想了解5G 先知道物联网通信技术的12问 - 全文

　　1948年，现代信息论的奠基人香农发表了《通信的数学理论》，标志着信息与编码理论这一学科的创立。根据香农定理，要想在一个带宽确定而存在噪声的信道里可靠地传送信号，无非有两种途径：加大信噪比或在信号编码中加入附加的纠错码。由此奠定了现代通信技术的理论基础。

　　物联网，从以人为中心转变为以人和物为中心，开创一个面对海量的联接需求全新产业。随着万物互联时代的来临，必然将改变传统的通信模式，于是5G时代很快就要到来了。

　　【关于华为5G标准的故事，你不了解的那些技术意义】

　　今年在通信领域，最激动人心的事情可能要数华为打破高通垄断，拿下5G通信的短码标准这件事情。据报道：美国当地时间11月17日凌晨0点45分，在刚刚结束的3GPP RAN1 87次会议的5G短码方案讨论中，中国华为公司主推的Polar Code（极化码）方案，从美国主推LDPC，法国主推Turbo2.0两大竞争对手中脱颖而出，成为5G控制信道eMBB场景编码方案，而LDPC码成为数据信道的上行和下行短码方案。

　　据称，会议的讨论异常激烈，几乎所有的公司都参与其中，在5G控制信道eMBB场景编码方案上，以华为主导的中国队对抗美欧联军，最后还拉了51家公司同签，力压LDPC的37家公司，真是一场来之不易、令人欣喜的胜利。

　　当年的3G标准之争以及商用进程的博弈给国人上了深刻的一课，国际市场WCDMA、CDMA2000的商用化加速，让我国的TD-SCDMA遭遇到从产业链到市场的重重困难。

　　有媒体评论认为，TD-SCDMA是中国通信技术第一次跟上了世界的脚步。而TD-LTE技术的发展，中国通信技术第一次成为了世界的主流技术之一，但其中的核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码，却不是中国原创的技术。

　　得标准者得天下

　　在通信行业，占据通信行业金字塔顶尖的不是设备制造能力，商用能力，而是标准，一个国家在通信标准中有了话语权也就意味着这个国家在全球通信行业中拥有了话语权以及产业链先发优势，而编码与调制被誉为通信技术的皇冠，也是通信技术核心的核心，体现着一个国家通信科学基础理论的整体实力。

　　现在，中国华为公司主导的Polar码最终打破了这个天花板，这既是中国在基础通信领域多年精心研究的回报，也是中国在通信技术领域综合实力不断提升的写照。毫不客气的讲，5G物联网时代，其技术产业是个系统工程，是综合国力的体现。后发国家优势突出，劣势更明显，培育工匠精神，克制上下忽悠，杜绝全民浮躁，方是成功之道。

　　怎么样？看完导语和华为5G标准的这段报道，非专业人士基本上懵逼了吧？什么3GPP，什么Polar Code，还有我们物联网今年以来谈的最多的NB-IOT和5G等等概念。其实我也同样，为了彻底搞清楚这些名词解释加概念，我想需要补补课了。由于搞物联网的关系，最初本来我只想整理一下关于NB-IOT的问题，没想到，事儿越整越大，需要学习和了解的内容太多，最后干脆就叫做物联网通信技术大全吧，最终整理出来的这些问题，相信都是从事物联网领域的同行们应该掌握的基础知识。有些问题可能很复杂，需要了解清楚；有些相对就简单一些，只要你知道概念即可。总之，不管有什么不清楚的问题就来翻阅一下吧。

　　物哥最近正在整理这本《物联网通信技术蓝皮书》，因为确实有很多知识点要仔细学习和研究，先摘录10个大家比较关注的基本概念吧！这些基本概念不清楚，怎么在物联网行业里面混啊？

　　问题1、什么是物联网的通信技术？

　　从技术上来说，物联网可以分为三层：传感层、通信层和应用层。在通信层中，需要将传感层采集的数据和信息进行安全可靠地通信和传输。传输的形式一般分为有线传输和无线传输。

