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工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

[日期:2017-06-23] 來源:  作者: [字體: ]

今年6月16日,NB-IOT技術協議獲得了3GPP 無線接入網(RAN)技術規范組會議通過。從立項到協議凍結僅用時不到8個月,成為史上建立最快的3GPP標準之一。在9月完成性能標準制定和12月完成一致性測試后,NB-IoT即可進入商用階段。

工信部昨日(20日)發公告稱,在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統頻段上,電信運營商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動通信系統頻率有效期一致。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

附:中華人民共和國工業和信息化部公告

為適應蜂窩窄帶物聯網(NB-IoT)技術的應用需求,根據《工業和信息化部關于國際移動通信系統(IMT)頻率規劃事宜的通知》(工信部無〔2012〕436號),結合頻率分配和使用情況,現將NB-IoT系統頻率使用要求公告如下:

一、在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統頻段上,電信運營商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動通信系統頻率有效期一致。

二、NB-IoT系統宏基站射頻技術指標應符合相關要求(具體見附件),終端射頻技術指標參照相關行業標準。

三、設置基站應遵守國家無線電管理有關規定,并到屬地無線電管理機構辦理設臺審批,領取無線電臺執照。

四、800 MHz和900 MHz頻段NB-IoT系統基站的臺站設置要求參照《關于800MHz頻段CDMA系統基站和直放機雜散發射限值及與900MHz頻段GSM系統鄰頻共用設臺要求的通知》(信部無〔2002〕65號)。1800 MHz和2100 MHz頻段NB-IoT系統基站的臺站設置要求參照工業和信息化部公告2015年第80號。

五、電信運營商應做好NB-IoT系統和現有系統間的頻率優化使用工作,切實提高頻率利用率。網絡運行期間,應積極配合無線電管理機構做好干擾查處工作。

六、電信運營商應按規定,基于電信業務經營許可范圍開展相關經營活動。

特此公告。

一、NB-IoT系統宏基站射頻技術指標

一、 發射功率要求

800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz頻段的NB-IoT系統宏基站每通道發射功率不小于5瓦特且總功率不小于20瓦特。

二、無用發射限值

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

三、雜散發射限值

(一)通用雜散發射限值

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

(二)特殊頻段保護限值

1、與其他通信系統共存

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

2、與其他通信系統共址

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

四、接收機阻塞指標

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

 

五、其他射頻技術指標

參照NB-IoT系統相關行業標準。

二、公告解讀

問:為什么要制定該公告?

目前,物聯網的應用呈現出市場碎片化、需求離散化、技術規模小、成本高等特點,難以形成產業規模。蜂窩物聯網可為物與物、物與人之間的通信帶來更好的覆蓋體驗,并可進一步承擔各行業物聯網的相關應用,針對各行業的需求開展定制化服務。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

在全球,以窄帶物聯網(NB-IoT)技術為代表的蜂窩物聯網技術在標準化、產業化方面逐步成熟。需要結合我國頻率規劃、分配和使用情況,對NB-IoT的頻率管理、臺站管理等方面問題予以明確,以合理有效地使用頻率資源,推動蜂窩物聯網技術的成熟和應用。

問:公告制定過程是怎樣的?

2016年,工業和信息化部啟動了NB-IoT頻率規劃研究工作,主要過程如下:

一是開展充分論證。組織行業相關機構開展技術情況、標準進程、產業現狀、頻率規劃等方面的研究,在深入分析的基礎上,初步形成蜂窩物聯網特別是關于NB-IoT的用頻思路。

二是進行廣泛調研。就電信運營商、設備制造商NB-IoT技術應用的頻率使用需求進行調研,并與部內相關司局進行溝通協調。

三是對重點問題開展專題論證。對于涉及NB-IoT系統間的電磁兼容分析問題,我部組織了相關單位和專家對射頻技術指標進行了深入研究論證,提出了相關要求,以公告形式印發。

問:公告主要對哪些方面的內容進行了規定?

