比非3GPP LPWA解決方案有顯著的優(yōu)勢
隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用數(shù)量的不斷增長，預(yù)計(jì)將會出現(xiàn)許多新的物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)。雖然這些新技術(shù)中的一些可能潛在地解決廣域覆蓋要求，但是與諸如eMTC和NB-IoT的3GPP標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)相比，它們在其他方面可能不足。
3. 兩種新的LTE IoT窄帶技術(shù) - eMTC和NB-IoT
3GPP版本13引入了兩種新的用戶設(shè)備（UE）類別，通過縮簡功能為物聯(lián)網(wǎng)帶來更高的效率。
LTE Cat-M1提供最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)功能，提供高達(dá)1Mbps的數(shù)據(jù)速率，在現(xiàn)有的LTEFDD / TDD頻譜中僅使用1.4 MHz設(shè)備帶寬（1.08 MHz帶內(nèi)傳輸6 資源塊）。它被設(shè)計(jì)為與常規(guī)LTE業(yè)務(wù)（Cat-0及以上）完全共存。 Cat-M1還支持語音（VoLTE）和受限的移動性。在增強(qiáng)覆蓋模式下，它可以提供15 dB的鏈路預(yù)算提升，允許LTE信號穿透更多的墻壁和地板，以覆蓋部署在室內(nèi)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的設(shè)備。
LTE Cat-NB1或NB-IoT，進(jìn)一步降低了設(shè)備復(fù)雜性并擴(kuò)展了覆蓋范圍，以滿足低端IoT用例的需求。Cat-NB1利用窄帶操作，在LTE FDD中使用200 kHz設(shè)備帶寬（1個資源塊的180 kHz帶內(nèi)傳輸），以提供10 kbps的吞吐量。NB-IoT支持更靈活的部署選項(xiàng)：LTE帶內(nèi)（LTE In-band），LTE 保護(hù)帶（LTE Guard-band）和LTE獨(dú)立 (LTE Standalone)。為了進(jìn)一步增強(qiáng)覆蓋，它折衷頻譜效率（例如數(shù)據(jù)速率）和能力（例如，沒有移動性或語音支持），實(shí)現(xiàn)了超過Cat-M1 技術(shù)5dB的額外增益。
3.1 新的LTE物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以有效地與當(dāng)前的服務(wù)共存 Cat-M1和Cat-NB1都可以部署在現(xiàn)有的LTE-A基礎(chǔ)設(shè)施和頻譜中，與當(dāng)前的移動寬帶服務(wù)高效并存。Cat-M1使用1.4 MHz帶寬，利用現(xiàn)有的LTE信道編號（與NB-IoT 200 kHz的新信道帶寬相比），并可部署在常規(guī)LTE載波（高達(dá)20 MHz）內(nèi)運(yùn)行。Cat-M1設(shè)備利用傳統(tǒng)LTE的同步信號（例如PSS，SSS），同時(shí)引入對于低帶寬操作更有效的新的控制信道和數(shù)據(jù)信道。支持Cat-M1的LTE網(wǎng)絡(luò)可以通過頻率重調(diào)技術(shù)使用用多個窄帶區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展資源分配，還支持跳頻以在整個LTE帶寬上實(shí)現(xiàn)分集。
Cat-NB1設(shè)備可以部署在LTE頻寬內(nèi)，也可以部署在LTE保護(hù)頻帶中，或者部署在獨(dú)立載波上。然而，新的200kHz設(shè)備（利用單個LTE資源塊或180kHz的RB）需要一組新的窄帶控制信道和窄帶數(shù)據(jù)信道。與帶內(nèi)Cat-M1的不同，Cat-NB1不允許頻率重調(diào)或跳頻，并占用固定的頻譜位置。對于保護(hù)帶部署(Guard-band)，NB-IoT利用未使用的資源塊，并且不干擾相鄰載波。在獨(dú)立模式下，Cat-NB1設(shè)備可以部署在重用的2G / 3G頻段。
4. 面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化后的新窄帶技術(shù) 新的LTE IoT窄帶技術(shù)為窄帶5G鋪平了道路，在四個主要領(lǐng)域做了改進(jìn)，以更好地支持物聯(lián)網(wǎng)：降低復(fù)雜性，延長電池壽命，增強(qiáng)覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)更高密度節(jié)點(diǎn)部署。
