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在互聯+的時代背景下，以NB-IoT為代表的物聯網一直在這條道路上追逐。近期中國移動宣布大規模的NB-IoT建網計劃，在2017年物聯網的發展更是掀起了各家運營商的構建狂潮。我們足以看到物聯網未來的道路會是一片光明。隨之而來的， 如何高效建設面向未來的NB-IoT網絡就成為了當下最熱門的話題。
根據我們的預計，未來中國移動的無線網絡將成為一個涵蓋900MHz、1800MHz以及A、F、E、D和C 共7個頻段，以及GSM、IoT/FDD、TD-SCDMA、TD-LTE和NR（5G）共5個系統的多層次無線網絡，建設及運營挑戰較大。無線網絡在演進過程中只有立足各頻段核心角色，高效建設、統籌部署，才能從容應對未來網絡發展的挑戰。而在今年的900M NB-IoT網絡建設中，就面臨著如何實現面向未來的高效建設的問題。
NB-IoT 900M網絡建設有獨立新建和與GSM共模建設兩種典型方案可選擇，它們的對比如下圖所示。
獨立新建方案：在現有網絡基礎上新增整套無線基站設備及天面（抱桿、天線），無法新增天線抱桿時，也會通過替換原有天線為多端口天線的方式實現與原有系統共用抱桿。但整體看，依然是新增了一套基站，天面資源占用也同時增加。
GSM共模建設方案：所謂共模是指同一射頻單元同時發射不同模式的網絡信號，實現多個模式的系統共用同一射頻單元RRU以及天線、饋線等資源，不增加天面資源的占用。形象地說，共建方案可實現“1+N=1”，即1個頻段+多個系統=1個硬件。
方案對比 1：建網難度與時長
共模建設時，可充分復用現有GSM天線，極大降低部署難度。特別是對于現有GSM RRU已經具備支持NB-IoT/FDD能力的情況，僅需增加一塊基帶板、一根光纖（用于連接基帶和射頻單元），即可完成共模升級，工程用時小于1個小時。而如果采取獨立新建方案，在需要新增基帶板、射頻硬件、天線、光纖或者饋線/跳線等，工程用時需要1-2天。
方案對比2：鐵塔租金和電費
①鐵塔租金計費：每新增一套系統（3副天線+3個RRU）加收單站租金30%。如果使用多端口天線利舊抱桿，只新增3個RRU的情況加收租金20%
以中國移動現網平均單站年租金~3萬元測算。相比共模建設方案，純新建方案要多交租金6000~9000元/年/站
共模建設方式由于不需要付額外的鐵塔租金，相比獨立新建方式，每個基站可以節省3萬~4.5萬元（5年）的運維費用。
②電費差異：每個基站3個RRU的功耗是基站能耗最大的部分，就凈功耗（無業務發射時的功耗）對比分析，由于在共模方式下可實現多個系統共享，因此可比獨立新建方式節省大量基站能耗和電費。
根據現網基站功耗情況及NB-IoT設備功耗計算，采用共模方案每年可節省電費約8000~12000元/站 （電費按1元/度計算），5年可節省電費4萬~6萬元。
因此，采用共模建設方式，單站的鐵塔租金和電費的節省可達7萬~10.5萬元（5年）
方案對比3：基站設備及天線投資
共模方式建設，一方面可以利舊GSM現網已經具備多模能力的RRU，節省設備投資成本，另一方面，可實現與GSM復用天線端口，大幅節省天線投資，具體分析如下面表格所示。
總結
NB-IoT 900M網絡采用與GSM共模建設的方式，可為中國移動節省巨大投資及運維成本，有利于網絡運營的可持續發展，并為未來網絡演進打好基礎。
900MHz GSM/FDD/IoT共模方式下，網絡建設的CAPEX和后期運營維護的OPEX雙雙得到大幅節省：在OPEX方面，硬件已經具備，可通過利舊RRU和復用天線端口，大量節省主設備投資；在CAPEX方面，因不用新增天面而節省了站點天面租金，1套硬件多個系統的方式大幅提升了NB-IoT能耗效率，新增添的能耗更節省的硬件更是提升了節能收益。