本公告主要對NB-IoT在頻率使用、射頻技術指標、臺站管理等相關問題進行了明確。

在頻率使用方面,基于我國電信運營商的頻率分配和使用情況,綜合考慮NB-IoT的技術網絡特性和現階段NB-IoT的頻率使用需求,我們開展了深入研究。研究結果表明,在不對現有業務運行產生影響的情況下,電信運營商可以使用已分配的GSM或IMT系統頻段部署NB-IoT系統。同時,根據NB-IoT的技術網絡特性,公告中明確了具體的頻率配置方式。

在射頻技術指標方面,根據我國頻率使用現狀,根據兼容性研究結果,對800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz頻段的NB-IoT系統宏基站射頻指標進行了規范,另外,規定基站其他射頻技術指標、終端射頻技術指標及測試方法參照相關行業標準。

在臺站管理方面,根據我國無線電管理相關要求,明確NB-IoT系統基站應到到屬地無線電管理機構辦理設臺審批,領取無線電臺執照。同時,根據臺站共存技術條件,對800MHz和900MHz頻段NB-IoT系統基站的設置提出了具體要求。

三、有錢、有地、有牌照,中國移動NB-IoT真NB了!

NB-IoT是在3GPP R13版本上的重要特性,但目前標準還只支持LTE FDD。中國移動沒有獲得FDD LTE牌照,監管部門也沒有允許中國移動對2G網絡進行頻譜重耕;中國移動在900MHz上部署NB-IoT網絡,頗有些“無證上路”之嫌。

中國移動的GSM網絡覆蓋廣,同時,NB-IoT 900M的覆蓋能力約為GSM 900M的2倍,中國移動或將可以通過在現有GSM設備上新增NB-IoT基帶,以及利舊天線和站點資源的方式,快速改造升級,搶先圈地市場,占據連接優勢。

這一尷尬的局面,隨著工信部發布的一則公告而告終。工信部在公告中指出:“在已分配的GSM或FDD方式的IMT系統頻段上,電信運營商可根據需要選擇帶內工作模式、保護帶工作模式、獨立工作模式部署NB-IoT系統。頻率使用有效期與相應頻段的公眾移動通信系統頻率有效期一致。”

這也就說,沒有獲得FDD牌照的中國移動可以在其GSM網絡頻段上部署NB-IoT了。

之前,中國電信已宣布在2017年上半年完成31萬基站同步升級,實現800M NB-IoT全網商用部署。

強強對抗,一場關于NB-IoT的物聯網連接之戰一觸即發。

然而,中國聯通怎么辦?

盡管中國聯通已推動重點城市的NB-IoT商用部署,但由于900M頻譜資源受限(聯通900M帶寬僅為6MHz,移動GSM900帶寬為19MHz,電信800M帶寬為10MHz),中國聯通超過80%的NB-IoT基站將采用基于L1800的升級部署方案。

一方面,L1800由于頻段更高,覆蓋范圍更小。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

另一方面,全球NB-IoT部署主要集中在800M和900M,1800M的產業鏈不成熟問題也會一定程度上影響聯通商用步伐。

這場物聯網盛宴,聯通難道又要被甩在后面?

四、窄帶物聯網(NB-IoT)技術:標準化進程、頻率部署方式、系統需求和NB-IoT優勢

作為LPWA典型代表之一的窄帶物聯網NB-IoT是面向低功耗、深度覆蓋的全球統一標準,已于2016年6月在3GPP完成核心標準凍結。NB-IoT定位于“低頻、小包、時延不敏感”的物聯網業務,并且工作于授權頻段,具有干擾小、可靠性高等優勢,未來將承接大量物聯網接入業務。

接下來我們對NB-IoT進行介紹,包括NB-IoT的標準化情況、頻率部署方式、系統需求和NB-IoT的優勢。

1、標準化進展

由于市場對物聯網業務需求急迫,各運營商、設備廠商、芯片廠商紛紛積極推進窄帶蜂窩物聯網的標準化工作。

從2014年5月起,NB-IoT經歷了多次融合和更替。2016年6月16日3GPP RAN全會第72次會議上,NB-IoT核心協議在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四個工作組均完成凍結。在R13標準中,NB作為一個全新標準的技術,其空口技術相比LTE進行了重新設計:180kHz窄帶系統和上行3.75kHz的子載波間隔能有效提高網絡覆蓋,從而滿足鏈路預算至少比GSM高20dB以上的設計目標;UE僅支持半雙工,且增加了PSM和eDRX功能,能有效降低終端功耗,節約終端成本。如圖所示:

