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NB-IoT，通往万物互联之路Contents图形列表4表格列表5Abbreviations6Executive Summary7摘要81简介92市场与需求92.1物联网市场快速发展，运营商急需有竞争力的IoT技术方案92.2低速物联网的主要需求113NB-IoT的前世今生以及标准背后的博弈133.1名字的演变与解读133.2标准背后的博弈144技术方案184.1Unlicensed频谱短距技术184.1.1Unlicensed频谱短距技术主要技术特点184.1.2主要优点184.1.3主要缺点194.2Unlicensed频谱广域覆盖技术194.2.1Unlicensed频谱广域覆盖技术之一：Sigfox194.2.1.1UNB技术特点194.2.1.2UNB技术方案技术优势204.2.1.3UNB技术方案技术局限性204.2.2Unlicensed频谱广域覆盖技术之二：LoRa214.2.2.1LoRa技术特点214.2.2.2LoRa技术优势214.2.2.3LoRa技术局限性224.3licensed频谱广域覆盖技术224.3.1采用licensed频谱的广域覆盖技术之一：GPRS/EC-GSM-IoT224.3.1.1EC-GSM-IoT技术特点234.3.1.2EC-GSM-IoT技术优点234.3.1.3EC-GSM-IoT技术局限性234.3.2采用licensed频谱的广域覆盖技术之二：MTC/eMTC234.3.2.1eMTC技术特点234.3.2.2eMTC技术优势244.4专为低速物联网打造的licensed频谱技术方案NB-IoT244.4.1NB-IoT技术特点254.4.1.1180kHz系统带宽254.4.1.2上行窄带274.4.1.3低功耗低复杂的高层设计304.4.2NB-IoT技术优势314.4.3NB-IoT技术局限性325NB-IoT下一步计划与未来演进32参考文献33图形列表图 1 各类应用的连接数比例分布11图 2 NB-IoT名字随标准演进的演变过程15图 3 PCG#34决议17图 4 NB-IoT和其他已有技术的关系26图 5 NB-IoT在GSM中的部署方式26图 6 LTE部署情况1：有多于LTE带宽的频谱，例如11MHz27图 7 LTE部署情况2：部署在LTE带内，不占用LTE传输资源27图 8 LTE部署情况3：部署在LTE带内，占用LTE传输资源27图 7 窄带传输提升系统发射总功率示意图28图 8 信噪比与频谱效率的关系30图 9 3.75/15/180kHz带宽在不同覆盖增强情况下的频谱效率30图 10 信号处理增益与重复次数的关系31图 11 各物联网技术方案与需求匹配度34表格列表表格1 物联网应用分类12表格2 各类应用的核心需求13表格 3 信号带宽与工作点29表格 4 NB-IoT未来标准计划33Abbreviations3GPP3rd Generation Partnership ProjectNB-M2MNarrow Band-Machine to MachineNB-IoTNarrow Band-Internet of ThingsIoTInternet of ThingsNB-IoTNarrow band Internet of ThingsLPWALow Power Wide AreaLoRaLong RangeUNBUltra Narrow BandEC-GSMExtended Coverage - GSMPCGProject Coordination GroupMTCMachine Type CommunicationeMTCEnhanced Machine Type CommunicationLPUCLow Power Use CaseSIDStudy Item DescriptionsWIDWork Item DescriptionsFDMAFrequency Division Multiple AccessSIGSpecial Interest GroupSOCSystem on ChipSRBSignal Radio BearerDRBData Radio BearerPSMPower Saving ModeMCLMaximum Coupling LossExecutive SummaryThe applications for Internet of Things are growing very quickly. There are mainly 3 types of technologies serving this market. The first type is short range technologies