900MHz GSM/FDD/NB-IoT共模方式將助力中國移動高效建設面向未來的網絡：第一，快速投資，共模建設充分利用現有站址資源，部署速度比新建快3倍以上，輕松應對市場競爭；第二，投資高效， 共模方案的總體擁有成本比新建低一半以上，5年的運維費用節省可以買一個新站；第三，綠色節能，共模方案比新建方式節能40%~65%可實現GSM/FDD/NB-IoT多網節能。
此外，G/N/F共模方案還可更好地支持網絡技術平滑演進，實現資產保值增值。
由于以上突出的特點和優勢，在頻譜重耕的網絡演進中，共模方案被全球運營商所廣泛采用，以實現高效的網絡建設運營。其中，愛立信憑借成熟的方案和卓越的能力，為全球幾十家客戶提供GSM共模方案。
隨著3G時代的到來，未來兩年內移動終端身份識別SIM卡會向三個方面發展：其一：高安全的身份識別平臺；其二：非接觸移動支付平臺；其三：大容量多應用平臺。在移動互聯網進入內容為王的時代，移動支付成為一個必然的趨勢，SIM卡必然隨著這兩個趨勢的要求，向NFC非接觸移動支付及大容量方向發展，最終會融合到一起，成為真正的多應用平臺。
隨著3G時代的到來，未來兩年內移動終端身份識別SIM卡會向三個方面發展：其一：高安全的身份識別平臺；其二：非接觸移動支付平臺；其三：大容量多應用平臺。在移動互聯網進入內容為王的時代，移動支付成為一個必然的趨勢，SIM卡必然隨著這兩個趨勢的要求，向NFC非接觸移動支付及大容量方向發展，最終會融合到一起，成為真正的多應用平臺。
據深度了解，中國移動早在2006年就曾展示其“手機門票”服務，直到此次上海世博會，中國移動借此實現了該業務的大規模商業推廣，從而也成為目前國內三大電信運營商中首家展開該業務的先行者。這無疑將為中國移動未來在該領域的競爭搶得先機，而以“手機門票”為代表的電子銷售渠道，恰恰是未來電信運營商爭奪的一個巨大市場。另外的兩家電信運營商中國聯通和中國電信也在積極規劃并展開非接移動支付的試點工作。
國際NFC 組織于2004年成立，目前國際手機、電信、智能卡大廠幾乎都是會員，上海華虹于2007年底正式加入該組織，同年上海華虹積極展開NFC-SIM的市場調研及概念性產品的預研工作。在非接觸移動支付產業化過程中，上海華虹積極推動并參與如下標準制定以及NFC-SIM芯片實際應用測試聯調：08年下半年，上海華虹參與世博會手機票標準規范起草制度；09年2月，上海華虹牽頭制定手機票測試規范及測試腳本；09年4月～5月，上海華虹非接觸移動支付產品參與中國移動外系統聯調測試及端到端業務功能測試。
目前上海華虹已具備了高端SIM卡芯片的設計技術， 以及相關產品的研發能力，2008年中完成以ARM SC100 32位CPU為核心內嵌384KB高可靠性Flash 3G高端SIM卡產品的量產投片，同年12月產品開始批量供貨，在此高端產品的設計及量產基礎上，上海華虹進行了大量非接移動支付市場和技術的調研及產品定義，并于2008年底完成國內第一顆高端NFC-SIM芯片的量產投片。圖1為上海華虹設計高端NFC-SIM的系統結構框圖。
圖1 NFC-SIM芯片系統架構
該芯片具有以下特點：
1） 全新的單線協議（SWP）IP設計實現，以支持最新的NFC移動支付架構，芯片實際測試SWP的傳輸速率為1.33Mbps；
2） 豐富的內部定時器，支持更高的SWP LDPU的傳輸速率；
3） 高安全設計；
4） 芯片在NFC系統饋電模式下應用的支持（低功耗設計和芯片架構設計支持）；
5） 低功耗設計；
6） 采用高性能、高可靠性嵌入式Flash（384KB Flash）及大量RAM同時滿足JAVA運行的資源和速度要求。