4.1 降低復(fù)雜性以實(shí)現(xiàn)更低成本的設(shè)備
物聯(lián)網(wǎng)激增將為各個行業(yè)和應(yīng)用帶來顯著的好處。相對于當(dāng)前的移動寬帶服務(wù)（例如智能手機(jī)和平板電腦），盡管很多物聯(lián)網(wǎng)使用案例屬于高ARPC（每連接的平均收入），但大多數(shù)使用案例將使用低成本的設(shè)備和的簽約來促進(jìn)大規(guī)模部署。例如，智能手機(jī)的硬件和服務(wù)成本與每天提供幾次溫度測量數(shù)據(jù)的簡單的遠(yuǎn)程傳感器會差別很大。因此，Cat-M1和Cat-NB1器件都將在復(fù)雜性等級上進(jìn)行縮減，以實(shí)現(xiàn)更低的成本，同時(shí)仍然滿足IoT應(yīng)用要求。圖7總結(jié)了兩種新型LTE IoT UE在復(fù)雜程度上的差異。 峰值數(shù)據(jù)速率：與常規(guī)LTE設(shè)備（例如Cat-1）相比，Cat-M1設(shè)備和Cat-NB1設(shè)備都降低了峰值數(shù)據(jù)速率。Cat-M1設(shè)備在下行鏈路和上行鏈路方向上的吞吐量受限，最高可達(dá)1 MBps，而Cat-NB1進(jìn)一步將峰值數(shù)據(jù)速率降低到10 kbps。降低峰值數(shù)據(jù)速率導(dǎo)致設(shè)備硬件的處理器和存儲器的成本也得以降低。
帶寬：LTE支持從1.4 MHz到20 MHz的可擴(kuò)展載波帶寬，使用6到100個PRB。對于LTE Cat-M1，設(shè)備帶寬僅限于1.4MHz（1.08 MHz加上6 RB帶內(nèi)的保護(hù)頻帶），以支持更低的數(shù)據(jù)速率。另一方面，Cat-NB1進(jìn)一步將設(shè)備帶寬減少到200 kHz（180 kHz加上單個RB的保護(hù)帶）。Cat-M1的帶寬減少需要新的控制信道（即M-PDCCH9）來替換不適合較窄帶寬內(nèi)的傳統(tǒng)控制信道（即，PCFICH，PHICH，PDCCH10）。而Cat-NB1引入了一組新的NB-IoT同步、控制和數(shù)據(jù)信道以適應(yīng)較窄的帶寬。
Rx天線：LTE用多天線MIMO和接收分集，提高了頻譜效率。LTE IoT應(yīng)用不需要追求高數(shù)據(jù)速率，而更看重降低復(fù)雜性。Cat-M1和Cat-NB1把接收RF減少到單個天線，簡化了RF前端。由于缺乏接收分集而存在一些RF劣化，但是丟失的信號靈敏度可以通過其它高級的覆蓋增強(qiáng)技術(shù)來補(bǔ)償。
雙工模式：由于IoT數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是頻度低、延遲大，LTE IoT設(shè)備可以通過僅支持半雙工通信來降低復(fù)雜性，在給定時(shí)間內(nèi)只有發(fā)送或接收路徑是激活的。除了TDD之外，Cat-M1器件可以支持半雙工FDD。Cat-NB1器件僅支持半雙工FDD。這允許設(shè)備實(shí)現(xiàn)更簡單的RF開關(guān)，而不需要更復(fù)雜和昂貴的全雙工器。
發(fā)射功率：對于這兩個新的LTEIoT UE類別，最大上行鏈路發(fā)射功率從LTE的23 dBm（200mW）降低到20 dBm（100mW），還允許集成功率放大器（PA）以降低設(shè)備成本。
其他簡化：其他復(fù)雜性降低技術(shù)包括Cat-NB1對語音（VoLTE或電路交換服務(wù)）和移動性（無鏈路測量或報(bào)告）的有限支持。
4.2 提高用電效率使電池可使用多年
許多IoT設(shè)備是電池供電的，單次充電后應(yīng)持續(xù)使用盡可能長的時(shí)間，這也一直是大家期望的。對于大規(guī)模部署，現(xiàn)場維護(hù)的相關(guān)成本巨大。不但制定維護(hù)計(jì)劃會提高運(yùn)營成本，在物理上定位這些移動設(shè)備也是一個噩夢。因此，最大限度地延長電池壽命已成為最重要的一個目標(biāo)。除了通過減少設(shè)備復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)的功率節(jié)省，還引入了兩種新的低功耗增強(qiáng)功能：省電模式（PSM）和擴(kuò)展不連續(xù)接收（eDRx） - 兩種技術(shù)適用于Cat-M1和Cat-NB1器件。
