【通信观系列】三十四、eMTC与NB-IoT

2019-01-21
这几年，物联网技术逐渐成为了人们关注的重点。随着移动通信技术的发展，在传统“短距离”物联网技术的基础上，涌现了很多“长距离”物联网技术，给行业带来了一阵春风。这些新兴物联网技术中，我们介绍最多的，就是NB-IoT和LoRa。

作为最受追捧的物联网技术，NB-IoT的火热程度毋庸置疑。
其实，除了它俩之外，还有一项技术，应用也很广泛，曾经一度被认为会三分天下有其一。它就是我们今天文章的主角——eMTC。

“万物互联”是一块巨大无比的蛋糕。为了瓜分这块蛋糕，很多企业都迫不及待的参与物联网技术的研发中。行业里也陆续出现了各种各样的物联网技术标准，令人眼花缭乱。

从总体上来看，物联网技术被分为两个大类：WLAN物联网和蜂窝物联网。

• WLAN物联网，以Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、Z-wave为代表。
• 蜂窝物联网，以NB-IoT、eMTC、LoRa、Sigfox为代表。

它们之间的区别，主要在于功耗和距离。有点类似于手机上网，用Wi-Fi，还是用数据业务。以前的物联网，是WLAN物联网技术的天下，但是，这几年，蜂窝物联网技术崛起，抢尽了风头。蜂窝物联网技术，也属于LPWA技术（Low Power Wide Area，低功耗广域网）。

LPWA技术，覆盖距离更远，功耗更低，安全性和可靠性更高，更能满足行业需求。

LPWA的定位：远覆盖、低速率
在蜂窝物联网里面，又分为若干个阵营。目前通信行业最大的派系——3GPP组织（3GPP是什么？），就是其中的阵营之一。

eMTC和NB-IoT，都是3GPP推出的技术标准。

确切地说，在3GPP规范中，有三种关于物联网的无线连接技术，分别是NB-IoT、eMTC、EC-GSM。EC-GSM是基于GSM（2G）技术的，现在基本上不关注了。所以，重点就是NB-IoT和eMTC。

NB-IoT和eMTC又是怎么来的呢？

话说，作为LTE的缔造者，3GPP组织一直将物联网作为LTE的重要演进方向。
早在2008年，LTE的第一个版本R8（Release 8）中，除了有满足宽带多媒体应用的Cat.3、Cat.4、Cat.5等终端等级外，也有上行峰值速率仅有5Mbit/s的终端等级Cat.1，可用于物联网等“低速率”应用。

注意！这里的Cat并不是猫的意思，是Category的缩写，“种类，分类”的意思。Cat.X说的就是UE-Category，UE是用户设备（User Equipment ）。Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。

在LTE发展初期，Cat.1并没有被业界所关注。随着可穿戴设备的逐渐普及，Cat.1才逐渐被业界重视。但是，Cat.1终端需要使用2根天线，对体积敏感度极高的可穿戴设备来说仍然“要求过高”（一般只配备1根天线）。所以，在R12/R13中，3GPP多次针对物联网进行优化。

首先是在R12中增加了新终端等级Cat.0，放弃了对MIMO（多天线）的支持，简化为半双工，峰值速率降低为1Mbit/s，终端复杂度降低为普通LTE终端的40%。这样一来，初步达到了物联网的成本要求。

但是，虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz，但射频的接收带宽仍为20MHz（太大）。
于是，3GPP在R13中又新增Cat.M1等级的终端，信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz，终端复杂度进一步降低。
而Cat.M1，也就是我们的eMTC。

这就是eMTC的来源。此外，3GPP在R13中同时新增了一个Cat.NB-1，它的接收带宽仅180kHz。这个Cat.NB-1，就是我们的NB-IoT。

说了半天，还没介绍eMTC的全名呢。eMTC的全名有点长，是enhanced Machine-Type Communication，增强型机器类型通信。（在之前的3GPP R12版本，叫做Low-Cost MTC）
它还有一个名字，叫做LTE-M，LTE-Machine-to-Machine，LTE-机器到机器。也就是说，是机器之间用LTE通信，非常直白了，适用于物联的LTE网络。搭车说一下，Machine-to-Machine通常简写为M2M，大家可能也听说过。

