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5分钟看懂NB-IoT技术

  最近三大运营商和媒体都在谈论NB-IoT,究竟这项技术为什么这么受关注,这个技术究竟能用来干什么?这篇文章让您在5分钟之内看懂NB-IoT。

  NB-IoT是什么

  为了应对日渐强烈的物联网需求,于是国际移动通信标准化组织3GPP决定制订一个新的蜂窝物联网(CIOT:Cellular Internet of Thing)的标准。

  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。

  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。

  

 

  CIoT接入网架构图

  CIoT的接入网构架与LTE一样,没有改变。eNB同样是通过S1接口连接到MME(Mobility Management Entity)和S-GW(Serving GateWay)。如果要说CIoT接入网与LTE有何不同,那就是S1接口上传送的是NB-IoT消息和数据。

  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,我相信NB-IoT技术一定会成为物联网领域的最主流技术。

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