based on unlicensed spectrum, including WiFi, BlueTooth, ZigBee, etc. The benefits of short range technologies are: very low cost and very low power consumption devices, and short to medium range (10m to 1km) wireless access. To set up and end to end system, a gateway or wireless access point is required to connect to every end device. The gateway or wireless access point connects via either cellular or fixed network. So in most cases, the short range technology is a two-hop system. The short range technologies are widely supported by the industries and have been widely used in many areas such as smart home, smart factories. The second type is wide area proprietary wireless technology based on unlicensed spectrum. The technologies are based on unlicensed spectrum, e.g., ISM bands of 868MHz or 2.4GHz. The benefits of such technologies are: very low cost and very low power consumption devices, and wide range wireless access from the range of 1km to 100km. UNB by Sigfox, LoRa by Semtech, On-Ramp, Ingenus and Iotera are typical examples. The third type is wide area cellular technologies based on licensed spectrum. The benefits of cellular technologies are: very low cost and very low power consumption devices, wide range (1km to 100km) wireless access, global standardization and support, and guaranteed security and quality of services. Main candidate technologies include: eMTC, EC-GSM, NB-IoT. The progress of the third type of technologies is slower than the former two. But it can be deployed very quickly to provide ubiquitous coverage everywhere because it can reuse the existing cellular spectrum and the existing base stations can support it with software upgrade. The technologies mentioned above have some overlaps with each other. Theyve been existing in the market and competing with each other. Which technology will survive in future? How many of the above technologies can survive?This article analyzes the applications and technical requirements of IoT and looking into the details of each candidate technology. After a detailed analysis and comparison, a conclusion is drawn which points out that licensed spectrum based NB-IoT will dominate the wide area IoT applications and compete with short range technologies such as WiFi, ZigBee, Bluetooth.