【导读】无线网络一直在不断发展，随着生活节奏的日益加快，人们对设备便利性的要求也变得非常高，而物联网的出现能够大大提高人们的生活效率。

　　物联网(IoT)助力智能联网设备大规模涌现，将在许多行业支持新服务和效率。物联网将在未来数年改造企业、改变人类生活方式并且促进创新。在下一个十年，预计全球将部署数百亿个联网设备，以前所未有的速度增长，在多个关键市场创造数万亿美元经济价值。物联网是全互联世界的基础并且演进为万物互联只是时间问题。

　　在全互联世界愿景中，蜂窝技术将发挥建设性作用并且它们早已在发挥作用；1G和2G网络通过语音连接人，3G和4G把连接性扩展到移动互联网，交付极快移动宽带服务。蜂窝网络不仅提供普适覆盖，而且它们还带来前所未有的可靠性、安全性和性能水平，这是要求最高的物联网应用需要的。

　　3GPP技术（例如4G LTE）能够提供广域物联网连接LTE是在全球是增长最快的无线标准，在全世界已经有超过十亿个连接。它将延续上升势头并且甚至将在未来十年激增。LTE已实现更快更好的移动宽带承诺，目前正面向物联网进行功能缩减以便支持多年电池续航和更低成本设备。LTE有通用全球标准(3GPP)支持以及强大的可互操作端到端生态系统支持。总之，LTE为未来物联网增长提供坚实基础，相较于非3GPP/私有解决方案，LTE展现了巨大优势。

　　3GPP标准第13版引入一套面向物联网优化的全新窄带技术。统称为LTE物联网，它更高效地支持更低数据速率应用的两个全新用户设备(UE)类别。LTE Cat-M1 (eMTC)可以提供广泛的物联网应用覆盖，LTE Cat-NB1 (NB-IoT)针对低成本物联网使用场景进一步缩减成本和功率。两个设备类别都是单一可扩展LTE路线图的一部分，设计为与现有LTE基础设施、频谱和设备共存。LTE物联网带来诸多改进，包括降低复杂性支持更低成本设备、更节能的低功率模式实现多年电池续航和全新先进传输技术深化覆盖面。除空口改进之外，LTE物联网还增强核心网络，更高效地处理以物联网为中心的流量并支持大量设备。

　　NB-IoT也为窄带5G奠定基础，将带来更多物联网机会。5G将借助新功能增强大规模物联网，例如资源扩展多址接入(RSMA)支持免许可传输和多跳网状网进一步扩展覆盖面。5G也将借助机器人、航空、医疗健康、工业控制和汽车等领域的许多创新使用场景支持新服务（例如关键任务控制），那些使用场景需要增强性能，例如1毫秒以下延迟、超高可靠性和可用性（但并非全部服务同时需要）。总而言之，连接物联网将是5G下一个十年和未来的更强大统一连接平台不可或缺的一部分。

迎接物联网时代

　　物联网(IoT)在广义上描述物质实体互联网络概念，包括机器、汽车、楼宇和许多其他类型的设备。这些联网“物体”将在家中、企业、城市和许多行业提供新服务。未来十年全球物联网市场有望快速增长，预计到2020将有250-500亿个联网设备，在关键市场促进数万亿美元经济增长。物联网将远远不只是连接人和物，而是扩展现有网络、让机器和设备彼此协作，这样它们能够实现全新水平的效率。

连接物联网将需要异构连接性

　　物联网包括许多不同行业各种各样的应用，设备能够驱动非常多样的计算与连接需求。在一些使用场景中，设备可能仅需短程通信连接网络接入点，例如联网家庭中部署的设备，同时许多其他应用需要更广泛的普适覆盖。在本质上，连接物联网将需要异构连接技术提供不同层次的优化以满足不同需求。图1提供简图，按到达距离说明连接物联网通常使用的不同无线技术。例如，办公楼智能照明可能最适合采用短程无线技术，例如Wi-Fi，因为灯具通常部署在Wi-Fi合理覆盖（即室内）的区域。相比之下，智慧城市中部署的停车计时器最可能采用广域网。此类部署将需要能够在户外（例如路边停车）和室内（例如停车楼）位置提供普适覆盖的技术。

图1：物联网无线连接技术范例

蜂窝技术将支持范围广泛的物联网服务

　　对于广域物联网，蜂窝技术不停地演进成，满足日益增长的连接需求。蜂窝网络已在全世界服务超过70亿个连接，在所有地理区域的大多数都市、郊区和农村都有覆盖。基于蜂窝的解决方案不仅提供户外和室内位置，而且还具有许多其他优势。高可用网络设计支持物联网设备全天候可靠地访问应用服务；此外，行之有效的蜂窝部署已提供最严苛用户（例如政府和金融机构）所需的端到端安全性。最重要的是，成熟生态系统，并有全球标准支持，确保跨区域和设备无缝地互联互通。蜂窝技术将持续演进、向快速增长的物联网市场提供更佳服务，到20255年物联网/机器对机器(IoT/M2M)蜂窝连接总数预计超过50亿。图2提供一些能够受益于采用基于蜂窝的解决方案的物联网垂直行业和使用场景范例。