節(jié)電模式（PSM）：PSM是一種新的低功耗模式，允許器件在數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈g隔期間忽略周期性尋呼監(jiān)視周期，從而允許器件休眠更長時(shí)間。然而，當(dāng)PSM激活時(shí)，設(shè)備可能不可達(dá)。因此，PSM更適合設(shè)備發(fā)起/調(diào)度的應(yīng)用業(yè)務(wù)，由設(shè)備發(fā)起到網(wǎng)絡(luò)的通信。此外，由于設(shè)備在PSM期間保持注冊在網(wǎng)絡(luò)，不需要在每個PSM退出事件之后花費(fèi)額外的周期來設(shè)置注冊/連接，因此它能實(shí)現(xiàn)更有效的低功率模式進(jìn)入/退出。利用PSM的典型應(yīng)用包括智能電表，傳感器和定期將數(shù)據(jù)推送到網(wǎng)絡(luò)的任何物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
擴(kuò)展不連續(xù)接收（eDRx）：eDRx把在連接模式下從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)的最大時(shí)間間隔延長到10.24s，并將空閑模式下尋呼監(jiān)控和TA更新擴(kuò)展到40分鐘以上，以優(yōu)化電池壽命。它允許網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備同步睡眠周期，以便設(shè)備不需要頻繁地檢查網(wǎng)絡(luò)消息。eDRX增加了延遲，因此eDRx針對網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。諸如資產(chǎn)跟蹤和智能電網(wǎng)的使用案例可以通過更長的eDRx周期實(shí)現(xiàn)較低功耗。
4.3 增強(qiáng)覆蓋，更好覆蓋具有挑戰(zhàn)性的位置
許多物聯(lián)網(wǎng)用例可以受益于更深的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，特別是對于部署在具有挑戰(zhàn)性的位置（例如公用事業(yè)計(jì)量表）的設(shè)備。在許多使用情況下，折衷上行鏈路頻譜效率和延遲時(shí)間可以有效地增加覆蓋而不增加輸出功率。
冗余傳輸：在連續(xù)子幀（TTI綁定）中多次傳輸相同傳輸塊或在一段時(shí)間內(nèi)重復(fù)發(fā)送相同數(shù)據(jù)（重復(fù)傳輸）可以顯著提高接收機(jī)（小區(qū)或設(shè)備）正確解碼的概率。
功率譜密度（PSD）增強(qiáng)：雖然服務(wù)小區(qū)可以簡單地增加下行鏈路中的發(fā)射功率以擴(kuò)展覆蓋，但是設(shè)備也可以將所有功率一起放在一些縮小的帶寬上發(fā)射（例如，Cat-NB1可以在3.75 kHz子載波間隔，在Cat-M1和LTE中為15kHz），有效增加發(fā)射功率密度。
單Tone上行鏈路：類似地，Cat-NB1設(shè)備可以利用單Tone上行鏈路（3.75kHz或15kHz子載波間隔）來進(jìn)一步擴(kuò)展覆蓋，折衷峰值數(shù)據(jù)速率（限制為10kbps）。
低階調(diào)制：通過利用QPSK而不是16-QAM，SINR（信號與干擾加噪聲比）閾值顯著降低，但降低了調(diào)制效率（每個符號承載的比特?cái)?shù)減少）。
通過這些新的覆蓋增強(qiáng)方法，Cat-M1設(shè)備的鏈路預(yù)算增加到155.7dB，比常規(guī)LTE提高超過15dB。Cat-NB1鏈路預(yù)算可達(dá)到164dB。
4.4 優(yōu)化LTE核心網(wǎng)，更高效地支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
IoT帶來了大量的連接設(shè)備，需要提高現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)的能力。與移動寬帶服務(wù)有很大不同，網(wǎng)絡(luò)容量不會成為支持大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（如電表）的限制因素，因?yàn)?/span>LTE IoT流量只占總體容量需求的很小部分，但增加的信令數(shù)量除外。大多數(shù)IoT設(shè)備偶爾傳輸少量數(shù)據(jù)，因此，LTE核心網(wǎng)絡(luò)還需要通過提供更有效的信令和資源管理演進(jìn)以更好地支持IoT業(yè)務(wù)。
更高效的信令：新的接入控制機(jī)制，如擴(kuò)展接入禁止（Extended Access Barring），可防止設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)生成接入請求，消除不必要的信令。 網(wǎng)絡(luò)還可以使用基于組的尋呼和消息傳遞來更有效地與多個下行鏈路設(shè)備通信。 增強(qiáng)的資源管理：網(wǎng)絡(luò)可以允許大量設(shè)備共享相同的簽約數(shù)據(jù)，從而可以合并資源和設(shè)備管理。例如，智能城市中的一組水表可集中配置、控制和記帳。
