前言

物联网（Internet of Things，IoT）被公认为是继计算机、因特网与移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。按咨询机构Analysys Mason预测，2020年物联网发展将进入爆发期，全球物联网设备的连接数将达到400亿；而到2030年，这个数量将超千亿，中国将超过200亿——万物互联的时代已经来临。

放眼全球，国际运营商都在酝酿自己的“大连接”战略，集体发力物联网建设。韩国的电信运营商KT计划投资1500亿韩元新建窄带物联网；英国的沃达丰公司建立了NB-IoT开放实验室，从而加速布局物联网；法国的电信公司通过搭建M2M完整系统，渗入产业链的不同环节；西班牙的电信公司通过专用物联网平台进行“智能通道建设”；日本的DoCoMo将发展M2M业务作为其重要战略的组成部分；美国的Sprint公司通过开放性发展策略推动M2M市场。而在国内，我国政府已明确大力支持蜂窝物联网发展，允许运营商可在原有频率上开展物联网业务，同时大力推进与垂直行业及地方政府的对接，设立推广平台、示范城市等。中国移动将物联网提升到了“中国移动新时期发展策略”的重要核心地位，在2016年世界移动大会——上海（MWCS）正式提出“大连接”战略，即面向未来5年，中国移动将要做大连接规模，做优连接服务，做强连接应用。基于“大连接”战略，中国移动明确提出希望在2020年实现50亿物联网连接数，并带来千亿元的营业收入目标。中国电信则在2016年集团战略中将物联网作为战略基础重点，全面布局物联网，拓展新市场，将这一蓝海市场作为中国电信全新的战略性基础业务。中国联通则选择与国内外多家物联网平台一起，积极打造云计算、大数据、物联网等创新平台的应用能力和产品升级能力，聚焦政务、教育、医卫、生态环境、旅游、工业互联网等重点行业。在不久的将来，物联网应用在工业制造、车联网、可穿戴设备、教育医疗等IoT平台层、应用层业务将成为支撑经济持续增长的重要领域。

然而，IoT接入技术的规模化部署是物联网应用落地的关键，无线接入技术处于网络层，是连接感知层收集数据的关键环节，也是物联网整个产业发展的热点。IoT无线接入技术可以分短程物联网和广域物联网：短程物联网主要指连接范围在100m左右，以无线保真（Wireless Fidelity，Wi-Fi）、蓝牙和ZigBee等通信技术为核心；广域物联网技术包括工作于未授权频段的LoRa、SigFox等，工作于授权频段下传统的2G/3G/4G/5G蜂窝技术以及3GPP专为物联网打造的蜂窝物联网（CIoT）技术标准（包括eMTC、NB-IoT技术）。在以上IoT接入技术中，面向未来5G演进的CIoT技术将是运营商大规模部署建设的重点。目前，全球CIoT网络已在多个地区大规模商用，国内也在大规模部署CIoT系统并发展5G等通信技术，给万物的广泛连接提供通信能力。此背景下，在工程应用领域，需加强针对窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）、增强机器通信（enhanced Machine-Type Communication，eMTC）（本书中统称为CIoT）网络规划、设计、工程建设方面的研究，为将来CIoT技术的大规模网络建设做好技术储备。

本书作者均是华信咨询设计研究院从事移动通信网络规划、咨询、设计和研究的技术专家，长期跟踪研究蜂窝无线网络系统标准、规范与组网技术，参与过国内CIoT规模应用建设部署，对CIoT技术有较深刻的理解。本书在编写过程中融入了作者长期从事移动通信网络规划设计工作中积累的经验和心得，可以使读者较全面地理解CIoT技术理论和网络规划、设计、工程建设等内容。

本书第一章物联网概述介绍了物联网概念、网络架构、物联网接入技术细分、蜂窝物联网技术、CIoT技术与5G的关系等。第二章非蜂窝物联网技术及应用主要介绍了非蜂窝物联网系统架构、非蜂窝无线接入技术类型、与蜂窝物联网技术对比以及各类非蜂窝短距无线通信技术的主要原理特点。第三章基于蜂窝网的物联网应用主要介绍了公用蜂窝物联网与专有物联网的区别，重点深入探讨2G/3G蜂窝系统下的窄带M2M技术解决方案以及4G增强型宽带技术解决方案。第四章CIoT标准及技术介绍主要概述了NB-IoT及eMTC两种CIoT技术的标准演进过程及定义，重点深入介绍NB-IoT系统的网络结构、频谱划分、无线帧结构、物理信道、物理层过程、覆盖增强技术等；为了更加适合物与物之间的通信，也为了降低成本，eMTC仅裁剪和优化了LTE协议，故书中只重点介绍eMTC技术独有的特点，包括窄带定义、物理信道及典型流程；本章最后部分对比分析了NB-IoT与eMTC两者的技术特性。第五章CIoT网络规划与设计介绍了无线网络规划的内容，明确了CIoT系统规划总体流程，结合两者CIoT技术定位，确定了各自的覆盖部署策略；基于CIoT技术特点，介绍了规划总体目标和频率部署的原则要求；然后重点深入介绍了CIoT系统的覆盖规划、容量规划、参数规划以及CIoT网络的无线仿真技术；最后介绍了CIoT实际工程部署，包括CIoT系统部署时对现有无线网络的影响、站址获取及利旧策略、基站建设方式、设备选型、站址改造方案、设计要求及图纸规范等。第六章CIoT业务及应用全方位地介绍了产业链发展情况、当前运营商建设试点应用情况、CIoT系统典型应用，在此基础上总结CIoT应用及业务发展应对策略。第七章演进和展望对CIoT系统未来技术融合演进、创新应用进行展望。

全书由华信咨询设计研究院有限公司总工程师朱东照统稿。汪伟编写了第一、六、七章，黄小光编写了第五章及第四章eMTC部分，张建国编写了第四章NB-IoT部分，李燕春编写了第二、三章。华信设计院专业从事移动通信网络的规划、设计与优化，在蜂窝无线网规划、咨询、设计方面具备雄厚的技术实力和丰富的实践经验。在本书的编写过程中，得到了华信多位领导和同事的大力支持，特别是余征然总经理、王鑫荣副总经理、肖清华博士、彭宇博士以及综合院夏世峰院长和赵品勇副院长的大力支持，在此表示感谢！在本书的编写过程中，还得到各大电信运营商、主设备厂商、集成应用商等单位的支持和帮助，另外，我们还参考了许多学者的专著和研究论文，在此一并致谢！

本书适合从事NB-IoT、eMTC蜂窝物联网系统规划、设计、工程建设和维护工作的工程技术人员与管理人员参考使用，也可作为高等院校移动通信相关专业师生的参考书。

由于时间仓促，加之编者水平有限，书中难免有疏漏与不当之处，恳请读者批评指正。

编者
2019年3月于杭州