开发者学习笔记【阿里云物联网助理工程师认证（ACA）：LPWAN技术及常用场景（二）】
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LPWAN技术及常用场景（二）
五．eMTC通信技术及常用场景
全称是LTEenhancedMTO，是基于LTE演进的物联网技术。为了更加适合物与物之间的通信，也为了更低的成本，对LTE协议进行了裁剪和优化。把适合互联网通信的特性留下，其他的部分裁剪掉。
eMTC基于蜂窝网络进行部署，其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的LTE网络。eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，可以支持丰富、创新的物联应用。
eMTC的最关键能力在于支持移动性定位，因为eMTC是基于LTE演化来的，LTE本身支持移动性定位，eMTC保留了这一部分，但它的成本只有CT片的25%成本只有Cat1芯片的25%，相比于GPRS速率要高四倍。
eMTC的端到端网络架构和LTE保持一致，不需要网络改造，只需要升级软件即可支持。
下图是eMTC和NB-loT的对比图。在传输速率上，eMTC能够达到上下行最大1MBps的速率，而NB-loT只能达到200KBps。在覆盖增强和低功耗方面要比NB-loT稍微弱一点。
使用五号电池可以至此它5-10年的工作。在语音方面，eMTC支持语音传输，NB-loT是不支持的，语音支持功能也是继承LTE的，对LTE进行裁剪，把语音和移动性定位保留了下来，在时延方面eMTC能达到100ms级别，NB-loT是秒级别，时延方面完胜NB-loT。成本方面，eMTC模块在十美元左右，NB-loT是五美元左右，稍微贵一点。
在物联网设备连接数量方面虽然是1.4MBHz，但是它的连接数量只有50K每小区。而NB-loT是200KHz。但是它的连接数量可以达到100K每小区。定位方面，eMTC支持定位，NB-loT不支持。在不同的场景可以选择不同的技术使用。
eMTC相关技术
系统带宽，eMTC是在既有LTE技术与架构上进行优化，与LTE的空口技术相同，支持FDD和TDD2种制式，采用LTE带内部署方式，在LTE1.4~20MHz系统带宽上都有定义，在LTE带宽上连续的6个RB作为一个窄带(NB)。eMTC和LTE在同一频段内协调工作，由基站统一进行资源分配，共用部分控制信道。
覆盖增强，3GPP协议对LTE-eMTC的物理层进行了重新设计，通过物理信道的重传机制实现覆盖增强。
节能技术，eMTC引入eDRX，PSM省电模式以及降低周期性位置更新的频度。3GPPR10引入更长时间的周期性位置更新过程，这样可以很大程度的降低终端周期性位置更新的频率，不但减少网络的信令负荷，也降低终端耗电。
3GPPR12提出节电模式PSM，即终端在跟踪区更新和Attach流程后，定时器超时进人深度休眠期，在该周期内终端不监听寻呼并关闭射频收发单元，耗电量比大大降低。终端在该模式下仍然在网络中注册，不需要重新进行Attach或重新建立PDN连接。
eDRX是扩展不连续接收，终端进人eDRX状态并关闭射频接收发单元，网络侧计算终端是否处于PTW窗口时期，如果计算得到终端处于PTW窗口时期，就向终端发送寻呼消息，终端只在PTW内监听寻呼消息。此外，终端只有判断PDSCH有数据传输，终端才被唤醒，这样终端省电能力大大增强。
连接态移动性，eMTC相比NB-loT，支持连接态的切换，终端在不同的小区间移动时业务传输不中断，更适用于语音通话、物流追踪等业务场景。
eMTC部署方式
部署方式。eMTC需要在LTE网络上部署，不需要建立新的基站。根据和LTE是否共用小区系统带宽，分为2种部署模式:共同部署和独立部署。
共同部署指eMTC与LTE共享小区系统带宽资源。小区频谱资源划分若干窄带，每个窄带大小均为6个连续的PRB，且窄带之间不重叠。eMTC终端和LTE终端共享窄带资源，但是一个eMTC终端只能使用一个窄带资源，不同eMTC终端可以使用不同的窄带资源。
共同部署时eMTC用户和普通LTE用户之间无线资源共享，系统可以根据2种用户的需求灵活动态分配无线资源，从而最大化利用LTE网络无线资源，进一步节省建网投资。
独立部署是指为eMTC划出一个专用的频谱资源，小区系统带宽仅给eMTC终端使用，只为eMTC终端服务，LTE终端不可接入。独立部署更适合有碎片频谱资源的运营商部署，如额外的1.4或3MHz频谱。
核心网络选择方案。在共同部署方式下，eMTC和LTE共无线基站，eMTC选择相应的专用核心网(DCN)有2种方案:
第一种是接人现有LTE核心网，
第二种方案是接人物联网专用核心网。
EMTC接人现有LTE核心网，LTE核心网可通过软件升级支持 eMTC特有PSMeDRX功能，实现快速部署eMTC及功能开通，同时节省网络投资。
但是这种方式有缺陷，人网与物网业务模型不同，不完全分离，eMTC海量连接会对现有核心网造成冲击，影响现有LTE用户体验，此外，核心网还要和物联网平台进行对接，对现网影响较大，增加网络复杂度。
eMTC接人物联网专用核心网，可实现人网和物网业务完全分离，对现网无影响和改造。
eMTC技术特点
1. 覆盖广，在同样的频段下，eMTC比现有的网络增益15dB，极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力;
2. 支撑海量连接，eMTC一个扇区能够支持近10万个连接;
