LTE-M 与 NB-IoT：窄带物联网 (NB-IoT) 概述 [2021 年更新]

当 Sigfox 始于 2009 年，它扰乱了第三代合作伙伴计划 (3GPP) - 标准化蜂窝通信的技术机构 - 表示存在以下设备服务不足的市场：

• 没什么好说的。
• 需要非常便宜。
• 需要非常小的功率预算。
• 需要很长的射程。

Sigfox 成功地刺激了低功耗广域网 (LPWAN) 军备竞赛，并吸引了大量早期投资 ——但拥有数十亿美元业务的移动运营商并不太热衷于蚕食市场份额的初创公司。 2014 年，中国蜂窝技术巨头华为收购了英国 Neul ，一家物联网 (IoT) 公司，在远程无线电技术方面拥有一些有趣的知识产权。 Neul 的蜂窝物联网窄带方法是华为的先驱，许多蜂窝基础设施供应商、芯片组制造商和移动网络运营商 (MNO) 采用称为窄带物联网 (NB-IoT) 的标准，也称为 LTE Cat- NB1。 下面，我们将提供一个广泛的概述NB-IoT 和 LTE Cat-M1（基于 LTE 的 NB-IoT 替代方案，通常称为 LTE-M），这两种技术都是成熟的技术，但距离真正的全球覆盖还有几年的时间。我们还将更多地讨论您是否应该切实考虑将 NB-IoT 作为您的产品和服务的一种选择。

定义、差异和可部署性

LTE-M 是 3GPP 对 IoT 和 LPWAN 日益增长的兴趣做出的回应。 对于那些希望在当前蜂窝网络上进行部署但需要更资源高效的选项的人来说，这是一个有吸引力的选择。有两项创新可帮助 LTE-M 延长电池寿命：LTE eDRX（扩展不连续接收）和 LTE PSM（省电模式）。

LTE-M 将服务于以前从未使用过的 LTE 应用——从水表到农业监测器等等。 LTE-M 的独特之处在于它可以非常节能，每天可以传输 10 字节的数据，但也可以每秒传输 1 兆位的数据。因此，LTE-M 服务于非常广泛的用例。

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窄带物联网 （窄带物联网 ，或 LTE Cat-NB1) 是另一个 3GPP 提案，但它不在 LTE 结构中运行 .它基于类似于 Weightless-W 的旧 Neul 版本的 DSSS 调制 在 200 kHz 频道中。您可以将 NB-IoT 视为传统蜂窝俱乐部对 LoRaWAN 的回答 和 Sigfox；它们使用更复杂的物理层技术和许可频谱，但可寻址用例几乎相同。

NB-IoT 的炒作是由频谱驱动的。有大量未使用的 200 kHz GSM 频谱资产，支持者希望看到在其上部署 NB-IoT。 NB-IoT 也是非传统频段（如监管机构允许的保护频段和物联网特定频段）的一个有吸引力的选择。

许多大型电信巨头，如华为、爱立信、高通和沃达丰，都积极参与制定该标准。从政治上讲，NB-IoT 也是像华为和爱立信这样在 LTE 知识产权开发方面并不普遍的参与者，在 LPWA 游戏中比以前拥有更多皮肤的一种方式。

NB-IoT 旨在以三种方式之一存在：

• 在独立授权的乐队中。
• 以前用于 GSM 或 CDMA 的未使用的 200 kHz 频段。
• 在可以将资源块分配给 NB-IoT 操作或其保护频带（在法规允许的情况下）的 LTE 基站上。

这些条件对于确定哪些蜂窝运营商将部署哪种技术有很大的不同。

• 在美国 ，Verizon 和 AT&T 都可能会使用 LTE-M，因为两家公司都已向其 LTE 网络投入了数十亿美元。因此，他们可能对不是基于 LTE 的东西几乎没有兴趣，尽管 Verizon 也宣布支持 NB-IoT。 （但是，我们不清楚商业案例。）

• 全球 GSM 部署较多、LTE 较少的地区 可能有更多理由转向 NB-IoT。在美国，T-Mobile 和 Sprint 等运营商最终可能会考虑在现有 GSM 频谱上部署 NB-IoT。