摘要当前，物联网相关通信技术蓬勃发展，主要有3类技术方案。第一类技术是采用unlicensed频谱的短距技术，包括WiFi、BlueTooth、ZigBee等。这些技术的特点是终端成本和功耗极低，覆盖距离从短距到中等距离（10m1km）。一般情况下，短距技术需要一个网关和无线AP，来管理各类终端节点。网关和无线AP通过蜂窝或者无线方式接入Internet。因而，短距技术可以认为是两跳组网的技术。该类技术已经有良好的产业链支持，在智能家居、智能工厂等多个物联网领域有规模商用。第二类技术是unlicensed频谱的广域覆盖技术，一般为私有技术方案。其特点是采用unlicensed频谱，例如ISM频谱868MHz或者2.4GHz，终端成本和功耗极低，覆盖距离较远（1km100km）。第二类技术以Sigfox的UNB技术，Semtech的LoRa技术为典型代表，还包括On-Ramp, Ingenus，Iotera等多家创新公司的方案。第三类技术是采用licensed频谱的广域覆盖技术。该类技术的特点是终端成本和功耗较低，覆盖距离较远（1km100km），并且能够提供可靠的安全以及通信服务质量，并且有全球化的3GPP蜂窝产业链支撑。主要候选技术有：eMTC、EC-GSM、NB-IoT。第三类技术产业发展慢于前面两类技术，但该类技术竞争力最强。其主要优势有两个：1. 网络部署成本最低，部署最快；2. 适用物联网业务范围最广。由于大部分基站可以软件升级支持该类技术，因而可以做到“忽如一夜春风来，神州大地全覆盖”。这三类技术都已经进入或者即将进入市场，呈现百花齐放，百家争鸣的盛况。在IoT发展初期，这并不奇怪，不过当IoT市场逐渐成熟之后，是否会出现一两种主流技术统一市场，结束物联网通信技术的“春秋战国”时代？如果是一两种技术统一市场，那么最大可能的技术候选是哪个技术？本文通过分析IoT各种应用的特点，找到IoT应用的核心需求，结合各种相关的IoT技术特点，指出进入IoT产业成熟期之后，采用licensed频谱的NB-IoT将会主导连续广域覆盖类IoT应用，与基于unlicensed频谱的短距技术相抗衡，呈现“两强争霸”的局面。1 简介当前，物联网相关通信技术蓬勃发展，主要有3类技术方案。第一类技术是采用unlicensed频谱的短距技术，包括WiFi、BlueTooth、ZigBee等。这些技术的特点是终端成本和功耗极低，覆盖距离从短距到中等距离（10m1km）。一般情况下，短距技术需要一个网关和无线AP，来管理各类终端节点。网关和无线AP通过蜂窝或者无线方式接入Internet。因而，短距技术可以认为是两跳组网的技术。该类技术已经有良好的产业链支持，在智能家居、智能工厂等多个物联网领域有规模商用。第二类技术是unlicensed频谱的广域覆盖技术，一般为私有技术方案。其特点是采用unlicensed频谱，例如ISM频谱868MHz或者2.4GHz，终端成本和功耗极低，覆盖距离较远（1km100km）。第二类技术以Sigfox的UNB技术，Semtech的LoRa技术为典型代表，还包括On-Ramp, Ingenus，Iotera等多家创新公司的方案。第三类技术是采用licensed频谱的广域覆盖技术。该类技术的特点是终端成本和功耗较低，覆盖距离较远（1km100km），并且能够提供可靠的安全以及通信服务质量，并且有全球化的3GPP蜂窝产业链支撑。主要候选技术有：eMTC、EC-GSM、NB-IoT。第三类技术产业发展慢于前面两类技术，但该类技术竞争力最强。其主要优势有两个：1. 网络部署成本最低，部署最快；2. 适用物联网业务范围最广。由于大部分基站可以软件升级支持该类技术，因而可以做到“忽如一夜春风来，神州大地全覆盖”。这三类技术都已经进入或者即将进入市场，呈现百花齐放，百家争鸣的盛况。在IoT发展初期，这并不奇怪，不过当IoT市场逐渐成熟之后，是否会出现一两种主流技术统一市场，结束物联网通信技术的“春秋战国”时代？如果是一两种技术统一市场，那么最大可能的技术候选是哪个技术？本文将针对此问题，从需求以及技术角度，开展深入分析，并试图回答上述问题。2 市场与需求2.1 物联网市场快速发展，运营商急需有竞争力的IoT技术方案物联网需求广阔，市场空间巨大。