7） 為加快系統的處理響應速度，有如下設計創新：將ARM中斷改為向量中斷，確保中斷響應時間最短；硬件支持多級中斷優先級嵌套；
8） 豐富的IO接口設計：SPI、GPIO、 7816， SWP；
9） 雙芯片疊片封裝；
10） 復雜的軟件系統支持。
實現手機移動支付，手機SIM卡需采用專門NFC-SIM卡，在SIM卡中分出金融區域，用于銀行金融應用。同時手機需要做相應的改造以支持NFC。持卡人獲得支持NFC支付的手機和NFC-SIM卡后，通過手機遠程激活金融區域，下載應用程序。完成激活后，SIM卡中的金融區域即具有芯片信用卡的功能。手機NFC方式支付時，與芯片信用卡非接觸式支付相同。手機遠程支付時，采用銀行提供的WAP手機銀行、短信手機銀行模式。
支持近場通信的用戶卡（NFC-SIM）通過C6管腳與近場通信芯片相連，以保證近場通信芯片與用戶卡之間的通信，參見圖2。非接觸移動支付終端（支持NFC-SIM手機）的硬件結構如圖3所示，由近場通信模塊、無線通信模塊、主控制器、SIM卡模塊、輸出、輸入、存儲、外部接口組成，移動臺中的近場通信模塊通過單線通信協議與SIM卡之間進行通信。
SIM卡存放用戶密鑰，存放用戶的各種近場通信應用。其中：
1、 近場通信模塊：實現近場通信三種工作模式，傳輸應用數據至SIM卡或主控制器；
2、 無線通信模塊：完成移動臺的通信功能，提供數據傳輸信道；
3、 主控制器：控制移動臺中的各種應用，控制近場通信模塊工作模式的轉換；
4、 SIM卡模塊：對SIM卡進行管理；
5、 輸出：對文字和視頻進行顯示，播放聲音；
6、 輸入：外部信息的輸入；
7、 存儲：存儲移動臺運行過程中的信息，存放用戶文件；
8、 外部接口：終端與外設的交互通道；
10、 單線通信協議：連接移動臺中的近場通信芯片與SIM卡，通過此協議可以實現SIM卡中的非接觸式應用； SIM卡需要提供一個管腳支持。
SWP接口與手機終端兼容性的聯合調試
1） 技術風險：由于SWP通信協議同樣正處于協議的修改和完善階段，國際NFC標準化組織目前所發布的適合非接移動支付芯片通信接口SWP7.6版本剛剛發布，因此在SIM卡與手機終端聯合調試過程中存在一定的設計風險，由于目前提供CLF主控芯片的廠商只有Inside一家，存在SIM卡與手機之間通信上的兼容性問題以及更多的設計上不確定因素。
2） 規避風險對策：目前上海華虹研究并熟悉SWP通信協議，同時在FPGA DEMO2.0上進行協議功能以及兼容性方面的驗證已經通過，上海華虹已經同中興手機事業部聯合驗證開展NFC手機與非接移動支付芯片之間通信的功能及兼容性測試合作。同時已經在SWP的協議分析儀TC3上測試SWP模塊設計的兼容性。
系統中斷的快速響應與處理
1） 技術風險：芯片內中斷系統設計直接影響系統的性能，對于非接移動支付芯片來說中斷的優先級排隊、中斷的響應時間、及中斷的處理速度，直接影響RTOS的運行速度及多任務的處理性能。從目前的非接移動支付產品定義來看至少包含兩個通信接口，ISO7816/SWP兩個接口同時并行工作，并且CPU對兩個接口協議棧的處理采取中斷優先級加時間片的管理方式，如果系統中斷設計得不合理，直接的風險便是系統無法滿足非接移動支付芯片的應用需求。
2） 規避風險對策：上海華虹設計32位設計平臺采用高性能中斷控制器，同時在系統設計之處，采用了高性能體系結構設計方案，并經過詳細的系統性能方面的靜態計算與分析研究。確保中斷優先級定義滿足非接移動支付芯片的實際應用需求。
工商網監
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