解析全球移动通信协会的蜂窝物联网频谱白皮书

2016年下半年以来，以移动通信国际标准组织3GPP冻结NB-IoT（蜂窝窄带物联网）标准为标志，蜂窝物联网具备了快速、大规模发展的潜力。

IoT（物联网）于各经济体的数字经济转型具有非常重大的意义，目前，全球的物联网市场正在快速发展。在广域IoT市场中，移动通信网络扮演着重要角色，且正快速演进至能满足很多不同的、差异化较大的需求（相关应用涉及较广，从能能抄表到联网汽车），从而，蜂窝移动物联网就更为具备与其他IoT解决方案进行有效竞争的能力，进而驱动一系列的应用/服务创新。

然而，蜂窝移动物联网接下来要实现快速发展，需要政府相关部门采取积极的监管框架（尤其是在移动物联网专用的无线频谱资源方面），全球移动通信协会认为，其中主要包括：（1）政府通信监管部门应该采取业务/技术中立政策来支持蜂窝移动物联网的发展；（2）为了能提供最为可靠、高质量的移动物联网业务服务，政府通信监管部门须为蜂窝移动物联网指配专用的授权型频谱资源；（3）授权型频谱具备支撑蜂窝移动物联网发展的容量及覆盖能力；（4）为扩大蜂窝移动物联网覆盖范围、降低成本，须进行相关的国际频谱协调；（5）于蜂窝移动物联网的后续发展方面，政府通信监管部门应该协同移动通信行业进行5G（第五代移动通信）网络频谱规划。

1、蜂窝物联网的发展背景、现状、展望

由M2M（机器到机器通信）及正在兴起的IoT所驱动的连接革命，是现代社会的一大最为重要的发展趋势，而且定将使能各行各业的数字化转型。调研报告“Machine Research 2015”显示，全球M2M连接数的总量，将有望从2014年的50亿增长至2024年的270亿。这意味着，物联网将是可形成当下数字经济转型的“里程碑”的主要新兴市场——调研报告“Machina Research 2016”显示，全球物联网市场的盈利，将从2015年的8920亿美元跃升至2025年的4万亿美元。

目前，大多数（72%）的M2M市场所采取的均是短距离、工作于非授权频谱的无线物联网技术（比如Wi-Fi、Zigbee等）。而如果要实现物联网的广域覆盖，则必须采取蜂窝移动物联网技术。调研报告“Machine Research 2015”显示，蜂窝物联网连接数的总量，将有望从2014年末的2.56亿增长至2014年末的22亿。而主要的蜂窝物联网应用市场将包括远程抄表（自来水表/天然气表/智能电表）、自动售货、车联网、医疗监测、应急报警、消费电子设备（如电子书阅读器，GPS导航装置，数字相机等）。

在目前的广域M2M市场中，移动通信网络已经有较多的应用，且主要是通过GSM（2G）移动通信系统提供一些低带宽的物联网应用（如自动售货）、通过3G及4G LTE移动通信系统提供一些高带宽的物联网应用（如基于流式传输的移动视频）。由于相比于传统的用于人类的移动通信服务，广域物联网业务服务所涉及的种类要多得多，相关的需求也就有着很大的差异，从而就需要不断地演进蜂窝技术标准以使其能支撑所有的物联网应用场景。

目前最新版本的蜂窝移动通信标准3GPP LTE Release 13可支撑蜂窝移动物联网技术的关键需求，包括：更长的电池使用寿命、更低的终端设备成本、更广的网络覆盖范围、更大的无线连接数支撑等。由于能进行非常深度的室内覆盖，且接入点的内置电池可持续使用10多年，3GPP LTE Release 13可成功支撑所有的LPWA（低功耗、广域）无线物联网应用（比如智能抄表）。其中所规范的LPWA技术包括蜂窝窄带物联网NB-IoT、演进型机器类通信eMTC、覆盖扩展型GSM物联网EC-GSM-IoT。

2、政府通信监管部门应该要做什么？

（1）政府通信监管部门应该采取业务/技术中立政策来支持蜂窝移动物联网的发展。

政府通信监管部门提供专用授权型频谱规制框架，同时不对物联网业务或技术进行限制（否则将于物联网创新不利），对于促进物联网市场的发展与业务增长将发挥非常关键的作用。移动通信基础网络运营商通过其所获得的专用授权型频段部署最新的蜂窝移动物联网技术，不应受到技术方面的限制。例如，目前最新版本的蜂窝移动通信标准3GPP LTE Release 13就明确规范了GSM（2G）与4G LTE网络能在几乎所有的移动通信专用授权频段上开展各种LPWA蜂窝物联网应用服务，其中甚至还包括：个人通信可以与蜂窝物联网通信同时使用相同的物理频段（以划分资源块的方式）。因此，政府通信监管部门应该创造相应的监管环境，以使得上述蜂窝移动物联网技术不断向前演进，并允许市场自己选择采取哪种蜂窝物联网技术。