LTE是连接物联网的可扩展统一平台

　　LTE是全球确立和增长最快的无线标准，到2021年有望达到75%的世界人口覆盖面。最初在3GPP标准第8版中引入LTE，开发宗旨是提供更快移动宽带接入，较之3G实现代际性能飞跃。LTE核心技术随时间推移长期演进，适应不断变化的市场需求，确保网络寿命。LTE升级版（3GPP第10、11、12版）持续演进，面向更佳移动宽带体验进行优化，引入先进技术支持千兆级吞吐量，例如载波聚合和更高阶MIMO。一些物联网应用能够受益于LTE升级版中引入的改进（例如高清安防摄像头），但许多物联网设备需要针对一系列大幅精简的功能进行优化。

　　3GPP标准第13版引入一套面向物联网优化的全新窄带技术。统称为LTE物联网，它缩减LTE以便更高效地支持更低数据速率应用。LTE物联网是LTE统一路线图的一部分，提供在现有网络部署中交付物联网服务的无缝路径；LTE能够扩展以便向高性能应用提供千兆级数据速率，或面向需要高功率效率的应用进行缩减。

　　LTE蜂窝物联网相较于非3GPP LPWA解决方案的优势

　　随着物联网应用数量持续增长，预计将出现大量物联网连接新技术。一些新技术（非3GPP）也能够在一定程度上支持覆盖需求，但较之3GPP标准化技术（例如eMTC和NB-IoT），它们在其他方面可能仍显不足。

　　普适覆盖：LTE物联网利用现有LTE网络，无需核心网重叠。迄今为止，已在160多个国家部署500多个LTE网络，正在规划更多未来部署。
　　可扩展性：LTE物联网是统一平台的一部分，能够适应应用的性能需求。LTE能够轻松扩展以支持需要高带宽和低延迟的物联网使用场景，缩减以面向低性能应用进行优化全都使用相同的网络基础设施。
　　共存：LTE物联网兼容现有和规划的LTE网络与频谱，与常规LTE流量共存，不干扰其他设备或服务。
　　成熟生态系统：LTE物联网有全球3GPP标准支持，有充实的5G路线图。设备和网络设计为跨不同厂商和区域互联互通。
　　受管理服务质量(QoS)：LTE最重要的优势之一是能够利用授权频谱，因为它允许网络运营商通过分配网络资源和管理并缓解干扰与拥堵来保证服务质量。冗余网络设计还有助于确保服务可用性，最小化宕机时间。
　　端到端安全性：LTE物联网将继承LTE提供的既有/可信安全与认证特性，满足许多高安全性应用的最严苛要求。

　　两种全新LTE 物联网窄带技术eMTC和NB-IoT

　　3GPP第13版引入两个带来更高物联网连接效率的全新用户设备(UE)类别。

　　增强型机器类型通信(eMTC)标准定义的LTE Cat-M1提供最广泛的物联网功能，实现最高1 Mbps的数据速率，同时仅在现有LTE FDD/TDD频谱中使用1.4 MHz设备带宽（1.08 MHz带内传输6个资源块）。它设计为与常规LTE流量（Cat-0和以上）全面共存。Cat-M1也能够支持语音(VoLTE)和完全到有限移动性。在增强型覆盖模式中，它能够实现15 dB链路预算提升，让LTE信号穿透更多墙壁和楼层到达室内深处或偏远位置部署的终端。

　　LTE Cat-NB1，或窄带物联网(NB-IoT)，进一步降低设备复杂性并扩展覆盖面，应对低端物联网使用场景需求。Cat-NB1利用窄带工作，在LTE FDD中使用200 kHz设备带宽（180 kHz带内传输1个资源块）实现数十kbps吞吐量。NB-IoT支持更灵活的部署选项：LTE带内、LTE保护频带和独立。为了进一步增强覆盖，它权衡频谱效率（例如数据速率）和功能（例如无移动性或语音支持），较之Cat-M1实现>5 dB额外增益。

　　全新LTE物联网设备能够与目前服务高效共存

　　Cat-M1和Cat-NB1都能够在现有 _LTE升级版基础设施和频谱中部署，与目前移动宽带服务高效地共存。Cat-M1使用1.4 MHz带宽，利用现有LTE参数配置（vs.NB-IoT的200kHz新信道带宽），能够部署在常规LTE载波内（最多20MHz）工作。Cat-M1设备将利用传统LTE同步信号（例如PSS（主同步信号）、SSS（辅同步信号）），同时引入对低带宽工作来说更高效的控制和数据新信道。支持Cat-M1的LTE网络能够使用多个窄带区，频率重调支持可扩展资源配置，跳频支持在整个LTE频段分集。

　　Cat-NB1设备能够在LTE保护频带内部署或除LTE带内之外作为独立载波部署。然而，新的200 kHz设备参数配置（利用单个LTE资源块，或180 kHz RB）需要一组新的窄带控制和数据信道。不同于Cat-M1带内，Cat-NB1不允许频率重调或跳频并且占有固定的频谱位置。对于保护频带部署，NB-IoT利用未用资源块，不干扰邻近载波。在独立模式中，Cat-NB1设备能够在重新划分的2G/3G频段内部署。