万物互联时代正在来临，大热的NB-IoT是什么？

万物互联时代正在来临，大热的NB-IoT是什么？

　　2015年9月份，全球通信业对共同形成一个低功耗、广域覆盖(LPWA)的物联网标准达成共识， NB-IoT标准应运而生。2017年，随着NB-IoT即将完成测试，正式进入商用阶段，业界对于它的关注度和讨论也是逐渐升温。

　　这个新标准要实现四个目标：

　　超强覆盖，相对于原来GPRS系统，增加20dB的信号增益

　　超低功耗，终端节点要能达到10年的电池寿命

　　超低成本，终端芯片的目标定价为1美元，模块定价为2美元

　　超大连接，200kHz小区容量可达100k用户设备

　　针对这些目标，很多通信公司及运营商都提出了自己设计的空中接口的建议方案，希望被3GPP标准化组织采纳为正式标准。在2015年9月的RAN #69会议上，经过一番激烈PK，最终确定了蜂窝物联网的空中接口方案为NB-IoT。

　　这个NB-IoT空口标准是由华为、高通、沃达丰主导的NB-CloT建议以及爱立信、诺基亚主导的NB-LTE建议融合而成，其中NB-CIoT的成分要更多一些，换句话说就是华为和高通在NB-IoT领域所拥有的核心专利数量更多。

　　作为一项应用于低速率业务中的技术，NB-IoT的优势不难想象：

　　强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。举例来说，受限于带宽，运营商给家庭中每个路由器仅开放8-16个接入口，而一个家庭中往往有多部手机、笔记本、平板电脑，未来要想实现全屋智能、上百种传感设备需要联网就成了一个棘手的难题。而NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

　　高覆盖：NB-IoT室内覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例，过去GPRS的方式需要伸出一根天线，车辆来往极易损坏，而NB-IoT只要部署得当，就可以很好的解决这一难题。

　　低功耗：低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

　　低成本：与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。模块预期价格不超过5美元。

　　NB-IoT关键知识点

　　NB-IoT是一个空中接口标准，这个标准主要是在终端与基站eNB之间的约定，包括物理层与数据链路层的一些设计规定。

　　考虑到与LTE的兼容性，NB-IoT标准与LTE的空口标准有很多相同或相似之处。比如NB-IoT沿用LTE定义的频段号，Release 13为NB-IoT指定了14个频段。

　　NB-IoT的多址技术，上行采用SC-FDMA，下行采用OFDMA;下行发射功率为43dBm, 上行为23dBm。调制方式以QPSK和BPSK为主。

　　Release 13 NB-IoT仅支持FDD半双工type-B模式，FDD意味着上行和下行在频率上分开，半双工意味着UE不会同时处理接收和发送。

　　NB-IoT如何实现低功耗

　　NB-IoT比起GPRS来说，最大的特点是低功耗。除了本身NB-IoT的传输速率比较低以外，NB-IoT引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，也是省电的主要原因。

　　在PSM模式下，NB-IoT终端仍旧注册在网，但不接受信令，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。

　　另外eDRX省电技术延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少信号接收单元不必要的启动。总的来说，这些措施就是让终端的睡眠时间更多，睡眠质量更好，从而功耗也就更低。

　　NB-IoT如何部署

　　NB-IoT占用180KHz带宽，这与在LTE帧结构中一个资源块的带宽是一样的。NB-IoT有以下三种可能的部署方式：

　　1)独立部署(Stand alone operation)

　　适用于重耕GSM频段。GSM的信道带宽为200KHz，这对NB-IoT 180KHz的带宽足够了，两边还留出来10KHz的保护间隔。

　　2)保护带部署(Guard band operation)

　　适用于LTE频段。利用LTE频段边缘的保护频带来部署NB-IoT。

　　3)带内部署(In-band operation)

　　适用于LTE频段。直接利用LTE载波中间的资源块来部署NB-IoT。

　　NB-IoT的应用

　　对于远距离高速数据传输，LTE网络以及未来的5G网络可以满足这方面的需求;而对于远距离低速数据传输，特别是非实时低频次数据传输，则是NB-IoT系统的用武之地。

　　NB-IoT非常适合应用于无线抄表(Metering)、传感跟踪(Sensor Tracking)这些领域，通过物联网技术在这些领域的实施，可以大大降低管理成本，让网络管理者可以随时掌握各种运营数据。

　　随着三大运营商在国内积极推进NB-IoT网络的基础设施建设，以及NB-IoT芯片的成本降低，我们将会看到越来越多NB-IoT的应用落地。

　　虽然NB-IoT技术面临着像LoRa技术的竞争，但在国内，相信NB-IoT技术一定会成为物联网领域的最主流技术。

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