十大性能PK：当NB-IoT 遇上 eMTC

Posted 2023-03-23

参考技术A

伴随着移动通信技术的不断发展，全球物联网即将迎来快速的发展。在国际运营商中，AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后开展了eMTC的商用。

在我国，电信率先起跑，在确立了800MHz组网能力之后，一口气要建成30万NB-IOT基站。联通与Jasper签订双排他协议，早早确定了NB-IOT作为发展方向。

而最早提出的中移动，却在NB-IoT与eMTC之间徘徊不定，这之间的原因，主要是两种制式各有所长，而中移动的TDD网络决定了其决策上的纠结性。

本文就NB-IoT与eMTC的主要性能，在十个方面进行了系统地梳理及详细地分析，在十轮论战过后，让我们再重新审视中移动的最佳决策应该是什么样子的。

在物联网的建网中，有非常多的应用场景需要满足，那么NB-IoT 与eMTC是在哪个场景下进行PK的呢？主要有三个场景，我们依次来看一下。

物联网应用可根据速率、时延及可靠性等要求，主要可分为三大类：

在以上各类业务中，LPWA业务由于连接需求规模大，是全球各运营商争夺连接的主要市场。NB-IoT 与eMTC也主要是在这个战场上进行PK的。

NB-IoT 与EMTC一路走来，是战败了哪些网络制式，才走到最后的呢？

目前，存在多种可承载LPWA类业务的物联网通信技术，如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等，但存在如下问题：

上述几点已经成为阻碍LPWA业务发展的影响因素，与这些制式相比，NB-IoT 与EMTC优势较为明显。

NB-IoT与eMTC的十轮鏖战

总结来看，NB-IoT 覆盖半径约是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆盖半径约是GSM/LTE 的3 倍，NB-IoT 覆盖半径比eMTC 大30%。NB-IoT 及eMTC 覆盖增强可用于提高物联网终端的深度覆盖能力，也可用于提高网络的覆盖率，或者减少站址密度以降低网络成本等。

NB-IoT ：在3GPP 标准中的终端电池寿命设计目标为10 年。在实际设计中，NB-IoT 引入eDRX 与PSM 等节电模式以降低功耗，该技术采用了降低峰均比以提升功率放大器（PA）效率、减少周期性测量及仅支持单进程等多种方案提升电池效率，以达到10 年寿命的设计预期。

eMTC ：在较理想的场景下，电池寿命预期也可达10 年水平，其终端也引入了PSM 与eDRX 两种节电模式，但是实际性能，还需后在不同场景中做进一步评估、验证。

NB-IoT ：其采用更简单的调制解调编码方式，以降低存储器及处理器的要求；采用半双工的方式，无需双工器、降低带外及阻塞指标等等一系列方法。在目前市场规模下，其模组成本可达5 美金以下，在今后市场规模扩大的情况下，规模效应有可能使其模组成本进一步下降。

eMTC ：其也在LTE 的基础上，针对物联网应用需求对成本进行了一定程度的优化。在市场初期的规模下，其模组成本可低于10 美金。

4.连接数

NB-IoT ：其在设计之初所定目标为5 万连接数/ 小区，根据初期计算评估，目前版本可基本达到要求。但是否可达到该设计目标取决于小区内各NB-IoT 终端业务模型等因素，需后续进一步测试评估。

eMTC：其连接数并未针对物联网应用做专门优化，目前预期其连接数将小于NB-IoT技术，具体性能需后续进一步测试评估。

定位功能：在NB-IoT技术的R13 版本中，为降低终端的功耗，在系统设计时，并未设计PRS 及SRS。因此，目前NB-IoT 仅能通过基站侧E-CID 方式定位，精度较粗。当然，未来的升级中将进一步考虑增强定位精度的特性与设计。

多播(multi-cast)功能 ：在物联网业务中，基站有可能需要对大量终端同时发出同样的数据包。在NB-IoT 的R13 版本中，无相应多播业务，在进行该类业务时需逐个向每个终端下发相应数据，浪费大量系统资源，延长整体信息传送时间。在R14 版本中，有可能对多播特性进行考虑，以改善相关性能。

移动性/ 业务连续性增强功能：R13 中NB-IoT 主要针对静止/ 低速用户设计、优化，不支持邻区测量上报，因此无法进行连接态小区切换，仅支持空闲态小区重选。R14 阶段会增强UE 测量上报功能，支持连接态小区切换。

对于标清与高清的VoIP 语音, 其语音速率分别为12.2kbps 与23.85 kbps。即全网至少需提供10.6 kbps 与17.7 kbps 的应用层速率，方可支持标清与高清的VoIP语音。

NB-IoT ：其峰值上下行吞吐率仅为67 kbps 与30 kbps，因此，在组网环境下，无法对语音功能进行支持。

eMTC：其 FDD 模式上下行速率基本可满足语音的需求，但从产业角度来看，目前支持情况有限，对于eMTC TDD 模式，由于上行资源数受到限制，其语音支持能力较eMTC FDD 模式弱。

NB-IoT ：在R13 版本下，其连接态下无法进行小区切换或重定向，仅能在空闲态下进行小区重选。在后续版本中，产业界有可能针对某些垂直行业需求，提出连接态移动性管理的需求。

eMTC：由于该技术是在LTE 基础上进行优化设计，可支持连接态小区切换。

NB-IOT：对于未部署LTE FDD的运营商，NB-IOT 的部署更接近于全新网络的部署，将涉及到无线网及核心网的新建或改造及传输结构的调整，同时，若无现成空闲频谱，则需对现网频谱（通常为GSM）进行调整（Standalone 模式）。因此，实施代价相对较高。

