解析全球移動(dòng)通信協(xié)會(huì)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)頻譜白皮書
2016年下半年以來,以移動(dòng)通信國際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP凍結(jié)NB-IoT(蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)志,蜂窩物聯(lián)網(wǎng)具備了快速、大規(guī)模發(fā)展的潛力。
IoT(物聯(lián)網(wǎng))于各經(jīng)濟(jì)體的數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型具有非常重大的意義,目前,全球的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)正在快速發(fā)展。在廣域IoT市場(chǎng)中,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)扮演著重要角色,且正快速演進(jìn)至能滿足很多不同的、差異化較大的需求(相關(guān)應(yīng)用涉及較廣,從能能抄表到聯(lián)網(wǎng)汽車),從而,蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)就更為具備與其他IoT解決方案進(jìn)行有效競(jìng)爭的能力,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)一系列的應(yīng)用/服務(wù)創(chuàng)新。
然而,蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)接下來要實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展,需要政府相關(guān)部門采取積極的監(jiān)管框架(尤其是在移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)專用的無線頻譜資源方面),全球移動(dòng)通信協(xié)會(huì)認(rèn)為,其中主要包括:(1)政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該采取業(yè)務(wù)/技術(shù)中立政策來支持蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展;(2)為了能提供最為可靠、高質(zhì)量的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù),政府通信監(jiān)管部門須為蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)指配專用的授權(quán)型頻譜資源;(3)授權(quán)型頻譜具備支撐蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的容量及覆蓋能力;(4)為擴(kuò)大蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍、降低成本,須進(jìn)行相關(guān)的國際頻譜協(xié)調(diào);(5)于蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的后續(xù)發(fā)展方面,政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該協(xié)同移動(dòng)通信行業(yè)進(jìn)行5G(第五代移動(dòng)通信)網(wǎng)絡(luò)頻譜規(guī)劃。
1、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、現(xiàn)狀、展望
由M2M(機(jī)器到機(jī)器通信)及正在興起的IoT所驅(qū)動(dòng)的連接革命,是現(xiàn)代社會(huì)的一大最為重要的發(fā)展趨勢(shì),而且定將使能各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。調(diào)研報(bào)告“Machine Research 2015”顯示,全球M2M連接數(shù)的總量,將有望從2014年的50億增長至2024年的270億。這意味著,物聯(lián)網(wǎng)將是可形成當(dāng)下數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的“里程碑”的主要新興市場(chǎng)——調(diào)研報(bào)告“Machina Research 2016”顯示,全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的盈利,將從2015年的8920億美元躍升至2025年的4萬億美元。
目前,大多數(shù)(72%)的M2M市場(chǎng)所采取的均是短距離、工作于非授權(quán)頻譜的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(比如Wi-Fi、Zigbee等)。而如果要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的廣域覆蓋,則必須采取蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。調(diào)研報(bào)告“Machine Research 2015”顯示,蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)的總量,將有望從2014年末的2.56億增長至2014年末的22億。而主要的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)將包括遠(yuǎn)程抄表(自來水表/天然氣表/智能電表)、自動(dòng)售貨、車聯(lián)網(wǎng)、醫(yī)療監(jiān)測(cè)、應(yīng)急報(bào)警、消費(fèi)電子設(shè)備(如電子書閱讀器,GPS導(dǎo)航裝置,數(shù)字相機(jī)等)。
在目前的廣域M2M市場(chǎng)中,移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有較多的應(yīng)用,且主要是通過GSM(2G)移動(dòng)通信系統(tǒng)提供一些低帶寬的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(如自動(dòng)售貨)、通過3G及4G LTE移動(dòng)通信系統(tǒng)提供一些高帶寬的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(如基于流式傳輸?shù)囊苿?dòng)視頻)。由于相比于傳統(tǒng)的用于人類的移動(dòng)通信服務(wù),廣域物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)所涉及的種類要多得多,相關(guān)的需求也就有著很大的差異,從而就需要不斷地演進(jìn)蜂窩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以使其能支撐所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。
目前最新版本的蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)3GPP LTE Release 13可支撐蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵需求,包括:更長的電池使用壽命、更低的終端設(shè)備成本、更廣的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、更大的無線連接數(shù)支撐等。由于能進(jìn)行非常深度的室內(nèi)覆蓋,且接入點(diǎn)的內(nèi)置電池可持續(xù)使用10多年,3GPP LTE Release 13可成功支撐所有的LPWA(低功耗、廣域)無線物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(比如智能抄表)。其中所規(guī)范的LPWA技術(shù)包括蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT、演進(jìn)型機(jī)器類通信eMTC、覆蓋擴(kuò)展型GSM物聯(lián)網(wǎng)EC-GSM-IoT。
2、政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該要做什么?