　　无线通信是指利用电磁波信号在空间传播的特性进行信息交换的一种通信方式，包括固定体之间的无线通信和移动通信两大部分。

　　由于物联网是建立在多种网络融合的基础之上的，它的信息节点具有广泛性和移动性的特点，因此移动通信技术对于物联网发展非常关键。

　　我们通常探讨的基本上就是近距离无线通信和移动通信技术，它们是物联网通信技术的基石。

　　问题2、什么是近距离无线通信技术？有什么技术特征？

　　一般意义上，只要通信收发双方通过无线电波传输信息，单跳传输距离限制在较短（通常最远为数百米）的范围内，就可以称为近距离无线通信。

　　近距离无线通信的技术特征包括：1）、无线发射功率在μW到100mW量级；2）、通信距离在几厘米到几百米；3）、使用全向天线和线路板天线；4）、应用场景多，特别是频率资源稀缺情况；5）、不需要申请频率资源使用许可证；6）、无中心，自组网；7）、电池供电。

　　问题3、 物联网中使用较广泛的近距离无线通信技术有哪些？

　　当前较广泛的近距离无线通信技术有无线局域网802.11（Wi-Fi）、蓝牙（Bluetooth）和红外数据传输（IrDA），比较有发展潜力的无线通信技术有：ZigBee、NFC、超宽频（Ultra WideBand）、DECT等。

　　问题4、物联网需要什么远距离无线通信技术？

　　在智能家居、工业数据采集等局域网通信场景一般采用短距离通信技术，但对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术，目前全球电信运营商已经构建了覆盖全球的移动蜂窝网络。我们熟知的3G、4G以及即将商用的5G都是远距离无线通信技术。

　　问题5、什么是低功耗广域网络LPWAN？

　　LPWAN（Low Power Wide Area Network），低功耗广域网络，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。

　　当前运营商的2G、3G、4G等蜂窝网络虽然覆盖距离广，但基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势。当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信。当前全球真正承载在移动蜂窝网络上的物与物的连接仅占连接总数的6%。如此低的比重，主要原因在于当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。

　　LPWAN技术正是为满足物联网需求应运而生的远距离无线通信技术。

　　问题6、LPWA技术如何分类？

　　LPWA可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；

　　另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

　　除了我们耳熟能详的LoRa、SigFox LTE-M、EC-GSM和NB-IoT外，这一领域也是多家争鸣的状态，还包括NWave、OnRamp、Platanus、Telensa、Weightless、Amber Wireless等。

　　问题7、到底什么是3GPP？

　　3GPP（Third GenerationPartnership Project，第三代合作伙伴计划）是一个成立于1998年12月的标准化组织。

　　目前其成员包括欧洲的ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化委员会）、日本的ARIB（Association of Radio Industries and Business，无线行业企业协会）和TTC（TelecommunicationsTechnology Committee，电信技术委员会）、中国的CCSA（China Communications Standards Association，中国通信标准化协会）、韩国的TTA（Telecommunications Technology Association，电信技术协会）和北美的ATIS（The Alliancefor Telecommunications Industry Solution，世界无线通讯解决方案联盟）。

　　3GPP的目标是在ITU的IMT-2000计划范围内制订和实现全球性的第三代移动电话系统规范标准。它致力于从GSM到UMTS的演化，虽然从2G的GSM到3G的UMTS/WCDMA的演化过程中，空中接口上的差别很大，但由于其核心网采用了GPRS的框架，因此仍然保持有一定的延续性。

　　问题8、3GPP的组织结构是怎样的？它是怎么制定标准的？

　　3GPP组织中包括项目合作组（PCG，ProjectCooperation Group）和技术规范组（TSG，Technology Standards Group）。