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

NB-IoT標準化進展

3GPP R14新增定位功能、SC-P2M下行廣播功能、非連接態移動性增強功能,可以滿足更多場景需要,提高網絡可靠性。

2、頻率部署方式

3GPP NB-IoT工作項目總體上確定將定義一種對于E-UTRAN非后向兼容、有較大變動的蜂窩物聯網無線接入新技術,增強室內覆蓋、支持大量的低吞吐量設備、低延遲敏感度、超低成本、低功耗設備和(優化)網路體系架構。

NB-IoT支持3種頻率部署方式,如圖所示。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

NB-IoT頻率部署方式

1)獨立部署Standalone:利用目前GERAN系統占用的資源,替代目前的一個或多個GSM載波。

2)保護帶部署Guard-Band:利用目前LTE載波保護帶上沒有使用的資源塊。

3)帶內部署In-Band:利用LTE載波內的資源塊。

三種部署方式性能比較:

下面從頻譜、帶寬、兼容性、覆蓋、容量、時延、終端能耗、產業情況等方面來對三種部署方式進行比較;

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

3、NB-IoT系統需求

1)下行和上行鏈路終端射頻帶寬都是180kHz。

2)下行鏈路是OFDMA方式,對于3種操作模式都是15kHz的子載波間隔。

3)對于上行鏈路:支持Singletone和Multi-tone傳輸。

對于Single-tone傳輸,網絡可配置子載波間隔為3.75kHz和15kHz。

對于Multi-tone傳輸采用基于15kHz子載波間隔的SC-FDMA。

UE需要指示對Single-tone和Multi-tone傳輸的支持能力。

4)NB-IoT終端只需要支持半雙工操作,在R13階段不需要支持TDD,但要求保證對TDD前向兼容的能力。

 

4、NB-IoT優勢

1)大鏈接:在同一基站的情況下,NB-IoT可以比現有無線技術提供50~100倍的接入數。一個扇區能夠支持10萬個連接。

2)深度覆蓋:NB-IoT室內覆蓋能力強,比LTE提升20dB增益,相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求,對于廠區、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

3 ) 低功耗: NB - IoT借助PSM(Power Saving Mode,節電模式)和eDRX可實現更長待機。其中PSM技術是R12中新增的功能,在此模式下,終端仍舊注冊在網但信令不可達,從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的。eDRX是R13中新增的功能,進一步延長終端在空閑模式下的睡眠周期,減少接收單元不必要的啟動,相對于PSM,大幅度提升了下行可達性。

4)低成本:與LoRa相比,NBIoT無需重新建網,射頻和天線基本上都是復用的。可以直接進行GSM/UMTS/LTE和NB-IoT的同時部署。模塊預期價格不超過5美元。

五、NB-IoT的產業鏈

相對于傳統產業,物聯網的產業生態比較龐大,需要從縱向產業鏈和橫向技術標準兩個維度多個環節進行分析。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

對于低功耗廣域網絡,從縱向來看,目前已形成從“底層芯片—模組—終端—運營商—應用”的完整產業鏈。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

圖片來源于網絡(橫向條形的長度表示市場集中度)

首先是產業鏈上游的芯片領域,NB-IoT和LoRa的差異很是明顯。在NB-IoT陣營中,參與芯片研發的玩家主要有高通、英特爾、華為海思、MTK、展訊等,沒法形成前2-3家壟斷大部分市場的局面,市場集中度會保持在50%以下;而在LoRa陣營中,目前射頻芯片供應集中在Semtech一家廠商,占據絕大多數市場份額,從而形成大于80%的市場集中度。

模組環節:很多NB-IoT模組的出貨量還是掌握在原來擁有2G/3G/LTE模組產品線的廠商手中,再加上一些新的廠商陸續入局,故無法形成較高的市場集中度;而在LoRa模組群體中,原有廠商多為中小企業,在LoRa應用越來越多的情況下,還有不少廠商入局,使得整個市場形成相對充分競爭狀態,市場集中度較低。