GSMA的报告 Low Power Wide Area Solutions Assessment指出，预计到2022年，低功耗广域覆盖物联网（LPWA）的连接数将达到27亿。应用种类分布广泛，包括消费类、农林牧副、智能城市、智能建筑、智能抄表、物流跟踪等。下图给出了各类应用的连接数比例分布：图 1 各类应用的连接数比例分布而整个IoT市场空间则大得多，Gartner预测到2020年所有的IoT连接数将达到260亿；ABI Research认为2020年有300亿连接。麦肯锡预计到2025年，全球IoT市场可以达到2.56万亿欧元。大胆想象未来，每辆自行车、电动自行车可以安装物联网终端，用来防盗以及定位；每个老人和小孩身上都可以携带一条项链，用来防止走失；每双鞋子上可以安装一个芯片，用来监控小孩的位置；办公室里的每个椅子上都可以安装物联网终端，通过椅子是否坐了人来监测办公室、会议室的利用率等；每个停车位都可以安装一个终端，用来停车的计费与管理。类似这样的应用很多，而且每个应用的数量极为庞大，可以预计，IoT未来的应用种类想象空间巨大，连接数极为庞大，市场空间巨大。新进入者不断蚕食市场，来势凶猛。由于物联网具有巨大的想象空间，近年来风险资本在IoT领域异常活跃。风险投资使得新进入者以颠覆者的姿态，快速攫取部分市场份额，一方面加速并催熟了物联网市场的发展，另一方面也极大的刺激了运营商的神经。比较典型的物联网领域新进入者代表有：Sigfox和Semtech。Sigfox总部位于法国南部的图卢兹，2009年成立，由Intel投资1000万美元，用于开发并建设自己的物联网网络。2015年2月份，Sigfox获得了Telefonica、NTT DoCoMo、SKT等运营商的一亿欧元投资，用于建设专门的低成本低功耗物联网网络。Sigfox已在法国、西班牙、英国、荷兰、美国等多个国家建立专用网络，并开展物联网运营，与运营商抢夺IoT市场。在2015年巴塞罗那通信展上，Sigfox展示了众多的芯片/系统集成等合作伙伴的创新应用，发展势头非常凶猛。截止到本文发表时间，Sigfox已经有超过700万连接数。Semtech，总部位于美国加州，是一家专注于模拟以及数模混合的半导体设计上市公司。其开发了基于扩频技术的LoRa，并且在2015年3月份巴塞罗那通信展上组建了LoRa联盟，全力推动低成本低功耗物联网的发展。Semtech使用免费的unlicensed频谱，终端成本和功耗极低（芯片成本小于1美金），借助LoRa联盟建立起来的生态联盟，Semtech及其合作伙伴能够提供完整的端到端解决方案。因此，有众多的小公司使用LoRa技术，建设自己的局域LoRa网络，并开展运营。例如，国内就有公司正在开发基于LoRa的智能抄表系统，并且在某些小区自己部署网络，开展智能抄表运营。Semtech也面向运营商提供解决方案，有多个运营商加入了LoRa联盟，比如Swisscom、KPN、SingTel、Proximus、Bouygues Telecom等。虽然Sigfox，Semtech都同时向运营商提供网络设备或者端到端的解决方案等服务，但是其与运营商之间的主要关系还是竞争。Sigfox的主要商业模式在于自己建网自己运维，与运营商直接争夺客户，因此存在正面的竞争。Semtech的很大一部分市场是中小企业市场自建网络，实际上是进一步碎片化了IoT市场空间，使得运营商进入企业市场的机会减小。为了应对Sigfox, Semtech等新进入者的竞争，运营商需要尽快部署IoT网络，应对新进入者的竞争。在运营商的强烈需求牵引下，华为、爱立信等蜂窝阵营厂商发力加速产业进程，使得eMTC、EC-GSM、NB-IoT等LPWA技术纷纷在R13完成标准化。GSMA也在2015年9月份发起了mobile IoT Initiative项目，主要目的是推动3GPP LPWA技术尽快商用，多个运营商纷纷将商用计划提前到20162017年。2.2 低速物联网的主要需求GSMA成立的LPUC课题对该类应用的特点进行了概括。主要包括如下4大类应用：表格1 物联网应用分类类型 1类型2类型3a 和3b类型4人/物跟踪，例如：宠物跟踪，老人小孩跟踪，关键物品跟踪；远程生活监控和助理； 可穿戴；自行车跟踪工业物料跟踪； 农林牧副，例如消防栓，火灾时工业用品跟踪。类型3a：智能抄表，智能停车，智能建筑，家庭自动化，智能电网，智能工业控制；类型3b：智能垃圾桶，丙烷罐（注：危险品）跟踪, 环境监测。U智能路灯；白色家电，自动售货机针对以上种类的应用，GSMA LPUC课题进一步概况了需求，如下的表格给出了最为核心的技术需求。