　　其中，PCG主要负责3GPP总的管理、时间计划、工作分配等。而技术方面的工作则由TSG完成。

　　目前，3GPP包括四个TSG，分别负责核心网和终端（CoreNetwork and Terminal，CT）、系统和业务方面（Service and System Aspects，SA）、无线接入网（RadioAccess Network，RAN）以及GSM EDGE无线接入网（GSM EDGE Radio Access Network，GERAN）方面的工作。

　　其中，每一个TSG又进一步可以分为多个不同的工作组（WG，Work Group），每个WG分别承担具体的任务。例如，SA WG1负责业务需求指定，SA WG2负责业务架构制定、SA WG3负责安全方面的问题，SA WG4负责编解码方面的工作。

　　问题9、什么是5G？

　　第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G是英文fifth-generation的缩写。也是4G之后的延伸，正在研究中。目前还没有任何电信公司或标准订定组织（像3GPP、WiMAX论坛及ITU-R）的公开规格或官方文件有提到5G。

　　5G标准可由“关键指标“和”一组关键技术“共同定义。关键指标是指Gbps的用户体验速率，一组5G的关键技术包括大规模天线，超密集组网，新型多址技术、全频谱接入及新型网络架构。”

　　此前，联合国旗下的国际电信联盟（简称ITU）公布第五代行动网路（5G）标准发展的时间表，显示不论是5G的标准或是相关系统都将在2020年出炉，而5G将带来最高20Gbps的传输速率。

　　3GPP定义了5G三大场景：eMBB，mMTC和URLLC，eMBB对应的是3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC对应的是大规模物联网业务，而URLLC对应的是如无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务。

　　所以实际上华为主导的Polar码是在5G eMBB场景上的信令信道编码方案。而不是报道中所误导的主导5G标准，里面有很多技术标准的。

　　问题10、什么是NB-IoT？

　　NB-IoT即窄带物联网 （Narrow Band-Internet of Things），是物联网技术的一种，具有低成本、低功耗、广覆盖等特点，定位于运营商级、基于授权频谱的低速率物联网市场，拥有广阔的应用前景。NB-IoT技术的六大主要应用场景恰恰是现有移动通信很难的支持的场景，包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、农业和畜牧业这些场景。

　　问题11、NB-IOT的发展状况如何？

　　2016年6月16日，在韩国釜山召开的3GPP RAN全会第72次会议顺利结束。NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带蜂窝物联网）作为3GPP R13一项重要课题，其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准，正式宣告这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议历经2年多的研究终于经全部完成。

　　从2015年9月启动工作立项到2016年6月冻结标准，进度之快反映出需求的迫切。按照规划，NB-IoT的3GPP标准核心部分在2016年6月冻结，2016年9月完成性能部分的标准制定，最后的一致性测试标准也将在2016年12月完成。

　　全球运营商有了基于标准化的物联网专有协议，标准化工作的成功完成也标志着NB-IoT即将进入规模商用阶段。在5G商用前的窗口期和未来5G商用后的低成本、低速率市场，NB-IOT将有很大的应用空间，一些芯片和模组厂家已经计划在今年支持NB-IOT。

　　问题12、NB-IoT的优势是什么？

　　（1）广覆盖，NB-IoT的覆盖比传统GSM网络好20个DB。如果按照覆盖面积计算，一个基站可以提供10倍的面积覆盖；

　　（2）海量联接，200KHz频率下面，借助NB-IoT一个基站可以提供10万个连接；

　　（3）低功耗，NB-IoT通讯模组电池可以十年独立工作，而不不需要充电；

　　（4）低成本，NB-IoT模组的成目标小于5美金。并且NB-IoT基于蜂窝网络，可直接部署于现有的GSM网络、UMTS网络或LTE网络，运营商部署成本较低、将实现向4.5G平滑升级；

　　（5）安全性：继承4G网络安全能力，支持双向鉴权以及空口严格加密，确保用户数据的安全性；

　　（6）稳定可靠：能提供电信级的可靠 性接入，有效支撑 IoT 应用和智慧城市解决方案。