物联网无线接入技术

物联网无线接入技术物联网（IoT）各无线接入技术应用场景农林路RFID、红外、蓝牙等数据采集类（低速率）IoT应用场景网络要求IoT无线接入技术(>1

Mbps)视频监控、车联网、智慧医疗等高速率(>1Mbps)3G/4G/CAT1/5GC-V2XWiFi中速率(<1Mbps)智能家居，智能建筑，

POS机、电梯卫士等中速率(~10Mbps)低功耗2G/3GeMTC低速率(<100kbps)牧渔，传感，抄表，停车，灯、物流、追踪业务等低速率(<100Kbps)深度覆盖(20dB)低功耗(10年)低成本(<5$)NB-IoTSigFoxLoRa短距技术，如ZigBee、监控控制类（高速率）交互协同类（中速率）Page2目前各物联网无线接入技术对比$30$15$15$10$9$8$8$5CAT4CAT1CAT0…CAT-M…SigfoxGPRSLoRaNB-IoTSigfoxLoRaEC-GSMCat-1Cat-0eMTCNB-IoT标准PrivateOpen3GPP3GPP3GPP3GPP3GPP频谱属性UnlicensedUnlicensedLicensedLicensedLicensedLicensedLicensed信道带宽100Hz7.8~500kHz200kHz1.4~20MHz1.4~20MHz1.4MHz200KHz系统带宽100Hz7.8~500kHz2.4MHz1.4~20MHz1.4~20MHz1.4MHz180KHz峰值数率UL:100bpsDL:600bps180bps~37.5kbpsDL:74kbpsUL:74kbpsDL:10MbpsUL:5MbpsDL:2MbpsUL:1MbpsDL:800kbpsUL:1MbpsDL:234.7kbpsUL:204.8kbps每天最大发送消息数量140(Device)50000(BTS)50000(BTS)unlimitedunlimitedunlimitedunlimitedunlimited终端最大发射功率14dBm14dBm26dBm23dBm23dBm23dBm23dBm最大路径损耗UL:156dBDL:

147dBUL:

156dBDL:168(SF12,

BW7.8)132(SF6,

BW125)164dB144dB144dB156dB164dB设备的功耗LowLow-MediumLowMediumMediumLow-MediumLowPage3(一)NB-IoT，窄带蜂窝物联网简介支持SingleRAN平滑演进GSM/CDMA/UMTS/LTE/NB-IoTStandaloneGuardBandInBandLTEG/U/LGSMLTE支持灵活的部署基于LTE的一个演进模式200KHz

窄带空中接口200KHz200KHz200KHz180KHz<100kbps 低频、小包、时延不敏感低成本终端（模块<5$) 覆盖地下管网，深度室内… 电池供电，要求长的电池寿命Page4NB-IoT方案四大优势运营商级别高可靠性高安全性超强覆盖Super

Cove~超低功耗Low

Power超低成本Low

Cost超大连接Massive

Conn~Page5(二)eMTC，增强型机器类通信简介模块成本/性能<25$＞1Mbps覆盖/电池寿命<10$1Mbps<5$100Kbps中速NBIoT芯片低速小包超低成本、超远覆盖、超长电池穿戴市场语音、移动、定位LTE

CAT-M健康监测儿童/VIP跟踪业务宠物跟踪智能停车智能抄表LTE-M(eMTC)LTE特性演进新空口技术NBIoTLTE

CAT

1智能电梯，广告牌中高速低成本物联网关低端车联IoT关键要求市场比例典型应用>

1–100

Mbps,模组<$15-30移动,高清语音

&

视频支持10%车载信息娱乐系统

视频监控100

kbps

–

1Mbps,模组<$5-15移动,基本语音&

视频支持20%车辆远程信息处理/紧急呼叫等智能电梯/手表/手环车队管理POS支付…100

bps

–

100kbps,模组<$3-5静态与半静态,仅数据70%智能抄表/停车/路灯/垃圾桶/农业/跟踪物流/楼宇坏境检测…Page6eMTC深度覆盖技术，15dB增益重复技术：连续子帧相同资源块中调度相同的数据，接收端通过HARQ合并获得12dB左右合并增益无重复有重复跳频技术：可以获得频域的分集增益2~3dBPage7节电技术延长终端电池寿命M2M终端MME减少IDLE态寻呼侦听次数Extended

Long

DRXeDRX协商，MME决策Voice/DataeMTC终端PSM节电模式PSM

StatePSM（Power

Saving

Mode）MBB终端节电模式Paging(Monitor)Wake

Up99%的待机时间处于PSM，所消耗的电量小于1%DRX

Cycle

eDRX

Cycle2节AA电池待机时间从13个月增加到111个月Tx(23dBm):

500mWRx:

80mWIdle:

3mWPSM:

0.015mWPage8eMTC定位技术，无需GPS即可定位，支撑丰富业务应用UEeNodeB

0eNodeB

1eNodeB

2d0d1d2UTDOA

HyperbolaUTDOA

HyperbolaeNodeBUE定位中心发送用于估算位置的定位信号测量所收到多个基站发送的PRS的时延向定位中心发送所测量到的时延信息依据双曲线估计UE位置UE