終端環節:由于低功耗廣域網絡通信技術是大量行業、消費終端所需要的,而終端的種類多種多樣,因此NB-IoT和LoRa的終端市場極為分散,市場集中度都較低。

通訊設備和平臺環節:,由于華為、愛立信、中興等通訊設備廠商是NB-IoT標準的核心參與者和推動者,在蜂窩通信市場上,這些主流設備廠商占據絕大多數市場份額,在NB-IoT的商用中,也不可避免占據絕大多數份額,故市場集中度可能達到80%以上;而對于LoRa來說,一開始就有大量中小企業參與LoRa基站設備和管理平臺的研發和生產,目前具備整體方案提供能力的廠商很多,因此并不能形成高市場集中度。

運營商環節:未來的NB-IoT網絡運營很有可能集中在三大運營商手里,所以這一領域的市場集中度或為100%;而對于LoRa網絡運營來說,由于要滿足各類政企行業用戶多樣化的需求,將來可能會出現多種形式的運營商,因此市場集中度非常低。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

NB-IoT的主要應用領域

應用環節:不論是NB-IoT還是LoRa網絡,均要面對成千上萬多樣化的應用需求,因此該環節不會形成高度的市場集中態勢。

六、三大運營商加速布局 商用可期

6月6日,工信部發文以加速國內NB-IoT 發展,提出到2017年末,實現NB-IoT 網絡覆蓋直轄市、省會城市等主要城市,基站規模達到40萬個,基于NB-IoT 的M2M 連接超過2000萬,到2020年,NB-IoT 網絡實現全國普遍覆蓋,面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋,基站規模達150萬個,總連接數超過6億。我們認為國家推動NB-IoT,后續發展力度和速度將超出市場預期。

今年2月,中國電信發布其“NB-IoT企業標準(V1.0)”,該標準基于3GPP(第三代合作伙伴計劃)標準開發,通過中國電信CTNet2025網絡重構開放實驗室的大規模測試驗證,在全球率先成功實現了核心網、無線網和終端模組的多廠商(包括中興、華為、愛立信)互聯互通;同時,中國電信啟動了廣東、江蘇、浙江、上海、福建、四川和河南等七省12市的大規模外場試驗。

2017年3月,深圳水務集團、中國電信聯合宣布全球首個NB-IoT物聯網智慧水務商用項目成功上線。5月17日,中國電信宣布建成全球最大的NB-IoT商用網。

為發展NB-IoT和CAT1,中國電信正式發布3億元物聯網專項補貼,其中NB-IoT模塊補貼額20元/模塊,計劃補貼500萬模塊;CAT1單模模塊補貼額40元/模塊,計劃補貼250萬模塊;另外中國電信計劃投入1億元補貼物聯網重點項目,以模塊補貼為主要激勵方式,延續2016年基本政策:2G/3G補貼額≦20元,4G全模補貼額≦40元。

未來,中國電信計劃承載從高速4G+(CA)、中低速CAT1,到NB-IoT等全系列業務。同時,中國電信正積極準備和試商用5G,提前進行下一代物聯網業務與生態布局。

業內人士分析,中國移動目前沒有FDD牌照,中國聯通的NB-IoT主力部署在1800MHz頻段,產業鏈不夠成熟。因此,在NB-IoT大規模商用方面,中國電信有望長時間保持國內領先地位。

中國聯通旗幟鮮明推NB-IoT,試點eMTC,關注LoRa

在LPWN(低功耗廣域物聯網)發展上,中國聯通與中國電信一樣,旗幟鮮明地推動NB-IoT發展。但是,中國聯通在發展節奏上要慢一些,在規模上小一些。雙方采用的頻段也不同。在發力NB-IoT同時,中國聯通啟動了eMTC試點,未來計劃規模發展eMTC應用。而且,中國聯通認為LoRa可能會是蜂窩廣域接入很好的補充。

中國聯通是最早投身于物聯網產業的運營商之一,2015年2月其智能水表原型機即亮相于世界移動大會,在NB-IoT的早期階段便已積累起大量成果。在去年,中國聯通發布了迪士尼智能停車樣板,其中包括10個NB-IoT規劃站點,超5000個樂園停車位,可實現車位管理、車位查詢、反向尋車等智能化功能。