在我们看来，与 LTE-M 相比，NB-IoT 没有任何真正的优势 ，除非您没有部署 LTE，并且在 5G 成熟之前不打算部署任何新的基础设施。 市场和用例基本相同； LTE-M 具有一些明显的技术优势，有些人推测 Sigfox 尚未利用的“低价值”物联网空间并不多。通常，NB-IoT 粉丝会关注电池寿命，但当您考虑空气差异（与 NB-IoT 发送消息的速度较慢相比，LTE-M 消息非常短）和全面的 PSM 和 eDRX ，我们不相信。

LTE-M VS。窄带物联网

优点

LTE-M

• 提高数据速率
• 降低复杂性

NB-IOT

• 电源效率
• 降低成本
• 提高渗透率

缺点

LTE-M

• 全球可部署性
• 许可费用
• 电源效率

NB-IoT

• 区域可部署性
• 承诺成本
• 前端复杂性
• 缺乏无缝性

LTE-M 和 NB-IoT 的优点

LTE-M

• LTE-M 的数据速率高于 NB-IoT。 这允许 LTE-M 拥有更丰富的解决方案集，因为它将提供最广泛的蜂窝功能。虽然 LTE-M 可以让您达到非常高的数据速率，但您可以从 eDRX 和 PSM 等新架构中受益，这些架构还可以帮助您从与 NB-IoT 或 Sigfox 相同的功率预算中受益。

• LTE-M 将受益于降低的复杂性。 例如，Verizon 在美国有一个单一的 LTE-M 频谱，这导致其 LTE-M 解决方案变得非常复杂。这允许非常简单的前端和天线配置。

窄带物联网

• NB-IoT 在运行时消耗的电量极少。 几乎所有的物联网技术在不时都会节省电量 操作，因为它们都“睡眠”大致相同。但是，当调制解调器运行并处理所有信号时，波形更简单的技术（如 NB-IoT）将消耗更少的功率。 注意 ：并非所有用于 NB-IoT 的芯片组都具有相同的功效。例如，专用于 LTE-M 和 NB-IoT 的 Sequans 君主芯片不必运行 Linux 或进行那么多的信号处理，这使得它比其他供应商重构的 Cat-1 芯片更节能.
• 仅限 NB-IoT 的组件 成本更低 . 仅支持 NB-IoT 的芯片（与那些也支持 LTE-M 的芯片相反）更便宜，因为它们更易于创建。 200 kHz NB-IoT 前端和数字化仪比 1.4 MHz LTE 资源块简单得多。此外，与 NB-IoT 等更简单的波形相比，在 LTE 中处理 OFDM 需要更多功率。由于大多数芯片制造商似乎都在制造支持这两者的芯片，因此这可能是一个有争议的问题。
• NB-IoT 或许能够提供比 LTE-M 更深入的建筑渗透。 这是因为比特率更低，因此链路预算更好。不过，LTE-M 在网络级别的过程增益改进可能会削弱这一优势。实际上，除非您是部署网络的移动网络运营商，否则您只关心是否有网络覆盖。

LTE-M 和 NB-IoT 的缺点

LTE-M

• 世界上可能有些地方从未部署过 LTE-M。 尤其是在移动网络运营商延长其 3G 网络寿命的情况下，直到他们可以重新分配频谱并部署 5G 网络。亚洲、非洲和东欧的部分地区属于这一类。 5G 距离部署还有几年的时间（尽管有新闻稿和关于成功测试的炒作），但部署一个在五年内稍微过时（或至少过时）的 4G 网络可能不是一个好的财务决策。 NB-IoT 和 LTE-M 目前没有日落，因为它们已连接到 4G，并且有计划将其纳入 5G。通常情况下，任何设备都不会持续到 5G 日落时分，这使得这两种选择都可行。

• 将涉及遗留许可费用。 通过使用 LTE，您可能需要向全球的 InterDigitals 和 Qualcomms 支付 IP 许可费，才能获得 OFDM 等基础创新。耶蜂窝。

• LTE-M 的电源效率问题悬而未决。 由于 eDRX 和 PSM 是最近才部署的，因此它们的能效是假设的。因此，虽然节能功能看起来很棒，但在您在真实网络上试用真实设备之前，您不会知道网络是否会让它们按设计运行，或者特定于运营商的功能是否会占用功率预算。

