一、發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)繁多，從傳輸距離上可劃分成兩類：第一類是短距離通信技術(shù)，例如ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth等，典型的應(yīng)用場(chǎng)合如智能家居；第二類是低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network, LPWAN)，典型的應(yīng)用為智能抄表系統(tǒng)。LPWAN技術(shù)又可根據(jù)工作頻段分為兩類：一類工作在非授權(quán)頻段，如Lora、SigFox等，此類技術(shù)無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，自定義實(shí)現(xiàn)；工作于授權(quán)頻段下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術(shù)，如全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication , GSM)、長(zhǎng)期演進(jìn)(Long Term Evolution, LTE)和基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)等。

2014年5月，華為聯(lián)合沃達(dá)豐在3GPP的GSM/EDGD無(wú)線接入網(wǎng)(GSM EDGE Radio Access Network, GERAN)研究項(xiàng)目中提出NB-M2M技術(shù)。同年，高通公司提交了窄帶正交頻分復(fù)用(Narrow Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing, NB-OFDM)技術(shù)。2015年5月，NB-M2M與NB-OFDM合并為NB-CIoT。7月，愛(ài)立信提出NB-LTE方案。2015年9月的RAN#69次會(huì)議經(jīng)過(guò)激烈討論，最終將NB-CIoT與NB-LTE進(jìn)一步融合，并重新命名為NB-IoT。

2016年6月16日，NB-IoT作為3GPP R13一項(xiàng)重要課題，其對(duì)應(yīng)的3GPP協(xié)議相關(guān)內(nèi)容獲得了RAN全會(huì)批準(zhǔn)，正式宣告了這項(xiàng)受到無(wú)線產(chǎn)業(yè)廣泛支持的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議歷經(jīng)2年多的研究終于全部完成。

二、標(biāo)準(zhǔn)特性

一、靈活部署、窄帶、低速率、低成本、高容量
NB-Io支持三種部署方式：獨(dú)立部署(Stand alone)、保護(hù)帶部署(Guard band)、帶內(nèi)部署(In band)，如圖1所示。Stand alone模式：可以利用單獨(dú)的頻帶，適合用于GSM頻段的重耕；Guard band模式：可以利用LTE系統(tǒng)中邊緣無(wú)用頻帶；In band模式：可以利用LTE載波中間的任何資源塊。對(duì)于In band模式來(lái)說(shuō)，NB-IoT無(wú)限接近于LTE資源塊，為了避免干擾，3GPP要求NB-IoT信號(hào)的功率譜密度與LTE信號(hào)的功率譜密度不得超過(guò)6dB。

- RF帶寬180kHz(上行/下行)(考慮兩邊保護(hù)帶，也被描述為200kHz);
- 下行:OFDMA, 子載波間隔15kHz;
- 上行:SC-FDMA, Single-tone:3.75kHz/15kHz，Multi-tone:15kHz;
- 僅需支持半雙工; 終端支持對(duì)Single-tone和Multi-tone能力的指示;
- MAC/RLC/PDCP/RRC層處理基于已有的LTE流程和協(xié)議，物理層進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化;
- 設(shè)計(jì)單獨(dú)的同步信號(hào);

二、覆蓋增強(qiáng)、低時(shí)延敏感
根據(jù)TR45.820的仿真數(shù)據(jù)，可以確定在獨(dú)立部署方式下，NB-IoT覆蓋能力應(yīng)也可達(dá)164dB，帶內(nèi)部署和保護(hù)帶部署還有待仿真測(cè)試。NB-IoT為實(shí)現(xiàn)覆蓋增強(qiáng)采用了重傳(可達(dá)200次)和低階調(diào)制等機(jī)制，目前是否NB-IoT不需支持16QAM仍在被討論中。
同時(shí)在耦合耗損達(dá)164dB的環(huán)境下，如果提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，由于大量數(shù)據(jù)重傳將導(dǎo)致時(shí)延增加，TR45.820中仿真測(cè)試了異常報(bào)告業(yè)務(wù)場(chǎng)景、保證99%可靠性、不同耦合耗損環(huán)境下的時(shí)延(區(qū)分有無(wú)頭壓縮)。目前3GPP IoT設(shè)想允許時(shí)延約為10s，但實(shí)際可以支持更低時(shí)延，如6s左右(最大耦合耗損環(huán)境)。