表格2 各类应用的核心需求应用场景分类电池寿命（年）覆盖时延移动性类型1 25室外/ 室内 预计30秒，VIP跟踪可能需要2-5 秒 低移动性，大多数属于游牧场景 类型 2 510室外 大多数小于10秒 静止或者游牧场景（资产或者动物跟踪） 类型 3 - a 510室内深度覆盖 控制类10秒；数据采集类60秒 静止 类型 3 - b510郊区大覆盖控制类10秒；数据采集类60秒静止类型 4 2室外/室内 大多数小于30秒，除了自动售货机小于1秒 静止 在GSMA LPUC基础上，将核心技术需求进一步分类整理，可以得到如下的核心技术需求：（1） 网络轻量化容易快速部署a) 免费的ISM频谱，或者少量的Licensed频谱；b) 轻量化的网络，或者现有蜂窝软件升级：重用RRU、基带软件升级、重用核心网。（2） 低终端成本a) 芯片成本小于1$，最好能够单颗SOC（含PA）；b) 模组近期成本小于5$，最好能达到23$，甚至更低。（3） 好的用户/客户体验，低运维成本与风险a) 10年量级电池寿命；b) 100%室内覆盖率（20dB覆盖增强）；c) 无线通信安全可控；d) 通信质量可靠；e) 模组质量好。物联网产业的不同发展阶段，对技术需求的优先级是不一样的。在物联网发展初期，由于产业规模不大，运维成本不高，成本/功耗是用户较为容易体验到的，因而前期发展终端成本/功耗/建网成本更低的技术方案具有更多的优势。到了产业发展成熟期，由于产业规模巨大，运维成本/客户服务成本逐渐成为用户体验的制约性要素，质量/安全/可靠的重要性不断提升。3 NB-IoT的前世今生以及标准背后的博弈3.1 名字的演变与解读NB-IoT最早的名字为LTE-M，名字蕴含的期望是基于LTE产生一种革命性的新空口技术，该技术既能做到终端低成本低功耗，又能够和LTE网络共同部署，全称为LTE for Machine to Machine。率先提出这一理念的是沃达丰。作为课题报告人的沃达丰对R12 Low Cost MTC进展不满意，于2012年底提出了组建LTE-M SIG (Special Interest Group)的想法，这一想法得到了爱立信、诺基亚、阿朗、华为、索尼、u-blox以及德国的德累斯顿工业大学(TU Dresden)等的支持，后来Verizon Wireless以及Neul加入了LTE-M SIG。2014年5月份，LTE-M SIG发布了一份白皮书 A Choice of Future m2m Access Technologies for Mobile Network Operators，介绍了LTE-M SIG花费将近一年多的工作成果：全新的窄带新空口技术， 以及基于LTE R12 Low Cost MTC的窄带演进方案。从LTE-M到CIoT（NB-M2M）：2014年5月份，由沃达丰、中国移动、Orange、Telecom Italy、华为、诺基亚等公司支持的Study Item “Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things”在GERAN立项，其中包含了由华为提出的新空口NB-M2M（Narrow Band M2M），以及爱立信提出的GSM演进两种思路。LTE-M的名字演变为Cellular IoT，简称CIoT。由于绝大多数运营商只关心新空口方案，因此，在相当长的一段时间内，NB-M2M成为了运营商热议的一个话题。从NB-M2M到NB-CIoT：随着标准的进展，在GERAN标准化的CIoT得到了越来越多的运营商和厂商的关注，原已冷清的GERAN又热闹了起来。德电、Orange、Telefonica等原来不参加GERAN的运营商重新回到了GERAN，英特尔、三星、LG Electronics、MediaTek等设备商、芯片商也重新回到GERAN，关注起CIoT课题。2015年5月份，华为和高通 高通于2014年10月份的一次电话会议中在GERAN提出NB-OFDM的技术概念。主动宣布融合，上行采用FDMA多址方式，下行采用OFDM多址方式，融合之后的方案名字叫做NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）。从NB-CIoT到NB-IoT：华为和高通的融合，进一步震动了业界。对于蜂窝物联网这一未来具有巨大想象空间的市场方向，谁也不愿意做落后者。爱立信等厂商受到运营商需求的牵引，突然加快了在窄带领域的研发节奏。经过一段时间的酝酿，爱立信联合其他公司在Study Item阶段最后一次会议，即GERAN 8月10日的会议上，提出了NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念，希望能够赶上PCG决议的末班车，成为WI候选技术方案。9月份的RAN#69次会议上，经过激烈博弈，双方最终达成妥协，形成了NB-IoT WID。NB-CIoT变为了NB-IoT（Narrow Band IoT）。下图给出了NB-IoT名字随着标准演进的变化过程。