位置UTDOA（UpLink

Time

Difference

ofArrival，观察到达时间差）UTDOA通过三个基站构成的不同圆的交点估算UE位置测试基站越多定位精度越高无需UE侧新增定位芯片Page9eMTC支持无缝切换，保证客户体验平滑连续保证无线网络的覆盖连续性，给UE提供连续的业务体验。提供转移UE的方法，支撑灵活性的组网策略，满足运营商业务分层、负载平衡等需求eNodeB

0eNodeB

0eNodeB

1站内切换站间切换f=f1-2fd高铁用户高铁用户f=f1+2fdf=f1非高铁用户高速场景eMTC支持连接态移动性管理：

支持高速移动，业务场景丰富eNodeB通过自动频率控制纠正UE的频率偏差，以降低多普勒频移对解调的影响，保障UE的业务正常并保持良好的性能Page10CIoT无线接入技术对比物联网关键需求语音速率 覆盖增强 低功耗低成本大连接实时交互可定位eMTCNB-IoT15dB＋20dB+

10年5~10

年<1Mbps<200Kbps不支持<10$/模组50k/小区（1.4MHz）100k/小区

(200KHz)<$5/模组秒级别支持

100ms级别支持支持LTE-V/MBB不敏感>1Mbps

LTE正常支持不敏感不敏感100ms级别支持Page11（三）LoRa,远程物联网简介LoRa（LongRange

Wireless

Solution）是由SEMTECH公司提出的一种

基于unlicensed频谱，采用扩频技术，主要面向物联网应用的低成本、低功耗、低速率、大容量、广覆盖、窄带通信物理层技术。频谱主要应用在ISM（Industrial

Scientific&Medical

）频谱,包括：欧洲EU863-870MHz(7MHz)北美US

902-928MHz

(26MHz)中国CN779-787MHz(8MHz)欧洲EU

433MHz

(1.74MHz)成本：$2~5/

芯片容量：10~50K功耗发送电流：120mA@20dBm接收电流：10mA睡眠电流：100nA>10年待机速率：0.018kbps

~

37.5Kbps覆盖：城区2-5Km，郊区15Km带宽：7.8~

500K可编程Page12LoRa联盟介绍LoRaTM

protocol

architectureLoRa

Alliance是一个开放非盈利组织，旨在通过标准化一个低功耗广域网络（LPWAN）标准，使能IoT的应用。联盟成员共同合作完成LoRa协议（LoRaWAN）的标准化，保证全球不同运营商之间的网络互通。Page13LoRa拥有完善的产业链，覆盖各个行业传感器模组基站网络服务系统集成Telemetry,

metering,universal

(I2C/Analog)LoRaWAN™

MasterTrackerLoRa®Demonstratortemperature

&

PIRsensorsdoor/windowmonitoring

sensorenvironment,intelligent

buildings,metering,

security,M2Menvironment,intelligent

buildings,metering,

security,M2Msmart

cities,transporation,industrial

production,mining,

securityindustrial,transportation,

energy,medicalsmart

agriculture

&cities,sensor

networks,

industrialautomoation,

smart

meters,asset

tracking,

street

lighting,M2Menvironment,intelligent

buildings,metering,

security,M2MIndoor

and

outdoorbase

stations

forpublic

and

privatenetworksBase

station

forindustrial,transporation,

energy,medicalBase

station

for

widearea

M2M/IoTnetworksLoRa®

IoT

basestation

for

wide

areasmart

cityapplicationsLoRaWAN™

networkserver,

cloud

server,

storemarketplace

engineLong

range

signalingand

control

(LRSC)network

serverLoRaWAN™

network

serveraeronautic,telecom,energy,

medical,industrialIoT

platformproviderfor

collectingandaggregating

data

frommillions

ofassetsLoRaWAN™

solutionprovider

for

wirelessproduct

designLoRaWAN™

solutionprovider

for

personalsecurity

andsitepatrollingLoRaWAN™

solutionprovider

for

buildingautomation,

industrialcontrol,

asset

conditionmonitoring143101337数据来源：/lora/ecosystemPage14LoRa联盟全球拓展版图Page15（四）Sigfox简介Sigfox

是一家成立于2009年的法国公司，是第一家也是唯一家提供低吞吐量的覆盖全球的移动物联网运营商，为用户提供端到端的基于IMS频谱的超窄带（UNB，Ultra

Narrow

Band）无线接入解决方案和产品，掌握UNB核心技术。用户不用部署网络设备，只需要定制终端和部署应用服务器，即可以使用Sigfox的网络。Sigfox的UNB技术具有低成本、低功耗、广覆盖、大容量的特点。Page16Sigfox网络架构收集传感器信息提供无线传输LAP（基站）接收和转发

LTN无线数据LTN

Server（LTN服务器）存储和转发应用层数据管理网络CRA（注册鉴权中心）管理LEP和LAP的身份标示OSS/BSS网络管理ApplicationServer用户管理通过API与LTN