三、不支持連接態(tài)的移動(dòng)性管理
NB-IoT最初就被設(shè)想為適用于移動(dòng)性支持不強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)景(如智能抄表、智能停車)，同時(shí)也可簡(jiǎn)化終端的復(fù)雜度、降低終端功耗，Rel-13中NB-IoT將不支持連接態(tài)的移動(dòng)性管理，包括相關(guān)測(cè)量、測(cè)量報(bào)告、切換等。

四、低功耗
NB-IoT借助節(jié)電模式(Power Saving Mode, PSM)和超長(zhǎng)非連續(xù)接收(Enhanced Discontinuous Reception, eDRX)可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)。其中PSM技術(shù)是Rel-12中新增的功能，在此模式下，終端仍舊注冊(cè)在網(wǎng)但信令不可達(dá)，從而使終端更長(zhǎng)時(shí)間駐留在深睡眠以達(dá)到省電的目的。eDRX是Rel-13中新增的功能，進(jìn)一步延長(zhǎng)終端在空閑模式下的睡眠周期，減少接收單元不必要的啟動(dòng)，相對(duì)于PSM，大幅度提升了下行可達(dá)性。NB-IoT目標(biāo)是對(duì)于典型的低速率、低頻次業(yè)務(wù)模型，等容量電池壽命可達(dá)10年以上。

三、NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，覆蓋面積擴(kuò)大了100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年；四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個(gè)接連模塊不超過(guò)5美元。

考慮NB-IoT的特性，此標(biāo)準(zhǔn)可可滿足對(duì)低功耗/長(zhǎng)待機(jī)、深覆蓋、大容量有所要求的低速率業(yè)務(wù)；同時(shí)由于對(duì)于移動(dòng)性支持較差，更適合靜態(tài)業(yè)務(wù)場(chǎng)景或非連續(xù)移動(dòng)、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，并且業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延低敏感?？煽紤]的業(yè)務(wù)類型如下：

1) 自主異常報(bào)告業(yè)務(wù)類型。如煙霧報(bào)警探測(cè)器、智能電表停電的通知等，上行數(shù)據(jù)極小數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級(jí)），周期多以年、月為單位。
2) 自主周期報(bào)告業(yè)務(wù)類型。如智能公用事業(yè)（煤氣/水/電）測(cè)量報(bào)告、智能農(nóng)業(yè)、智能環(huán)境等，上行較小數(shù)據(jù)量需求（百字節(jié)量級(jí)），周期多以天、小時(shí)為單位。
3) 網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型。如開(kāi)啟/關(guān)閉、設(shè)備觸發(fā)發(fā)送上行報(bào)告、請(qǐng)求抄表，下行極小數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級(jí)），周期多以天、小時(shí)為單位。
4) 軟件更新業(yè)務(wù)類型。如軟件補(bǔ)丁/更新，上行下行較大數(shù)據(jù)量需求（千字節(jié)量級(jí)），周期多以天、小時(shí)為單位。

迄今為止，華為已聯(lián)合全球多家運(yùn)營(yíng)商在中國(guó)、德國(guó)、西班牙、阿聯(lián)酋等國(guó)共同完成了基于NB-IoT技術(shù)的智能水表、智能停車、智能垃圾箱業(yè)務(wù)的功能驗(yàn)證。其中沃達(dá)豐和華為于2015年底在西班牙完成了NB-IoT預(yù)標(biāo)準(zhǔn)的第一個(gè)試商用測(cè)試，成功地將NB-IoT技術(shù)整合到沃達(dá)豐現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)送NB-IoT消息給水表中的物聯(lián)網(wǎng)模塊，水表的放置環(huán)境通常在壁櫥等隱蔽環(huán)境，且水表無(wú)法外接電源，NB-IoT可有效解決覆蓋及功耗等問(wèn)題。

2016年世界移動(dòng)大會(huì)上，英特爾與愛(ài)立信聯(lián)合中移動(dòng)推了NB-IoT智能家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它采用了英特爾最新的NB-IoT芯片（XMM7115）。并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到環(huán)境的PM值、溫度、濕度、光感亮度等。中興通訊推出了基于NB-IoT技術(shù)的智能市政下水道管理系統(tǒng)，各種信息直接傳到中興手機(jī)上。

