聶 娟

（中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所凱爾實(shí)驗(yàn)室，廣州 510310）

1 引言

NB-IoT定義蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的無線接入，在很大程度上基于非后向兼容的E-UTRA，增強(qiáng)室內(nèi)覆蓋，支持大量的低吞吐量設(shè)備，延遲敏感度低、超低成本，低功耗網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。2017年全球?qū)褂?4億個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備每天將有550萬個設(shè)備連網(wǎng)，“萬物互聯(lián)”實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)之一在于數(shù)據(jù)的傳輸，不同的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)傳輸能力和實(shí)時性都有著不同要求。

2 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求

根據(jù)傳輸速率的不同，可將物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行高、中、低速的區(qū)分。

2.1 高速率業(yè)務(wù)

主要使用3G、4G、5G技術(shù)，例如車載物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和監(jiān)控?cái)z像頭，對應(yīng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)要求實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 中等速率業(yè)務(wù)

主要使用GPRS技術(shù)，例如居民小區(qū)或超市的儲物柜，使用頻率高但并非實(shí)時使用，對網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求遠(yuǎn)不及高速率業(yè)務(wù)。

2.3 低速率業(yè)務(wù)

業(yè)界將低速率業(yè)務(wù)市場歸納為LPWAN（Low Power Wide Area Network）市場，即低功耗廣域網(wǎng)。

3 NB-IoT的優(yōu)勢

3.1 強(qiáng)鏈接

在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。200kHz頻率下，NB-IoT基站可以提供10萬個連接，支持低延時、敏感度超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。舉例來說，受限于帶寬，運(yùn)營商給家庭中每個路由器僅開放8-16個接入口，而一個家庭中往往有多部手機(jī)、筆記本、平板電腦，未來要想實(shí)現(xiàn)全屋智能、上百種傳感設(shè)備需要聯(lián)網(wǎng)就成了一個棘手的難題。而NB-IoT足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設(shè)備聯(lián)網(wǎng)需求。

3.2 高覆蓋

相對于原來GPRS系統(tǒng)，增加20dB的信號增益，如果按照覆蓋面積計(jì)算，一個基站可以提供10倍的覆蓋面積。僅可以滿足農(nóng)村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區(qū)、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應(yīng)用同樣適用。以井蓋監(jiān)測為例，過去GPRS的方式需要伸出一根天線，車輛來往極易損壞，而NB-IoT只要部署得當(dāng)，可以很好的解決這一難題。

3.3 低功耗

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備，它們不可能像智能手機(jī)一天一充電，長達(dá)幾年的電池使用壽命是最本質(zhì)的需求。NB-IoT比起GPRS來說，最大的特點(diǎn)是低功耗。除了本身NB-IoT的傳輸速率比較低以外，NB-IoT引入了eDRX省電技術(shù)和PSM省電模式，也是省電的主要原因。在PSM模式下，NB-IoT終端仍舊注冊在網(wǎng)，但不接受信令，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達(dá)到省電的目的。另外eDRX省電技術(shù)延長終端在空閑模式下的睡眠周期，減少信號接收單元不必要的啟動。總的來說，這些措施就是讓終端的睡眠時間更多，睡眠質(zhì)量更好，從而功耗也就更低。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，基本可以獨(dú)立工作十年，而不需要充電。

3.4 低成本

NB-IoT基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或者LTE網(wǎng)絡(luò)，無需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的。就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IoT的同時部署。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來低成本優(yōu)勢。模塊預(yù)期價格不超過5美元。

4 NB-IoT的產(chǎn)業(yè)鏈

相對于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)比較龐大，對于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，目前已形成從“底層芯片—模組—終端—運(yùn)營商—應(yīng)用”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。而其中，芯片在NB-IoT整個產(chǎn)業(yè)鏈中處于基礎(chǔ)核心地位，現(xiàn)在幾乎所有主流的芯片和模組廠商都有明確的NB-IoT支持計(jì)劃?，F(xiàn)階段運(yùn)營商已開始鋪設(shè)設(shè)備。

5 NB-IoT業(yè)務(wù)

NB-IoT技術(shù)可滿足對低功耗/長待機(jī)、深覆蓋、大容量有所要求的低速率業(yè)務(wù)；同時由于對于移動性支持較差，更適合靜態(tài)業(yè)務(wù)場景或非連續(xù)移動、實(shí)時傳輸數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)場景，并且業(yè)務(wù)對時延低敏感，可以考慮的業(yè)務(wù)類型如下：

（1）自主異常報告業(yè)務(wù)類型。如煙霧報警探測器、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），周期多以年、月為單位。

（2）自主周期報告業(yè)務(wù)類型。如智能公用事業(yè)（煤氣/水/電）測量報告、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），周期多以天、小時為單位。

（3）網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型。如開啟/關(guān)閉、設(shè)備觸發(fā)發(fā)送上行報告、請求抄表，下行極小數(shù)據(jù)量需求（十字節(jié)量級），周期多以天、小時為單位。

（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），周期多以天、小時為單位。

6 結(jié)束語

目前全球是一個多制式多系統(tǒng)共存的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，運(yùn)營商部署NB-IoT系統(tǒng)時，勢必面臨NB-IoT與現(xiàn)有多中系統(tǒng)鄰頻共存的場景，由于射頻器件的非線性等因素，這些不同系統(tǒng)間將可能產(chǎn)生一定的相互干擾，造成系統(tǒng)性能損失。

NB-IoT是技術(shù)演進(jìn)和市場競爭的綜合產(chǎn)物，由于未來的市場被一致看好，標(biāo)準(zhǔn)也仍在加速制定中。NB-IoT將被廣泛應(yīng)用在不同的行業(yè)，并就此開啟萬物互連的新領(lǐng)域、新時代。

[1] 戴博，袁戈非，余媛芳.窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵技術(shù).北京：中國工信出版集團(tuán) 人民郵電出版社.