（2）为了能提供最为可靠、高质量的移动物联网业务服务，政府通信监管部门须为蜂窝移动物联网指配专用的授权型频谱资源。

由于不会使其所承载的各种蜂窝移动物联网业务遭受有害干扰，且能便于移动通信基础网络运营商对频谱的使用随时进行灵活、动态的控制，专用的授权型频谱资源就能很好地具备广域范围内的高质量业务服务保障能力。从而，基于授权型频谱而提供的蜂窝移动物联网就自然地成为对QoS（服务质量）要求很高的物联网业务的唯一选择，比如公共安全、移动医疗等。而且，由于接入及质量水平可以得到保证，若得到专用授权频谱的指配，移动通信基础网络运营商就有很大的动力去持续进行蜂窝移动物联网的长期建设及维护投资。与授权型无线频谱形成鲜明对比的是，非授权型频谱天然地不适用应用于各种广域物联网业务承载（尤其是那些对于服务水平要求较高或很高的无线物联网业务）。这是由于，外界容许其辐射的无线电功率一般较低，且长距离覆盖中的有害干扰风险较高或很高（尤其是非授权频谱无线物联网业务运营商数量增多、相关业务使用量增大等）。因此，政府通信监管部门最好应给广域蜂窝移动物联网指配专用的授权型频谱。

（3）授权型频谱具备支撑蜂窝移动物联网发展的容量及覆盖能力。

如果政府通信监管部门对蜂窝物联网采取业务和技术中立态度/政策，则就将会有越来越多低于1 GHz频点的覆盖频段及高于1 GHz频段的容量频段指配给蜂窝物联网专用，以支撑先关物联网业务的迅猛发展。实际上，将应用于蜂窝物联网的大多数物理频段，将会位于3 GHz频点以下甚至更可能位于1 GHz频点以下——而在全球范围内，移动通信基础网络运营商已在这些频段部署、运营非常成熟的移动通信网络，这些网络也可非常方便地用于承载各类蜂窝移动物联网应用。更为重要的是，目前最新版本的蜂窝移动通信标准3GPP LTE Release 13中所规范的蜂窝物联网技术就正是基于现有移动通信专用授权频谱的良好覆盖能力。例如，移动通信业界进行初期试验后发现：在现有的2G商用网络之中，仅需要进行简单的软件升级，即可于承载低速率蜂窝移动物联网应用方面提升7倍的性能，并将终端设备内置电池的使用寿命扩展至10年以上。

（4）为扩大蜂窝移动物联网覆盖范围、降低成本，须进行相关的国际频谱协调。

全球范围内，如果对商用移动通信网络提供蜂窝移动物联网应用所采取的无线频谱资源，进行国际协调，就将可保证蜂窝物联网市场的快速扩张、终端设备成本的不断下降，从而带来更大的规模经济效益。为了支撑包括从覆盖频段的LPWA物联网应用场景到高带宽物联网应用（如流媒体无线视频）在内的所有广域蜂窝物联网用例，全球移动通信业界应该努力进行相关频谱的全球协调。实际上，如今的各种2G及4G移动通信服务（具备涵括蜂窝移动物联网业务的潜力），已经得到了良好的地区协调甚至国际协调。所以，为了降低终端设备成本并加速商用部署的进程，新兴的LPWA无线物联网市场将会从一个或者两个得到国际协调（至少是地区协调）的蜂窝移动通信专用授权频段中获益。其中，最适宜的相关现有频段分别是已经在全球得到广泛使用的900MHz/1800MHz以及850MHz/1900MHz，而其他的频段则包括700MHz频段与800MHz频段（尤其是当政府通信监管部门允许于这两个频段内的保护带承载无线物联网业务/应用时）。

（5）于蜂窝移动物联网的后续发展方面，政府通信监管部门应该协同移动通信行业进行5G（第五代移动通信）网络频谱规划。

按照移动通信业界的发展规划，5G移动通信将有望在蜂窝移动物联网技术的后续演进之中扮演重要角色。从而，政府通信监管部门和移动通信业界就应在移动通信未来频谱储备规划中，做超前、适当的考量。将来的5G移动通信网络应支持不断猛增的无线连接数、相关的高效信令与寻呼机制、降低终端设备成本、提高无线频谱资源利用效率。同时，5G也很可能将提供更高质量的服务或者是质量可得到绝对保证的服务、低得多的延迟/时延、与移动通信基础网络更为紧密的集成/整合、甚至更长的网络覆盖距离等。未来的各种5G蜂窝物联网应用将很可能可运行于3GPP现有及将来的各种专用授权型物理频段。因此，综上，政府通信监管部门与移动通信业界在进行5G移动通信频谱的规划时，也要充分考虑到所有蜂窝移动物联网应用的承载需求。

参考文献：

[1] GSMA. Spectrum for the Internet of Things
[EB/OL].http://www.gsma.com/spectrum/wp-content/uploads/2016/09/GSMA-IoT-spectrum-position-paper-FINAL.pdf, 2016-09-30.