而对于已部署LTE FDD 的运营商，NB-IoT 的部署可很大程度上利用现有设备与频谱，其部署相对简单。但无论是依托那种制式进行建设，都需要独立部署核心网或升级现网设备。

eMTC：若在现网已部署4G 网络，在该基础上再部署eMTC 网络，在无线网方面，可基于现有4G网络进行软件升级，在核心网方面，同样可通过软件升级实现。

NB-IoT ：其在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能占优，但无法满足移动性及中等速率要求、语音等业务需求，比较适合低速率、移动性要求相对较低的LPWA 应用；

eMTC ：其在覆盖及模组成本方面目前弱于NB-IoT，但其在峰值速率、移动性，语音能力方面存在优势，适合于中等吞吐率、移动性或语音能力要求较高的物联网应用场景。运营商可根据现网中实际应用选择相关物联网技术进行部署。

这都让中移动难以下决心选择，因为一旦选择错误，机会成本与网络成本都是十分巨大的。

选EMTC还是NB-IoT，真的是个问题吗？

一直以来，蜂窝物联网的两种制式eMTC与NB-IOT都有一点竞争关系，到底应该选择哪种网络制式，业内一直争执不休。计讯小编整理此文带大家了解二者的发展与优势。
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??一、eMTC作为窄带物联网的优势

??eMTC作为窄带蜂窝物联网主流网络制式标准之一，相比非蜂窝物联网具备了LPWA基本的四大能力：广覆盖、大连接、低功耗、低成本。下面我们分别分析一下：

??1、功耗低、终端续航时间长，目前2G终端待机时长仅20天左右，在一些LPWA典型应用如抄表类业务中，2G模块显然无法符合特殊地点如深井、烟囱等无法更换电池的应用要求。而eMTC的耗电仅为2G Modem的1% ，终端待机可达10年。

??2、海量连接，满足“大连接”应用需求，物联网终端的一大特点就是海量连接用户，现在针对非物联网应用设计的网络无法满足同时接入海量终端的需求，而eMTC支持每小区超过1万个终端。

??3、典型场景网络覆盖不足，例如深井、地下车库等覆盖盲点，4G室外基站无法实现全覆盖。而在广覆盖方面，eMTC比LTE增强15dB(可多穿一堵墙)，比GPRS增强了11dB，信号可覆盖至地下2-3层。

??4、成本有望不断降低，目前智能家居应用主流通信技术是WiFi， WiFi模块虽然本身价格较低，已经降到了10元人民币以内了，但支持WiFi的物联网设备通常还需无线路由器或无线AP做网络接入、或只能做局域网通信。2G通信模块一般在20元人民币以上，而4G通信模块则要150元人民币以上，相比之下eMTC终端有望通过产业链交叉补贴，不断降低成本。

??5.专用频段传输干扰小，相对非蜂窝物联网技术来说，eMTC基于授权频谱传输，传输干扰小，安全性较好，能够确保可靠传输。
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??二、eMTC与NB-IOT的竞合关系

??回到蜂窝物联网上来，长期以来蜂窝物联网的两种制式eMTC与NB-IOT都有一点竞争关系，应该选择哪种网络制式，业内一直争执不休。其实双方各有技术优势，同时又有合作的基础，并不存在最佳选择，很多时候比拼的是谁的模组芯片成本下降更快，谁的商用化程度更高，以及谁的网络建设更完善。

??这种争论直到2017年6月可以正式休止了，在3GPP第76次全会上，业界就移动物联网技术(包括NB-IoT和eMTC)Rel.15演进方向达成了相关共识：不再新增系统带宽低于1.4MHz的eMTC终端类型;不再新增系统带宽高于200KHz的NB-IoT终端类型。

??3GPP这一决议，推动了M-IoT有序发展，让eMTC与NB-IOT彻底划分开了应用界限，转为了混合组网、差异化互补的合作关系。我们来看看两者在技术和应用上的区别。

??1、从技术层面两者的关系

??在峰值速率上，NB-IoT对数据速率支持较差，在200Kbps，而eMTC能够达到1Mbps;在移动性上来看，NB-IoT由于无法实现自动的小区切换，因此几乎不具备移动性，eMTC在移动性上表现更好;在语音上，NB-IoT不支持语音传输，而eMTC支持语音;在终端成本上，NB-IoT由于模组、芯片制式统一，现已降至5美元左右，但是eMTC目前的价格仍然偏高，且下降缓慢;在小区容量上，eMTC没有进行过定向优化，难以满足超大容量的连接需求;在覆盖广深上，NB-IoT 覆盖半径比eMTC 大30%。eMTC覆盖较NB-IoT 差9dB 左右。

??2、从应用场景两者的混合组网

??从双方的技术特征可以看出，NB-IoT在覆盖、功耗、成本、连接数等方面性能占优，通常使用在追求更低成本、更广深覆盖和长续航的静态场景下;eMTC其在覆盖及模组成本方面目前弱于NB-IoT，但其在峰值速率、移动性，语音能力方面存在优势，更适合应用在有语音通话、高带宽速率以及有移动需求的场景下。在真实的市场使用场景中，双方可以形成互补关系。

??有预测数据显示，NB-IoT由于其低成本、广覆盖的特征，连接数量与eMTC相比是8:2的比例关系。但相对来说， eMTC网络下应用场景更加丰富，应用与人的关系更加直接，eMTC网络环境下用户的ARPU值会更高。

??通过以上的介绍分析，可以发现NB-IoT/eMTC混合组网后，应用场景将更加丰富。