另外，華為和上海聯(lián)通也提出了基于NB-IoT技術(shù)的智能停車解決方案，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)演示，展示了基于NB-IoT這一新興物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用探索已經(jīng)啟動(dòng)。此前，上海聯(lián)通與華為合作建設(shè)了全球首個(gè)基于 4.5G NB-IoT的大規(guī)模連續(xù)覆蓋區(qū)域—-上海國(guó)際旅游度假區(qū)，并率先在P1停車場(chǎng)部署了300多個(gè)基于NB-IoT技術(shù)的智能車檢器，并提供從終端，基站，服務(wù)器，手機(jī)應(yīng)用的端到端智能停車方案。用戶可以在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)車位查詢、預(yù)定、導(dǎo)航、移動(dòng)支付以及停車場(chǎng)管理等功能，解決了游客找車位難的問(wèn)題，并一定程度緩解了交通擁堵。

四、面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

NB-IoT相較于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著自身的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)，其仍舊有著自身的局限性。根據(jù)TR45.820中典型業(yè)務(wù)模型下的仿真測(cè)試數(shù)據(jù)，單小區(qū)可支持10萬(wàn)個(gè)NB-IoT終端接入。但是，這種純中心的網(wǎng)絡(luò)管理方式，可能會(huì)造成過(guò)長(zhǎng)的輪詢周期，像物聯(lián)網(wǎng)這種高密度網(wǎng)絡(luò)不一定適合采用中心管理模式，輪詢一遍的時(shí)間成本可能令系統(tǒng)承受。物聯(lián)網(wǎng)采用分層模式可能會(huì)效率更高。

無(wú)線抄表始終都會(huì)面臨一個(gè)問(wèn)題，就是信號(hào)覆蓋問(wèn)題。面對(duì)無(wú)信號(hào)覆蓋或者信號(hào)受干擾的情況，無(wú)線抄表即使優(yōu)點(diǎn)再多也無(wú)用武之地。而且，我國(guó)國(guó)網(wǎng)已經(jīng)基本完成了智能電表的改造，采用的是電力線載波通信(Power Line Communication, PLC)技術(shù)。智能電表行業(yè)已經(jīng)被PLC占據(jù)，NB-IoT基本沒(méi)有機(jī)會(huì)。目前，智能電表的需求也僅僅只是，若將來(lái)實(shí)施實(shí)時(shí)收費(fèi)，NB-IoT技術(shù)恐怕不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。現(xiàn)有的水表和氣表市場(chǎng)也面臨著國(guó)網(wǎng)PLC和雙模技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)網(wǎng)在積極的推進(jìn)電、水、熱、氣四表合一事項(xiàng)，未來(lái)NB-IoT到底在抄表市場(chǎng)能夠分的多少市場(chǎng)份額實(shí)際上具備很大的未知數(shù)。

此外，成本價(jià)格可能成為NB-IoT發(fā)展的阻礙。在成本方面，NB-IoT模組成本未來(lái)有望降至5美元之內(nèi)，但目前支持藍(lán)牙、ZigBee等標(biāo)準(zhǔn)的芯片價(jià)格僅在2美元左右，僅支持其中一種標(biāo)準(zhǔn)的芯片價(jià)格不到1美元。巨大的價(jià)格差距無(wú)疑將讓企業(yè)部署NB-IoT產(chǎn)生顧慮。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于試驗(yàn)和示范性探索階段，規(guī)?；瘧?yīng)用少，創(chuàng)新活力不足。現(xiàn)階段主要是運(yùn)營(yíng)商，華為、愛(ài)立信等設(shè)備制造商，高通等芯片供應(yīng)商為代表的供應(yīng)方比較熱情，而需求方的應(yīng)用主體，如水電氣公共服務(wù)提供行業(yè)還沒(méi)熱絡(luò)起來(lái)。

據(jù)相關(guān)專家的猜測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)將會(huì)在2018至2019年因?yàn)镹B-IoT技術(shù)和其芯片的商業(yè)化迎來(lái)再一次的熱潮。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈窄带物联网（NB-IoT）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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