簡化核心網(wǎng)絡(luò)（EPC-lite）：LTE核心網(wǎng)絡(luò)可對物聯(lián)網(wǎng)流量進(jìn)行優(yōu)化，允許更有效地利用資源，并將MME，S-GW和P-GW合并為單個EPC-lite。運(yùn)營商可以選擇EPC-lite降低OPEX，或使用現(xiàn)有的LTE核心網(wǎng)絡(luò)來支持LTE IoT，從而最小化CAPEX支出。
4.5 提供端到端的LTE物聯(lián)網(wǎng)平臺
為了使LTE IoT成功，整個生態(tài)系統(tǒng)都需要參與簡化LTE物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的整體部署和管理。許多方面的努力已經(jīng)開始。硬件制造商通過提供認(rèn)證的模塊加速設(shè)備開發(fā)，新的嵌入式SIM（eUICC）計(jì)劃正在加快發(fā)展，旨在實(shí)現(xiàn)更靈活的蜂窩服務(wù)管理。對于物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化可確保數(shù)據(jù)傳輸效率和廠商之間的互操作性; 例如，一個M2M正在推動通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，以提供更快的上市時(shí)間和可靠的端到端安全性。
5. 5G路線圖將帶來更多的物聯(lián)網(wǎng)機(jī)會
5G將是一個統(tǒng)一的，更有能力的連接平臺，這個平臺將連接新的行業(yè)，激活新的服務(wù)，并帶來新的用戶體驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)將成為5G不可或缺的一部分，提供新型物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和4G LTE無法達(dá)到的效率。5G愿景現(xiàn)已明確，預(yù)計(jì)2020年之前實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，進(jìn)一步加強(qiáng)移動寬帶，更有效地支持大規(guī)模IoT，激活新的關(guān)鍵任務(wù)類型的服務(wù)。下面的圖10顯示了下一代5G網(wǎng)絡(luò)的ITU-R IMT-2020愿景。
5.1 NB-IoT向窄帶5G演進(jìn)
新的5G平臺將在3GPP R15及后續(xù)版本中定義，許多基礎(chǔ)技術(shù)已經(jīng)作為LTE-A Pro的一部分被引入。NB-IoT基于3GPP R13將繼續(xù)演進(jìn)，更接近窄帶5G以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模IoT。針對R14的一些建議的增強(qiáng)將包括但不限于語音、移動性、位置服務(wù)和用于更高效的空中（OTA）固件更新的廣播支持。
5.2 大規(guī)模IoT帶來新功能
5G將通過使用資源擴(kuò)展多路訪問（ResourceSpread Multiple Access）的新的上行鏈路多址接入設(shè)計(jì)來提升LTE IoT能力以支持更高的節(jié)點(diǎn)密度。RSMA是一種異步、非正交和基于競爭的接入?yún)f(xié)議，進(jìn)一步降低設(shè)備復(fù)雜性和信令開銷，它允許“物”在沒有網(wǎng)絡(luò)預(yù)先調(diào)度的情況下發(fā)起傳輸。
為了將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)覆蓋擴(kuò)展到最極端的位置（例如超遠(yuǎn)程，地下深處），5G將支持多跳網(wǎng)格技術(shù)，允許覆蓋之外的設(shè)備直連接到其他覆蓋內(nèi)的設(shè)備，通過覆蓋內(nèi)設(shè)備將數(shù)據(jù)中繼到接入網(wǎng)。通過這種方法能建立一個將覆蓋擴(kuò)展到典型蜂窩接入（例如，基站和小基站）之外的無邊緣的網(wǎng)絡(luò)。更重要的是，5G核心網(wǎng)絡(luò)能對覆蓋內(nèi)設(shè)備進(jìn)行廣域網(wǎng)管理，也能管理通過多跳網(wǎng)格技術(shù)接入的設(shè)備。
5.3 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵任務(wù)控制類型的IoT服務(wù)
