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【物联网通信技术】——LTE-M(eMTC)

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概述

eMTC（增强型机器类型通信 enhanced Machine-Type Communication），也称之为LTE-M（LTE-机器到机器Long Term Evolution-Machine-to Machine)。就是机器之间的LTE技术。LTE-M 是一种低功耗广域 (LPWA) 无线接口技术，支持连接具有中等数据传输速率要求的物联网和 M2M 设备。与 2G、3G 或更高级别的 LTE 等标准蜂窝通信技术相比，该技术能够实现更长的续航时间和更广的建筑内覆盖范围

LTE-M的位置

历史

LTE技术的产生

LTE技术是由3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）组织制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）技术标准的长期演进，于2004年12月在3GPP多伦多会议上正式立项并启动。与NB-IoT同属一个机构负责制定。

LTE的技术目标可以概括为

  • 容量提升：在20MHz带宽下，下行峰值速率达到100Mbit/s，上行峰值速率达到50Mbit/s。频谱利用率达到3GPP R6规划值的2～4倍；
  • 覆盖增强：提高“小区边缘比特率”，在5km区域满足最优容量，30km区域轻微下降，并支持100km的覆盖半径；
  • 移动性提高：0～15km/h性能最优，15～120km/h高性能，支持120～350km/h。甚至在某些频段支持500km/h；
  • 质量优化：在RAN用户面的时延小于10ms，控制面的时延小于100ms：
  • 服务内容综合多样化：提供高性能的广播业务MBMS，提高实时业务支持能力，并使VoIP达到UTRAN电路域性能。
  • 运维成本降低：采用扁平化架构，可以降低CAPEX和0PEX，并降低从R6 UTRA空口和网络架构演进的成本

LTE Cat的定义

Cat就是Category的意思，LTE CAT全名LTEUE-Category，拆开来解释:LTE指的是4GLTE网络、UE是指用户设备、Category翻译为等级。通顺解释就是用户设备能够支持的4GLTE网络传输速率的等级，也可以说成是4G网络速度的一个技术标准。

注意：

  • 所示的最大数据速率适用于 20 MHz 的信道带宽。类别 6 及以上包括使用载波聚合组合多个 20 MHz 信道的数据速率。如果使用较少的带宽，则最大数据速率将较低。
  • 这些是 L1 传输数据速率，不包括不同的协议层开销。根据小区带宽、小区负载、网络配置、所用UE的性能、传播条件等，实际数据速率会有所不同。
  • 指定为类别 8 的 3.0 Gbit/s /1.5 Gbit/s 数据速率接近基站扇区的峰值聚合数据速率。单个用户更实际的最大数据速率是 1.2 Gbit/s（下行链路）和 600 Mbit/s（上行链路）。一家供应商已经使用100 MHz的聚合频谱展示了1.4 Gbit/s的下行链路速度。

LTE-M的演变过程

LTE-M(eMTC) 最初在 3GPP 第 13 版标准中作为 LTE Cat M1 推出，该标准还定义了窄带物联网（NB‑IoT 或 LTE Cat NB1，两者都是许可频谱中的 LPWA 技术）。3GPP 第 14 版制定了 LTE Cat M2 标准。LTE Cat M1 以 1.4 MHz 的带宽传输数据，而 LTE Cat M2 将增加到 5 MHz。该标准将在几个方面带来改进

  • 数据传输速率：LTE Cat M1 可以在半双工模式下支持 375 kb/s 的上行链路和下行链路速度，因此是许多具有中低数据传输速率需求的物联网应用的理想选择。LTE Cat M2 将把数据吞吐量提高到 2.4 Mb/s 的下载峰值速率和 2.6 Mb/s 的上传峰值速率，从而扩大了 LTE-M 的吸引力，即使对于视频监控等数据传输速率相对较高的应用也是如此。
  • 移动性：与 NB‑IoT 相比，LTE-M 是移动用例的理想选择，因为它像高速 LTE 一样处理基站之间的切换。举例来说，如果车辆从 A 点行驶到 B 点，需要跨越多个不同的网络单元，则 LTE-M 设备的行为将与蜂窝通信电话相同，并且永远不会断开连接。相反，NB‑IoT 设备必须在到达新网络单元后的某个时间点重新建立新连接。现在，与第 13 版 LTE-M 中已支持的移动功能相比，第 14 版 LTE-M 具有多项优势，其中包括适用于移动应用的低功耗和全移动性（频率内和频率间）

技术特点

LTE-M相对NB-IoT技术，有几个优势

  1. 高速率：可以支持上下行最大1Mb/s的峰值速率，保证覆盖和低功耗，可以做低速视频和语音的应用
  2. 移动性强：NB‑IoT的移动性较差，不支持切换，因此应用在一般不需要动的领域，水表、电表、路灯之类的产品上，而LTE-M则可以用于车辆或智能手表等穿戴设备
  3. 可以定位：基于TDD（TimeDivision Duplex 时分双工）的LTE-M可以利用基站进行PRS（positioning reference signal）测量。就可以进行定位，无需GPS信号
  4. 支持语音：支持VoLTE,可以用于紧急呼救相关的物联网应用
  5. 支持LTE网络复用，直接基于现有LTE网络进行升级和部署，与现有的LTE基站共用天线，降低成本

LTE-M相对NB-IoT技术，其覆盖和成本都处于劣势，因此如果需要在覆盖范围广的情况下则使用NB-IoT;而对于成本要求不高，有需要移动的场合，并传输的数据量稍微大一些，则使用LTE-M

主要应用领域

  • 汽车和运输：LTE-M 支持行驶的车辆上的网络单元之间的完全切换，因此适用于具有中等数据传输速率需求的移动用例，包括车辆跟踪、资产追踪、车联网、车队管理和基于使用量的保险。
  • 智能表计：LTE-M 也是通过常规和少量的数据传输来监控表计和公用事业应用的理想之选。网络覆盖范围是在推广智能表计时所面临的一个关键问题。由于仪表通常位于建筑物或地下室内，LTE-M 更广阔的覆盖范围可在恶劣环境下实现更好的覆盖。
  • 智能楼宇：凭借增强的室内覆盖范围，LTE-M 可以轻松提供基本的楼宇管理功能，包括暖通空调、照明和门禁控制。因为支持 VoLTE 语音功能，LTE-M 也是安全系统和报警面板等关键应用的理想之选。
  • 联网医疗健康设备：由于 LTE-M 具备更广的建筑内覆盖范围、语音支持功能和移动性，因此也是门诊监控和留置解决方案等联网医疗健康设备应用的理想无线接口之选。
  • 智慧城市：在智慧城市中，LTE-M 可以满足各类型需求，并且能够在几毫秒内高效控制街道照明，确定需要清空垃圾箱的时间，识别可用的停车位，监测环境状况，以及调查道路状况。

LTE-M供应商

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