(1)政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該采取業(yè)務(wù)/技術(shù)中立政策來支持蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
政府通信監(jiān)管部門提供專用授權(quán)型頻譜規(guī)制框架,同時(shí)不對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)或技術(shù)進(jìn)行限制(否則將于物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新不利),對(duì)于促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展與業(yè)務(wù)增長將發(fā)揮非常關(guān)鍵的作用。移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過其所獲得的專用授權(quán)型頻段部署最新的蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),不應(yīng)受到技術(shù)方面的限制。例如,目前最新版本的蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)3GPP LTE Release 13就明確規(guī)范了GSM(2G)與4G LTE網(wǎng)絡(luò)能在幾乎所有的移動(dòng)通信專用授權(quán)頻段上開展各種LPWA蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù),其中甚至還包括:個(gè)人通信可以與蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信同時(shí)使用相同的物理頻段(以劃分資源塊的方式)。因此,政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該創(chuàng)造相應(yīng)的監(jiān)管環(huán)境,以使得上述蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷向前演進(jìn),并允許市場(chǎng)自己選擇采取哪種蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
(2)為了能提供最為可靠、高質(zhì)量的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù),政府通信監(jiān)管部門須為蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)指配專用的授權(quán)型頻譜資源。
由于不會(huì)使其所承載的各種蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)遭受有害干擾,且能便于移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對(duì)頻譜的使用隨時(shí)進(jìn)行靈活、動(dòng)態(tài)的控制,專用的授權(quán)型頻譜資源就能很好地具備廣域范圍內(nèi)的高質(zhì)量業(yè)務(wù)服務(wù)保障能力。從而,基于授權(quán)型頻譜而提供的蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)就自然地成為對(duì)QoS(服務(wù)質(zhì)量)要求很高的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的唯一選擇,比如公共安全、移動(dòng)醫(yī)療等。而且,由于接入及質(zhì)量水平可以得到保證,若得到專用授權(quán)頻譜的指配,移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商就有很大的動(dòng)力去持續(xù)進(jìn)行蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的長期建設(shè)及維護(hù)投資。與授權(quán)型無線頻譜形成鮮明對(duì)比的是,非授權(quán)型頻譜天然地不適用應(yīng)用于各種廣域物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)承載(尤其是那些對(duì)于服務(wù)水平要求較高或很高的無線物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù))。這是由于,外界容許其輻射的無線電功率一般較低,且長距離覆蓋中的有害干擾風(fēng)險(xiǎn)較高或很高(尤其是非授權(quán)頻譜無線物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)運(yùn)營商數(shù)量增多、相關(guān)業(yè)務(wù)使用量增大等)。因此,政府通信監(jiān)管部門最好應(yīng)給廣域蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)指配專用的授權(quán)型頻譜。
(3)授權(quán)型頻譜具備支撐蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的容量及覆蓋能力。