窄带物联网

我们听取了对 NB-IoT 非常感兴趣的客户的意见，以及这对他们刚刚起步的 IoT 项目意味着什么。对此，我们说“太棒了！”——但您必须查看应用程序的结构 ，您的部署地点，以及您可以在供应链中支持的复杂程度 了解这对您的用例是否有意义。在全球范围内，基于每台设备的 NB-IoT 可能比 LTE-M 更受欢迎，但需要考虑一些障碍：

• 在美国部署会很困难。 世界目前被分为两个派系——一个首先部署 LTE-M，另一个首先部署 NB-IoT。大多数地方不会同时进行这两项工作。所以如果你在中国，你自然会在NB-IoT阵营；或者，它是美国的 LTE-M。其他地方都是逐个国家的。在窄带物联网领域拥有既得利益的国家是全球最大的电信基础设施提供商之一华为已在其中建立业务的国家。华为是底层芯片和基站的主要供应商。

但是，美国公司目前被禁止购买华为设备。而其他网络服务提供商，如爱立信和诺基亚，首先支持 LTE-M 具有既得利益，因为他们可以更便宜地升级现有塔——部署 LTE-M 只需要新的基站软件。对于 LTE 覆盖范围不是无处不在的国家（占世界的很大一部分），建立可以支持 NB-IoT 的新基础设施比建立 LTE 基础设施要便宜。

因此，如果您希望将 NB-IoT 用于您的产品，请知道根据您希望的地理位置，可部署性可能会成为问题。由于 NB-IoT 不是真正 作为 LTE 的一部分，它要么需要使用不同的软件在边带中运行（这对运营商来说可能代价高昂），要么需要部署在过时的 GSM 频谱中。大多数支持 LTE 的运营商都不愿意减少分配给 LTE 手机的资源块数量，因为它们是赚钱的大户。这使得部署问题及其所有复杂性成为 NB-IoT 的一个大问号。

• 您必须全力支持 NB-IoT。 由于它涉及芯片和软件，因此没有采取中间方法的现实方法。支持 LTE-M 和 NB-IoT 的芯片更贵。在大多数情况下，如果您主要拥有一种或另一种，您就不会想要为同时具备这两种功能的芯片支付额外费用。

此外，人们喜欢说他们可以在世界任何地方使用相同的芯片，但 NB-IoT 是一种非常窄带的技术，其软件负载与 LTE-M 不同。因此，即使硬件本身可能用于不同的频段，但从操作的角度来看，这并没有真正简化事情。从制造的角度来看，这只是一个轻微的简化，因为您可以构建相同的设备以在任何地方工作，但您仍然面临操作挑战，需要加载不同的固件，并确保正确的固件加载使其进入正确的设备。

• NB-IoT 的前端复杂度实际上可能大于 LTE-M .通常，GSM 没有无处不在或全国范围内的 200 kHz 频谱可供 NB-IoT 使用——这意味着调制解调器前端和天线可能会变得比预期更复杂。其中很多都可以通过 Skyworks 等公司的创新 RF 前端在软件中完成，但这仍然是另一个需要克服的制造和运营挑战。

• NB-IoT 无线固件 (FOTA) 或大文件传输不是无缝的。 NB-IoT 的一些设计规范使得向设备发送大量数据变得困难。因此，即使 FOTA 是大多数现代物联网应用程序的要求，它也可能非常困难。 LoRaWAN 和 Sigfox 也有同样的问题。当然，您可以扩展协议的限制以降低二进制有效负载，但是系统的设计并不是为了非常优雅地支持它。另一方面，借助 LTE-M，您可以使用 IP 协议移动 100 kbps 并在几秒钟内更新固件。

• NB-IoT 最适合主要静态资产，例如固定位置的仪表和传感器，而不是漫游资产。 NB-IoT 已承诺漫游，但网络和塔的切换将是一个问题。 200 kHz 频段有很多地方可以使用，而拥有一款既简单又便宜又节能又足够复杂以快速确定在哪个频段上运行的设备可能很难找到。

总结

如果您需要尽快将解决方案推向市场，首先您需要弄清楚哪些网络在本地可用以及哪些硬件可用于这些网络——不仅仅是试点和原型（尤其是新闻稿），还有真实的网络覆盖范围，以及无需签署大量 NDA 即可购买的设备。希望 NB-IoT 的概述有助于简化该过程。

在 Link Labs，我们的目标是帮助您立即部署您的低成本、电池供电的物联网产品或服务 ，所以让我们一起构建一个 LTE-M 产品。