3. 功耗更低，eMTC终端模块的待机时间可长达10年，因为它引入了省电模式，把原有的LTE不适合互联网的功能去掉，只保留了适用互联网的部分功能，从而使功耗更低。
4. 模块成本更低，随着互联网技术的成熟和大规模的互联网设备的连接，模组芯片成本的快速下降，eMTC芯片目标成本在1~2美金左右。
eMTC技术优势
1. 速率高，eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率，远远超过GPRSZigBee等物联技术的速率，eMTC更高的速率可以支撑更丰富的物联应用，如低速视频、语音等;
2. 移动性，eMTC支持连接态的移动性，物联网用户可以无缝切换保障用户体验;
3. 可定位，基于TDD的eMTC可以利用基站侧的PRS测量，在无须新增GPS芯片的情况下就可进行位置定位，低成本的定位技术更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及;
4. 支持语音，eMTC从LTE协议演进而来，LTE的大部分功能被保留下来，可被广泛应用到可穿戴设备中。
eMTC技术常用场景
1. 智能穿戴类，主要需求包括定位、语音和简单的视频交互。
2. 车辆管理类，eMTC可以实现低成本的定位功能，包括停车场的管理、旅游大巴管理和物流跟踪。
3. 电子广告，上下行的传播速率可以达到1MBps，可以满足电子广告的需求。
4. 重点在电子广告屏、电梯卫士、智能公交站牌、物流跟踪等中速率、有移动性诉求的中高价值的业务。
六．Cat.1通信技术及常用场景
Cat.1中的Cat其实是Category的缩写，分类、类别的意思。Cat.1的全称是LTEUE-Category1UE是指User Equipment,用户终端。3GPP用Cat.1~20来衡量用户终端设备的无线性能，也就是划分终端速率等级。
UE-Category被分为1-10共10个等级，Cat1-5在R8组，Cat6-8在R10组，Cat9-10在R11组。在2009年，Cat1-5是3GPP专门划分出来，面向物联网应用市场的。
这几个类别自下而上在上传、下载速率及MIMO天线数量要求上做了阶梯式的区分。其中Cat.1的上行峰值速率仅有5Mbit/s，下行峰值速率为10Mbit/s。其通信能力在所有的LTE标准中属于中低级档次。
2020年5月7日，工信部发布了《工业和信息化部办公厅关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，明确提出关于建立移动物联网相关要求。要加快推动2G/3G物联网业务迁移转网，建立NB-loT4G(含LTE-Cat1)和5G协同发展的移动物联网综合生态体系，引导新增物联网终端向NB-1oT和Cat.1迁移。
NB-loT用于极低速率要求的应用;eMTC可用于像摄像头或一些需要较大速率的物联网应用，但eMTC的发展低迷，运营商不太愿意投钱，产业生态也没跟上，国内案例太少。
相比较Cat1芯片及模组的成熟度更高，成本非常便宜，能够在短时间内形成规模效应，代替eMTC用于中速率的物联网应用。
Cat.1技术特点
1. 成熟的网络覆盖，根据工业和信息化部的最新数据，4G基站的数量已超过500万。基于这种成熟的LTE网络部署，无需重新铺设网络即可完成Cat1的升级。
互联网速度高于23G，2/3G网络在静态物联网市场中拥有巨大的市场，但不适用于诸如实时语音之类的业务场景。Cat1产品的最大下行速率为10Mbps，最大上行速率为5Mbps，完全可以满足较高速率的语音视频业务。
2. 市场优势在未来的数百亿个loT连接中，网络容量要求将有所不同。预测10%的节点需要高带宽和高速通信技术，例如高速4G，5G等，30%的节点需要中速传输技术，主要技术是Cat.1和eMTC;60%的节点需要低速连接技术，例如NB-loT，LoRa等。Cat.1占据了百亿的loT数据的30%,市场非常巨大。
3. 成本低于4G，虽然Cat4及更高版本的解决方案支持高速率，但对于物联网行业而言，其成本价格通常相对较高，并且Cat1的高度集成为客户最佳的性价比选择。
Cat.1技术常用场景
主要用在中低速业务，低时延，低成本和高速移动。可以用在:
车载设备
无线POS机
无线广告，多媒体
远程监控
智能抄表
移动宽带
工业自动化
其他无线终端
窄带业务可以用NB-loT，LoRa，高速业务可以用4G、5G等。
七．LPWAN常用场景对比
低俗窄带业务占60%，用NB-loT，LoRa就可以满足窄带业务的需求。常用场景一般有抄表、市政设施、路对、智能停车、环境管理等。中低速业务大约占整个市场的30%，比如可穿戴设备、POS机、物流、电梯监控等。用到的技术是Cat.1和eMTC。高速业务占10%，业务场景有视频监控、远程医疗、自动驾驶等，使用到的技术一般有Cat.4、Cat.5、4G5G。
八．本节知识总结
1.SigFox通信技术及常用场景
2.NB-loT通信技术及常用场景
3.eMTC通信技术及常用场景
4.Cat.1通信技术及常用场景
随堂思考:
1. LPWAN是一种什么网络?
LPWN是Low-Power Wide-Area Network低功耗广域技术的简称缩写，一般用在物联网。
2. 简述NB-loTeDRX省电技术和PSM省电模式
NB-loTeDRX省电技术是进一步延长终端在空闲模式下面的睡眠周期，是扩展不连续接收，在这个状态下面他不连续的去接收信号，大部分时间休息。PSM省电模式是在没有业务处理的时候，终端进入深度睡眠状态，这个时候他会关闭测频接收器，信令不可达。
3.中低速业务一般使用哪种LPWAN通信技术?
中低速业务一般使用Cat.1和eMTC技术。