Server对接用户购买Sigfox提供参考：ETSI

GS

LTN

002《Low

Throughput

Networks(LTN);FunctionalArchitecture》Page17Sigfox

产业链...Page62Sigfox

应用领域Page19Sigfox网络部署情况Page20LoRa,Sigfox与NB-IOT对比*:三种技术在相同的覆盖参数下仅考虑室外覆盖，覆盖概率99%，干扰余量3dB，LoRaSigFoxNB-IOT频段非授权频谱：868M（EU）/915M（US）非授权频谱：868M（EU）/915M（US）授权频谱600MHz~900MHz关键技术信道带宽窄带(EU)：125

kHz;250kHz，可编程超窄带：100Hz窄带：180kHz发射功率上行：14dBm;下行：27dBm上行：14dBm;下行：27dBm上行：23dBm,下行：43dBm调制方式LoRa（线性扩频调制）+FSK上行：BPSK下行：GFSK上行：SC-FDMA@BPSK,QPSK下行：OFDMA@QPSK覆盖距离*城区：1-1.8km郊区：4.5-9.2km城区：1.1-2.0km郊区：5.0-10.2km城区：4.1-7.5km郊区：18.9-38.9km链路预算上行：151dB（考虑6dBi的天线增益后

157dB)

@SF12/125kHz下行：158dB(考虑6dBi的天线增益后164dB)@SF12/125kHz上行：156dB(考虑3dBi的天线增益后

159dB)下行：156dB(考虑3dBi的天线增益后

159dB)上行：164dB(考虑15dBi的天线增益后179dB)下行：164dB(考虑15dBi的天线增益后179dB)性能接入速率0.3kbps~50kbps上行：10bps~1kbps上行:0.44kbps

~

195.8kbps(多音)时延（负荷=50字节）29~1135ms90

~

96s1159~6284ms终端容量（50字节,1次/小时）62.5k11.7K

@

40KHz,TD1208芯片20dB：

27K10dB：

108K终端芯片成本低：模组$3低：模组$2-$5模组$5典型功耗接收：32mW,发射：250mW极低：约100-150mW接收:70mW,发射:460mW典型待机时间(50字节,1次/小时)远点：4年

近点：>10年167天[长：50uW(单向)，20年（2.5Ah电池）]远点：1.25年近点：11年其他定位支持，TDOA+RSS+DRSS，精度宣称7米（实际仿真50ms左右）支持（集成GNSS）目前不支持Page21（五）ZigBee简介ZigBee技术是一种应用于短距离范围内，低传输速率下的各种电子设备之间的无线通信技术。Page22ZigBee技术特点ZigBee技术，致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。极低复杂度极低成本极低功耗Page23

ZigBee协议凭借低功耗、网状组网、节点多、高安全性等属性广泛应用于工业自动化、家庭自动化、遥测遥控、汽车自动化、农业自动化和医疗护理、油田、电力、矿山和物流管理等领域。ZigBee应用Page24（六）RFID简介射频识别，RFID（Radio

Frequency

Identification）技术，又称无线射频识别，是一种近距离通信技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点。Page25RFID技术不同工作频率特点频段低频（LF）高频（HF）超高频（UHF）微波（uW）频率125kHz-134.2kHz13.56MHz860MHz-960MHz2.45GHz、5.8GHz传输方式电感耦合电感耦合电感后向散射耦合电感后向散射耦合标签读取距离1cm-60cm1cm-100

cm3m-100m1m-50m数据传输数率4

Kps27Kps100

Kps

-640

Kps40Kps读写器价格低低高中卷标价格低中低高特性传输距离最短、成本较低、可存取信息量较少、卷标尺寸相对较大、无法进行多标签读取、不受水、金属等物质的反射所影响较低频频传输数率快可辨识多卷标、抵抗噪声能力也较强、为目前最受广泛的一种标签频段标签尺寸较少、传输数率快、可较快速的读取大量标签、可重复使用、具有多样形式标签等先前会被水或金属所反射的缺点已客服特性和UHF相似。目前尚未完全标准化，标签设计的自由度也较高，但缺乏标准化各厂家规格兼容问题存在。Page26RFID与红外、蓝牙等无线技术对比技术性能蓝牙红外RFID射频识别对终端的依赖性高高低耗电大大小操作简易性复杂复杂简单保密性中低高读写稳定性一般一般良好耐用性一般一般好技术复杂度中低中成本高低中典型传输距离10m以内3m以内~cm-100m传输数率≤721Kbps≤16Mbps见上页描述具有标签功能无无有独立存储功能无无有Page27RFID技术应用RFID应用市场可分为证照防伪、电子支付、出入控制、物品追踪管理、生产制造、仓储物流等领域。证照防伪市场包括了二代身份证市场、学生电子购票证市场和电子门票等；电子支付市场主要值应用在交通、校园、计量仪表（水、电、煤气）等与消费相关的领域以及手机支付；出入控制主要包括住宅门禁、企事业单位门禁、学校宿舍及图书馆的门禁、停车场等应用；其他应用主要包括物品追踪管理，安全追踪和生产管理等Page28RFID标准组织RFID技术主要的标准化组织有：GS1/EPCglobal、ISO/IE