工信部新增NB-IoT 800MHz和900MHz使用頻段

目前,中國聯通已在上海、北京、廣州、深圳等10余座城市開通了NB-IoT試點,預計到2018年將具有千萬級連接的支持能力。其中,上海聯通作為聯通集團NB-IoT領域的橋頭堡,截至今年2月已經建成800個站點的全國最大規模試商用網絡,是中國第一家實現全域覆蓋的省級運營商,并推出了眾多商用案例。

但是在整體推進節奏上,中國聯通慢于中國電信。而且在網絡部署策略上,兩家運營商也有差異,中國電信是在800MHz低頻段上部署NB-IoT,而中國聯通則是在900Hz/1800MHz雙頻上進行部署。中國聯通900MHz頻譜資源受限,不得不將超過80%的NB-IoT基站在1800MHz頻段升級部署。

中國聯通在推進NB-IoT試點商用的過程中,啟動了eMTC試點。這是因為,中國聯通認為這兩項技術并不互斥,而是互補的關系。未來eMTC將更多承載傳統蜂窩網業務升級以及部分LPWN的需求。

除了NB-IoT和eMTC,中國聯通還關注其他物聯網技術,如LoRa。中國聯通認為,雖然目前從整個產業和商用的情況來看,LoRa商用有超前的趨勢,但是LoRa在覆蓋方面會存在一定的局限性(國內受政策影響,室外廣域覆蓋受限),所以LoRa可能會是蜂窩廣域接入很好的補充。因此,中國聯通在推進蜂窩網演進部署同時,會依需求局部LoRa補充,加快2G物聯遷移。

中國移動NB-IoT和eMTC兩手抓,或將LoRa當補充

國內各大運營商都在積極部署NB-IoT網絡,中國電信和中國聯通也紛紛宣布各自NB-IoT網絡已可商用。中國移動雖然沒有宣布商用,但也不甘落后。近日在成都,摩拜單車宣布和四川移動、設備商達成戰略合作,全球第一個基于NB-IoT900MHz共享單車業務試驗將落地四川。

對NB-IoT的部署和eMTC的研發中國移動早已著手,于今年1月部署了國內首張地市級NB-IoT網絡,eMTC商用尚待時日。“2017年中國移動將在杭州、上海、廣州、福州4個城市開展NB-IoT及eMTC的規模試驗,后續將在多個重點城市開展商用,2018年將實現全網規模商用。”中國移動總裁李躍在MWC2017上如此宣布。

在中國移動專家看來,相對于NB-IoT,eMTC有多方面優勢:eMTC帶寬約為1.4MHz,而NB-IoT的帶寬只有幾百kHz,所以eMTC更適合速率要求比較高的業務;eMTC支持語音,理論上支持VoLTE;eMTC對移動性的支持更好,小區切換時業務連續性好。

但目前NB-IoT只有FDD一種制式,而eMTC有FDD和TDD兩種制式。eMTC的FDD產品研發已經比較成熟,鑒于中國移動現沒有FDD牌照,所以還不能使用FDDeMTC。因為目前全球使用FDD網絡的運營商所占比例較大,所以一般全球廠商開發eMTC都從FDD制式開始,TDD的eMTC產業進展要比FDDeMTC慢。在TDD網絡方面,目前中國移動是全球最大的TDD網絡運營商,正積極推動TDD制式的eMTC產業發展。

在中國移動看來,除了積極研發的授權頻段物聯網技術外,非授權頻段的技術如LoRa等或許可以作為物聯網的補充。

結語:

值得關注的是,NB-IoT事實上已成為國內的物聯網標準。有業內人士在接受采訪時表示,在物聯網領域,除NB-IoT外,還存在LoRa、ZigBee、WiFi等多種無線通信協議,其中LoRa目前在國外已經進入商用階段。但在國內,基于對NB-IoT的諸多技術優勢、設備商的主導、安全可控等因素的考量,政府和運營商偏向于推行NB-IoT,使其成為物聯網標準。

在業內人士看來,基于NB-IoT的大容量、廣覆蓋、低功耗、低成本等優勢,該項技術適用于智慧城市(如智能水電氣表、環境監測)、智能化產品等諸多領域,有望迎來萬億級市場。國際咨詢機構埃森哲的研究報告顯示,到2030年,物聯網將為中國額外創造1.8萬億美元的累計GDP增長。

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