如果政府通信監(jiān)管部門對(duì)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)采取業(yè)務(wù)和技術(shù)中立態(tài)度/政策,則就將會(huì)有越來越多低于1 GHz頻點(diǎn)的覆蓋頻段及高于1 GHz頻段的容量頻段指配給蜂窩物聯(lián)網(wǎng)專用,以支撐先關(guān)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展。實(shí)際上,將應(yīng)用于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的大多數(shù)物理頻段,將會(huì)位于3 GHz頻點(diǎn)以下甚至更可能位于1 GHz頻點(diǎn)以下——而在全球范圍內(nèi),移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商已在這些頻段部署、運(yùn)營非常成熟的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),這些網(wǎng)絡(luò)也可非常方便地用于承載各類蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。更為重要的是,目前最新版本的蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)3GPP LTE Release 13中所規(guī)范的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就正是基于現(xiàn)有移動(dòng)通信專用授權(quán)頻譜的良好覆蓋能力。例如,移動(dòng)通信業(yè)界進(jìn)行初期試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn):在現(xiàn)有的2G商用網(wǎng)絡(luò)之中,僅需要進(jìn)行簡單的軟件升級(jí),即可于承載低速率蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面提升7倍的性能,并將終端設(shè)備內(nèi)置電池的使用壽命擴(kuò)展至10年以上。
(4)為擴(kuò)大蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍、降低成本,須進(jìn)行相關(guān)的國際頻譜協(xié)調(diào)。
全球范圍內(nèi),如果對(duì)商用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所采取的無線頻譜資源,進(jìn)行國際協(xié)調(diào),就將可保證蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的快速擴(kuò)張、終端設(shè)備成本的不斷下降,從而帶來更大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。為了支撐包括從覆蓋頻段的LPWA物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景到高帶寬物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(如流媒體無線視頻)在內(nèi)的所有廣域蜂窩物聯(lián)網(wǎng)用例,全球移動(dòng)通信業(yè)界應(yīng)該努力進(jìn)行相關(guān)頻譜的全球協(xié)調(diào)。實(shí)際上,如今的各種2G及4G移動(dòng)通信服務(wù)(具備涵括蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的潛力),已經(jīng)得到了良好的地區(qū)協(xié)調(diào)甚至國際協(xié)調(diào)。所以,為了降低終端設(shè)備成本并加速商用部署的進(jìn)程,新興的LPWA無線物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)將會(huì)從一個(gè)或者兩個(gè)得到國際協(xié)調(diào)(至少是地區(qū)協(xié)調(diào))的蜂窩移動(dòng)通信專用授權(quán)頻段中獲益。其中,最適宜的相關(guān)現(xiàn)有頻段分別是已經(jīng)在全球得到廣泛使用的900MHz/1800MHz以及850MHz/1900MHz,而其他的頻段則包括700MHz頻段與800MHz頻段(尤其是當(dāng)政府通信監(jiān)管部門允許于這兩個(gè)頻段內(nèi)的保護(hù)帶承載無線物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)/應(yīng)用時(shí))。
(5)于蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的后續(xù)發(fā)展方面,政府通信監(jiān)管部門應(yīng)該協(xié)同移動(dòng)通信行業(yè)進(jìn)行5G(第五代移動(dòng)通信)網(wǎng)絡(luò)頻譜規(guī)劃。
按照移動(dòng)通信業(yè)界的發(fā)展規(guī)劃,5G移動(dòng)通信將有望在蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的后續(xù)演進(jìn)之中扮演重要角色。從而,政府通信監(jiān)管部門和移動(dòng)通信業(yè)界就應(yīng)在移動(dòng)通信未來頻譜儲(chǔ)備規(guī)劃中,做超前、適當(dāng)?shù)目剂俊淼?G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持不斷猛增的無線連接數(shù)、相關(guān)的高效信令與尋呼機(jī)制、降低終端設(shè)備成本、提高無線頻譜資源利用效率。同時(shí),5G也很可能將提供更高質(zhì)量的服務(wù)或者是質(zhì)量可得到絕對(duì)保證的服務(wù)、低得多的延遲/時(shí)延、與移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)更為緊密的集成/整合、甚至更長的網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離等。未來的各種5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將很可能可運(yùn)行于3GPP現(xiàn)有及將來的各種專用授權(quán)型物理頻段。因此,綜上,政府通信監(jiān)管部門與移動(dòng)通信業(yè)界在進(jìn)行5G移動(dòng)通信頻譜的規(guī)劃時(shí),也要充分考慮到所有蜂窩移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的承載需求。
參考文獻(xiàn):
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