图 2 NB-IoT名字随标准演进的演变过程3.2 标准背后的博弈市场逐渐升温，标准不断地向前演进，但这不意味着蜂窝阵营内部的声音是完全一致的。事实上，在标准不断达成共识的同时，背后的博弈也在同时进行。下面列举几个博弈中的关键里程碑事件，阐述各家公司在针对蜂窝物联网这一产业上的理念差异以及竞争策略。为简单起见，把坚持LTE演进路线的称为改良派，把坚持新空口的称为革新派。Study Item立项（2014年5月）：在Study Item立项之前，在法国的风险投资界发生了一件大事。2015年2月份，Sigfox获得了Telefonica、NTT DoCoMo、SKT等运营商的一亿欧元投资，用于建设专门的低成本低功耗物联网网络。这是法国融资历史上的最大的单轮投资。这件事情有两个意义：第一，由Sigfox主导的自建并运维IoT网络的思路得到了风险投资界的认可；第二，运营商之间产生了分歧，Telefonica、NTT DoCoMo、SKT等投资Sigfox，等于看好这个方向，而其他运营商，例如沃达丰、德电、Orange、意大利电信以及美日韩和中国的运营商没有投资这个方向，说明其还没有关注这个方向，或者是不看好这个方向。Sigfox这一融资行为，加快了非蜂窝阵营（采用unlicensed频谱）与蜂窝阵营（licensed频谱）之间的竞争与博弈。2014年5月份，由沃达丰、中国移动、Orange、Telecom Italy、华为、诺基亚等公司支持“Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things”的Study Item在GERAN立项，其中包含了由华为提出的新空口思路，以及爱立信提出的GSM演进两种思路。从标准的同签情况来看，四大运营商主要看重革命性空口的思路。虽然爱立信的方案被包含在Study Item中，爱立信并不支持该Study Item。从这里边可以看出两点：一是爱立信并不看好这个Study Item，其提出的GSM演进主要用于阻击新空口的进展；二是可以看出沃达丰等运营商对爱立信的良苦用心，虽然大家对GSM演进并不感兴趣，但是仍然将其提出的技术列入其中，运营商是希望各个设备商能够达成共识，并开展融合。PCG#34（2015年4月）：PCG会议之前，在3月份的巴塞罗那通信展上，IoT成为了最大热门话题之一。华为联合沃达丰在巴塞罗那通信展上展示了基于NB-M2M的智能水表Live Demo，引起了业界关注。于此同时，基于unlicensed频谱的私有技术也快速发展，Semtech在巴塞罗那通信展上宣布成立LoRa联盟，并且有一定数量的小运营商加盟。Sigfox在巴展上展示了其强大的产业链支持和应用种类。以上背景加速了运营商对IoT的重视程度和投入，运营商之间为主导权和话语权展开争夺。在4月28日的PCG会议上充分体现了这个博弈过程。首先，AT&T/DoCoMo/SKT等美日韩运营商无法容忍在他们的视线范围之外（GERAN）进行窄带物联网的标准化，希望这一创新的技术能够在他们的视线范围内，因此美国TIA/日本的ARIB和TTC以及韩国的TTA，都希望关闭GERAN（合并到RAN），并且CIoT要能够用于LTE网络，要求WI在RAN完成。其次，欧洲运营商虽然担心到RAN之后的标准进度受到影响，但是更加乐意看到转移到RAN带来的产业影响力进一步扩大，因此大部分的欧洲运营商并没有表现出强烈的选择倾向，导致ETSI在PCG上立场并不坚定。中国CCSA以及印度的TDSDI，由于LTE网络并没有普及，认为首先要保住现有的NB-CIoT标准化以及创新成果，不因标准组织的问题，导致创新受到阻碍。这场博弈的范围很大，美国TIA、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA和中国的CCSA，欧洲的ETSI，印度的TDSDI等这些标准化组织都深度参与其中。最终的结果是Study Item继续在GERAN做，Work Item转移到RAN，GERAN和RAN的合并在2016年4月份的会议上进行决策。下面的图片给出了PCG#34次会议上的决议结果。图 3 PCG#34决议Work Item立项（2015年9月）：8月份的GERAN会议上，CIoT顺利结题，NB-CIoT成为唯一能够满足Study Item目标的候选技术。按照3GPP流程，爱立信等公司提出的NB-LTE技术方案不能成为WI的备选，NB-CIoT已经按照标准的流程做完Study，是较为成熟的候选技术方案。如果严格按照标准流程走，那么NB-CIoT理应成为WI的唯一候选，这也是NB-CIoT的支持者们所期望的结果。针对NB-LTE是否可以入选WI，双方展开了激烈的博弈。出于产业的考虑，运营商希望整个蜂窝阵营能够一起参与，共同打造蜂窝物联网，运营商希望两个方案能够融合。9月份RAN全会的WI立项，在设备商之间的竞争与运营商的融合之间形成不断博弈的局面。