LTE IoT適用于低頻度通信和對延遲不敏感的通信，如計(jì)量表和傳感器這樣的低端物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。還有一類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要更高的性能。例如要求端到端延遲低至1ms的關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)，需要超高可靠性、只允許極低丟包率的任務(wù)，采用多條鏈路實(shí)現(xiàn)高可用性的任務(wù)，還有需要強(qiáng)壯的端到端安全性的任務(wù)。所有這些要求已經(jīng)反映在5G任務(wù)關(guān)鍵控制的設(shè)計(jì)考慮之中，無人機(jī)和工業(yè)機(jī)器人只是驅(qū)動這些極端要求的一些典型的創(chuàng)新案例。
5.4 利用新的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供額外的好處
新的更加靈活的5G網(wǎng)絡(luò)將提供無與倫比的性能和效率，利用虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能為同一物理網(wǎng)絡(luò)上托管的各種服務(wù)創(chuàng)建優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)切片（例如增強(qiáng)型移動寬帶，關(guān)鍵任務(wù)服務(wù)和大規(guī)模IoT）。每個網(wǎng)絡(luò)切片可獨(dú)立配置后提供端到端連接，最優(yōu)化的滿足應(yīng)用需要。這對物聯(lián)網(wǎng)尤其有利，對于使用相同網(wǎng)絡(luò)部署支持的不同的用戶案例，不同的用戶需求可以對應(yīng)不同的SLA服務(wù)等級。除了允許更有效的分配資源和使用資源外，5G增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)還實(shí)現(xiàn)了靈活的訂購模型及動態(tài)創(chuàng)建和控制服務(wù)。
6. 結(jié)論
物聯(lián)網(wǎng)正在帶來大量的智能互聯(lián)設(shè)備，并將為各個行業(yè)提供新服務(wù)、高效率。物聯(lián)網(wǎng)將改變商業(yè)，改變?nèi)藗兊纳罘绞剑龠M(jìn)未來創(chuàng)新。蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將在萬物互聯(lián)過程中發(fā)揮重要作用。與其他非3GPP 的LPWA解決方案相比，LTE演進(jìn)在提供統(tǒng)一、可擴(kuò)展的IoT平臺方面有顯著的優(yōu)勢。通過已建立的全球網(wǎng)絡(luò)，LTE不僅提供無所不在覆蓋，還能給最苛刻的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來無與倫比的可靠性，安全性和高性能。
LTE-A Pro提供的新LTE IoT窄帶技術(shù)，能降低設(shè)備復(fù)雜性，延長電池壽命，深化覆蓋，并實(shí)現(xiàn)高節(jié)點(diǎn)密度部署。在3GPP R13中，LTE IoT引入了兩個新的UE類別（Cat-M1和Cat-NB1），通過縮減LTE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更高效的IoT通信。Cat-M1提供廣泛的物聯(lián)網(wǎng)能力，支持一些高級的功能，如移動性和VoLTE。而Cat-NB1在技術(shù)上進(jìn)一步縮減，用最低的成本和電力來支持高延遲容忍度，低吞吐量的用例。
在LTE物聯(lián)網(wǎng)窄帶技術(shù)的基礎(chǔ)上，5G將為物聯(lián)網(wǎng)帶來更多的機(jī)會。窄帶5G通過RSMA和Multi-hop Mesh技術(shù)來實(shí)現(xiàn)Massive IOT，RSMA支持無授權(quán)傳輸，Multi-hop Mesh可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋。在支持關(guān)鍵任務(wù)類型的業(yè)務(wù)方面，5G可提供超低延遲通信服務(wù)，高可靠性，高可用性和端到端的安全性。新的靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還能為下一代5G網(wǎng)絡(luò)上托管的所有服務(wù)提供無與倫比的性能和效率?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)是5G的一個組成部分，在未來十年和更遠(yuǎn)的將來成為一個統(tǒng)一的、高能力的網(wǎng)絡(luò)連接平臺。
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