eMTC和NB-IoT都是3GPP这一个妈生的，所以算是兄弟俩。这兄弟俩也确实很像，到底有多像？
可以看下面这个图：

看得出来，大部分都是一样的，只有若干处区别（见黄色部分）。相同点我们就不说了，广覆盖、低功耗、低成本、大连接，之前介绍NB-IoT已经说过很多了。

概括起来说，eMTC相比NB-IoT，有五个优势：

1. 一是速率高：之前我们说NB-IoT，总是会说，为了保证低功耗，所以速率很慢。但是eMTC不一样，它支持上下行最大1Mbps的峰值速率。请不要小看这个速率，在保证覆盖和功耗的基础上，能达到这个速率已经很不错了。这个速率，足以支撑更丰富的物联应用，如低速视频、语音等。

2. 二是移动性：NB-IoT的移动性差，只支持重选，不支持切换。所以，它一般都用于不怎么需要动的领域，例如水表电表及路灯井盖。但eMTC不同，它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。因此，eMTC更适用于智能手表这样的可穿戴设备。

3. 三是可定位：基于TDD的eMTC，利用基站侧的PRS测量，在无需新增GPS芯片的情况下就可以进行位置定位。这样一来，更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及。

4. 四是支持语音：没错，这货竟然支持语音，而且支持VoLTE。因此，eMTC可被广泛应用到紧急呼救相关的物联设备中。
   

5. 五是支持LTE网络复用：eMTC可以基于现有LTE网络直接升级部署，和现有的LTE基站共站址共天馈。省钱才是硬道理。eMTC利用这个优势，可以实现低成本的快速部署，有利于运营商抢占市场先机。

当然，eMTC也不是每个方面都强于NB-IoT，在覆盖能力和模组成本方面，eMTC是不如NB-IoT的。所以，在具体的应用方向上，如果对语音、移动性、速率等有较高要求，则选择eMTC技术。相反，如果对这些方面要求不高，而对成本、覆盖等有更高要求，则可选择NB-IoT。具体来说，像智能物流、楼宇安防、可穿戴通话等设备，就适合采用eMTC技术。

其实，在两者诞生之初，竞争关系更为激烈。对于选择哪种网络制式，业内一直争执不休。这种争论一直持续到2017年6月。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。

说白了，就是彻底划分开了NB-IoT和eMTC的应用界限，术业有专攻。在那之后，两者才转为了混合组网、差异化互补的合作关系。

那eMTC在实际市场应用中，又是怎样的进展呢？
在具体的商用市场上，相比于NB-IoT的高调而火热的发展，eMTC是非常低调的，至少国内市场如此。国内三大运营商，电信和联通早早地确定了在NB-IoT上的决心，并行动迅速，取得了很大的进展。但是在eMTC方面，两家就比较“淡定”了。中国联通表示会适时部署，实际上并没有明确的发展时间点，有点打太极的味道。中国电信方面，也是观望的态度，官方口径是“根据标准、产业成熟情况，适时引入”。

中国移动方面其实应该对eMTC更为敏感，因为eMTC支持TDD网络（移动没有FDD牌照），但实际上，移动也是举棋不定。中国移动虽然已在多个城市进行eMTC网络的小范围部署和验证，但没有在公开场合公布它的eMTC计划，非常低调。

说白了，还是因为牌照的原因，所以中国移动采取了脚踩两只船的策略，以发展NB-IoT为主、同时顺顾eMTC技术。相比之下，以欧美日运营商为代表的海外市场，对eMTC就热情多了。
早在2017年年初，AT&T (美国和墨西哥)、KPN (荷兰)、 KDDI (日本)、NTT DOCOMO (日本)、Orange (欧洲、中东和非洲)、Telefonica (欧洲)、Telstra (澳大利亚)、TELUS (加拿大) 和Verizon (美国) 就联合宣布支持eMTC的全球部署。尤其是美国的AT&T和Verizon，都在2017年宣称部署了国家级的eMTC网络。

总而言之，虽然eMTC目前在国内的发展并没有像NB-IoT一样风风火火，但是，作为一项有自己独特优点的物联网技术，我们应该对它有更多关注和重视。占据了标准优势的eMTC，在未来的市场竞争中，肯定会有更大的作为。