其实，这也是3GPP一直以来的常态：设备商之间开展竞争，又在运营商的压力之下开展融合，不断博弈，最终达到一个合理的平衡。此次会议的主要博弈点主要有：（1） NB-LTE作为没有完成Study Item的候选技术，是否可以列入WI范围？（2） PCG的决议明确写明，只有一个Clean Slate方案能够列入WI，NB-LTE是否为Clean Slate方案？（3） In-band部署面临很多标准化工作，研究并不成熟，WI阶段是否应该包括in-band场景？（4） NB-CIoT和NB-LTE是否应该为两个独立的WI？由市场选择技术？经过漫长的会前/会上的博弈，最终形成的WI如下。3GPP接受了NB-LTE技术也列入候选，包含in-band场景，两个技术候选合并为一个独立的WI，12月份RAN全会做决策：保留两个或者down selection。RAN1#83会议（2015年11月）以及RAN#70会议（2015年12月）：RAN#69次会议的决议，要求在接下来的RAN工作组会议中针对两个技术选择开展评估。 在10月份和11月份的RAN1#82bis和RAN1#83次会议上，3GPP主要聚焦在两个技术方案的性能PK，改良派和革新派之间开展了激烈的博弈。此次博弈，归其根本，仍然在于各个设备商能够在标准的技术方案选择上，获得多大的利益以及影响力。此外，由于长久以来的竞争和博弈，超出惯例的标准操作（从GERAN Study Item切换到RAN WI），以及打破常规的3GPP标准流程（NB-LTE未经充分Study便立WI），各个阵营的参与人员产生了“爱恨情仇”。会前会后的博弈非常激烈，不过总体来讲，10月份和11月份的博弈主要聚焦在技术方面，总体是良性的。主要的博弈点有：（1） 上行是FDMA优，还是SC-FDMA更优？（2） 上行要不要保留GMSK调制方式？（3） 下行是保留3.75kHz/15kHz双numerology设计（standalone/guard-band 3.75kHz，in-band 15kHz）还是单一15kHz？改良派主要的利益有：（1） 技术尽可能接近LTE，以维护其专利和产品利益；（2） 技术改动尽可能小，以利于开发，加快产品上市节奏，降低产品风险。革新派的主要利益有：（1） 通过尽可能多的采用其阵营的技术，以尽快推出产品，与市场上的unlicensed频谱竞争；（2） 技术革新尽可能大一些，确保技术方案的竞争力，做大蜂窝产业蛋糕。经过前前后后两个多月的博弈，在11月份RAN1会议上初步达成了共识，并在12月份的RAN全会上通过更新的WID。最终结果为： 包含3种场景（standalone, guard-band, in-band） 技术方案 180 kHz UE上下行射频带宽 下行OFDMA 15kHz 上行两个选项: Single tone 3.75kHz/15kHz； Multi tone：15kHz 一套同步方案设计 基于LTE MAC, RLC, PDCP and RRC基础上优化 4 技术方案4.1 Unlicensed频谱短距技术该类技术包括WiFi，BlueTooth，ZigBee以及部分私有技术。针对IoT应用在低功耗/覆盖增强/定位等作了专门优化，利用原有产业链优势，在智能家居，工业4.0等多个IoT领域开展商用，市场蓬勃发展。4.1.1 Unlicensed频谱短距技术主要技术特点unlicensed频谱短距不能独立部署，依赖于有线网络或者蜂窝网络做网关回传。在智能家庭中，短距仅仅完成最后100米的连接，一般采用“终端+路由+云端”的模式，由家庭网关以固网为主要对外出口，用户通过手机或平板等移动终端（通过App）来对家庭网内的设备进行操控。短距通信技术的距离一般从几米到几百米，通信速率在几百kbps到上Gbps，不同种类的技术功耗也不相同。4.1.2 主要优点（1） 产品种类齐全，产业链成熟；（2） 存在终端极低成本的技术：例如蓝牙，ZigBee（3） 存在终端极低功耗的技术：例如蓝牙，ZigBee4.1.3 主要缺点（1） 部署模式不灵活，无法做到即插即用由于短距技术缺乏专业的网络运维，依赖于用户自身组织网络，因而无法做到即插即用。（2） 家庭网数据出口单一，一旦出口网络服务丢失，整个智能家居系统将同外界失去联系。同时，由于转发处理出口单一，也极大的增加了安全隐患。（3） 针对未来的5G场景，家庭内需被链接的设备与传感器件的数量将较目前大幅增加，目前架构很难实现家庭内需联网设备的全覆盖。（4） 交互时延长，主要体现在以下方面:a) 一是体现在设备接入Router方式的缺失。在智能家居中，需链接设备的种类多样，很多终端设备并未定义输入及显示界面，在配置终端接入Router时方式复杂，缺少行业标准，而由此带来的问题是应用交互层面的时延大幅提升，导致用户体验度差。 b) 二是体现在端-端链路的首次链接。由于首次链接需要通过云端进行处理转发，导致在遥控等实时响应场景下，用户体验较差。4.2 Unlicensed频谱广域覆盖技术4.2.1 Unlicensed频谱广域覆盖技术之一：SigfoxUNB是Sigfox提出的技术，全称为Ultra Narrow Band。UNB采用unlicensed频谱，在欧洲为868MHz，在美国为902MHz。网络的最大覆盖能力为162dB。UNB的终端通信能力非常有限：单次数据的发送消息长度最多12字节，每个终端每天最多只能发140条消息，下行接收的消息条数为最多8条。4.2.1.1 UNB技术特点采用FDMA多址技术，子信道带宽为100Hz（欧洲）或者600Hz（美国）。支持上下行双向通信，通信总是由终端发起。UNB为非调度系统（终端自主发送信号），为了避免各个终端之间碰撞，终端采取重复发射3次的做法提升信号发送成功率。终端在预设的频段上随机选择3个子信道，盲发3次；随后终端扫描预先设定的频段，接收下行数据，如果收到下行数据，就进行处理，如果没有，15秒后就继续睡眠。4.2.1.2 UNB技术方案技术优势（1） 终端极低成本；（2） 终端极低功耗；（3） 链路预算高。UNB终端芯片极低成本主要来自于Sigfox的技术创新：重用现有的遥控器或者短距传输的芯片硬件，在此基础上更新软件。终端芯片公司不需要专门为UNB流片，这节约了上千万美元的流片以及相应的开发费用。这一方面降低了终端芯片的研发费用，也降低了终端芯片的门槛，这两点都非常有利于终端做到极低成本。Sigfox通过这一创新，已经发展了多个终端芯片合作公司。由于终端芯片公司之间的竞争，终端芯片的成本达到了极低的水平。UNB设计的链路预算为162dB，比GSM的链路预算（144dB）要高，即使加上基站天线的增益，Sigfox为168dB（天线增益6dB），也较GSM的159dB要高（天线增益15dB）。高出来的链路预算可以降低基站部署的密度，从而降低初期网络部署成本；也可以用来提升室内覆盖率。Sigfox需要自己建网络，其多余的链路预算主要用于降低网络部署成本。4.2.1.3 UNB技术方案技术局限性（1） 其终端通信能力非常有限；（2） 通信质量无法得到保障；（3） 空口不安全；（4） 覆盖不足。UNB终端通信能力受限主要来自于unlicensed频谱。欧洲的管理法规要求868MHz频谱每个终端的发射占空比必须小于1%。每次数据传输将会持续6秒左右，那么每个小时可以发送最多6条消息，每天可以最多发送140条消息。由于unlicensed频谱的干扰不受管制，通信的质量无法得到有效保障，通信的可靠性也无法得到保障。由于空口技术极为简单，无法采用有效的加密认证，因此，存在数据被伪基站窃听并破解的风险。Sigfox网络的最大链路预算为162dB，高于GSM的144dB。但是由于Sigfox自己建设网络，站点稀少，无法做到室内接近100%覆盖。此外，UNB终端芯片极低功耗主要是在给定的业务能力情况下达到的。每天通信量极少的情况下（每天发送消息1条左右），可以做到10年电池寿命（2500毫安时的锂电池）。如果每天发送140条消息，则电池寿命仅为2个月左右。4.2.2 Unlicensed频谱广域覆盖技术之二：LoRaLoRa是Semtech推出的技术，其名称为Long Range的头两个字母组合而成。LoRa支持上下行双向传输，通信速率可变，从18bps到几百kbps。4.2.2.1 LoRa技术特点采用FDMA多址方式，信道带宽从7.8kHz500kHz可配置。有两种调制方式，一种是FSK，相对高数据速率（100kbps）；另一种是LoRaTM，采用扩频技术，应对扩展覆盖场景，扩频因子SF = 612，对应644096倍扩频。当扩频因子=12，带宽=7.8kHz时，MCL可达168dB，此时只有18bps；典型值是扩频因子=12，带宽=125kHz（LoRa channel），MCL=156dB，物理层比特率为293bps。LoRa系统的接入方式：LoRaWAN定义的终端采用一种ALOHA的机制来随机发送数据，根据是否收到应答来检测干扰，而不是先听后发（Listen Before Talk）方式来进行干扰避免。LoRaWAN标准支持class A,B,C三类终端，其中class A面向长电池寿命的应用设计，只支持终端主动发起数据传输，数据传完成后，等待2个接收周期后进入睡眠状态，直到下一次醒来主动发起数传；Class B和C类终端除了支持class A的功能，还能支持网络发起的数据传输。Class B终端会通过gateway的beacon进行同步，选择并定期侦听部分接收窗口（ping slot），网络服务器和终端都知道这些接收窗的时间；而class C终端会有更多的连续接收窗机会。类似蜂窝系统中IDLE状态的DRX （class C） 和eDRX（