李春旭 王文成 劉冰婷

【摘要】? ? NB-IoT是近年來新興的物聯(lián)網技術，其網絡技術特點在于其網絡層。因為其覆蓋更加廣闊、功耗更加節(jié)省、工作于授權頻譜等無可比擬的優(yōu)點在眾多低功耗廣域網技術中脫穎而出。本文首先介紹了NB-IoT技術發(fā)展背景及其基本概念，詳細闡述了NB-IoT特點和優(yōu)勢，文末描述了NB-IoT廣泛應用及發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】? ? NB-IoT? ? 窄帶物聯(lián)網? ? 蜂窩網絡? ? 智能

一、發(fā)展背景

傳統(tǒng)移動通信是人與人之間的通信，隨著時代發(fā)展移動通信的定義也在不斷的改變，萬物之間的連接才是發(fā)展必然趨勢。然而，當前的移動通信網絡在萬物互聯(lián)的能力上略顯不足。實際上，相對于ZigBee、藍牙等技術，移動蜂窩網絡在覆蓋能力、可移動性以及連接數量等指標更具優(yōu)勢，能為NB-IoT帶來更加多樣化的應用場景，是物聯(lián)網的主要連接技術。窄帶物聯(lián)網技術是物聯(lián)網技術的重要技術成分，由于其具有功率損耗低、覆蓋面積廣、投資成本低、連接設備數大等特點，在無線網絡通信中已成為重要組成部分。

二、NB-IoT 概述

NB-IOT是由3GPP標準化組織定義的一種技術標準，是構建于蜂窩通信的窄帶物聯(lián)網。NB-IOT技術只消耗大約180KHZ的帶寬，可支持帶內網絡部署，網絡保護帶內部署和獨立部署等三種方式，并可以與現(xiàn)網并存。為了節(jié)省部署成本，NB-IOT可在現(xiàn)有GSM、LTE網絡基礎之上實現(xiàn)直接部署。與傳統(tǒng)物聯(lián)網技術相比，NB-IoT具有較強的兼容性，以新的技術形式構建在蜂窩無線網技術之上，這樣能夠更好的解決在NB-IoT技術應用過程中室內信號覆蓋不足的問題。NB-IOT技術支持接入各種分辨率的終端，可滿足低時延的技術要求，可有效節(jié)約建設成本，并且進一步改進網絡的組網架構。

NB-IoT逐步演進，于2020年7月正式寫入5G標準。2014年5月華為、Vodafone提出了窄帶技術NB M2M;2015年9月，在3GPP第69次RAN全會上，“NB-CIoT”和“NB-LTE”2個技術規(guī)范融合為NB-IoT;2016年6月，NB-IoT獲得國際組織3GPP通過，標志著NB-IoT商用化開始;2020年7月，ITU-R WP5D會議上，NB-IoT正式成為5G標準。

三、NB-IoT特點與關鍵技術研究

3.1 超低功耗

設備的功率損耗是NB-IoT技術應用一項重要指標，尤其對于一些不便常換電池的終端設備，如安裝在偏遠地區(qū)的各種傳感類設備、監(jiān)測類設備等，它們的電池使用壽命需求長達幾年。而NB-IoT終端設備可以控制自身休眠和工作的狀態(tài)，低功耗特性結合多種節(jié)電技術，終端設備待機時長達十年之久。

（1）PSM模式：在idle（空閑態(tài)下）增加PSM態(tài)，終端設備幾乎為關機狀態(tài)，處于休眠模式，定時器可控制呼醒狀態(tài)，從而實現(xiàn)設備的低功耗;

根據上圖分析可知如果上傳周期TUA為10分鐘，設備每周上傳一次數據，兩節(jié)5號電池可以用132個月之久。

2、eDRX：增強型非連續(xù)接收模式，延長了DXR的周期，實現(xiàn)更長的尋呼周期，以達到省電的目的。

3.2 超大連接

NB-IoT占用的傳輸帶寬比LTE少了很多，由于NB-IoT在總的帶寬資源一定的情況下，NB-IoT接入的設備數量較多，所以NB-IoT技術資源利用率更高。通過測試發(fā)現(xiàn)，在相同基站相同業(yè)務帶寬的情況下，相比于傳統(tǒng)網絡，NB-IoT通信技術可以提供百倍的連接數量，真是實現(xiàn)萬物互聯(lián)所必須的海量連接。據統(tǒng)計當前NB-IoT網絡單個基站可接入約5-10萬個終端設備。

3.3 超低成本

從網絡建設看， NB-IoT可以直接在現(xiàn)有網絡的基礎上改造升級，這樣可以大大降低了NB-IoT網絡建設成本。以現(xiàn)網900MHz網絡升級為例，只需在帶寬上退出180KHz，就可以將現(xiàn)網直接升級為NB-IoT網絡。在物聯(lián)網設備及芯片組成方面，設備成本及芯片成本較低，因此，NB-IoT網絡在現(xiàn)網升級改造過程中具有改造成本低的優(yōu)勢，同時物聯(lián)網的低速率運行、低功率消耗及低帶寬資源設計也給NB-IoT設備芯片以及模塊帶來低成本優(yōu)勢。

3.4 超廣覆蓋

NB-IoT技術通過時域重傳技術和提升功率譜密度，相比現(xiàn)有的GSM網提升了20dB的MCL（傳送數據時，設備和基站的天線端口之間的最大總信道損耗，MCL值越大，鏈接越強大，覆蓋范圍越廣），信號的傳輸覆蓋范圍更大，穿透能力相當于比GSM網絡多穿透兩堵墻，能覆蓋到深層地下GSM網絡無法覆蓋到的地方。

（1）物聯(lián)網通過在時域上重傳技術來改善傳輸過程中的數據有效性，NB-IoT通過重復數據傳輸實現(xiàn)時間上的分集，從而提高了傳輸數據的有效性，物聯(lián)網的時域重傳技術能夠提高9dB--12dB的上下行增益。

（2）物聯(lián)網通過將180KHZ的帶寬資源分為不同個15KHZ的子載波資源用來提升功率譜密度，通過增加物聯(lián)網的功率譜密度，并采用子載波傳輸信息的方式，提高了信號解調效率，提高了信號的傳播距離及信號的穿透能力。

四、NB-IoT廣泛應用與未來發(fā)展趨勢

隨著物聯(lián)網產業(yè)的發(fā)展，NB-IoT得到全面的應用，但在近幾年的發(fā)展中，智慧城市、工業(yè)物聯(lián)網等領域進一步推動NB-IoT的需求和發(fā)展。特別是在智能定位、智能告警、智能控制、電池監(jiān)控、智能拉桿箱、智能共享單車智能路燈等智能設備領域體現(xiàn)尤為突出據咨詢公司MarketsandMarkets的報告中稱，NB-IoT模組2020年市場規(guī)模將達到4.61億美元，預計2025年將達到24.84億美元，年復合增長率為40%。

在2020年7月9日結束的ITU-R WP5D會議上，ITU做出重大決議：中國和3GPP提交的NB-IoT技術正式成為5G標準。這意味著NB-IoT技術明確成為5G低功耗廣域網場景應用首選，當前部署的NB-IoT終端，可平滑接入5G網絡;業(yè)界在NB-IoT生態(tài)的投資，將被保護，并且將持續(xù)發(fā)揮價值。NB-IoT納入ITU 5G標準，確保了未來10年投資，給行業(yè)吃了一顆定心丸，也意味著聯(lián)接數量和應用場景將持續(xù)擴展。面向未來十年，從以智慧氣表、智慧水表、智能煙感、智慧門鎖、智慧路燈為代表的放量市場，到以智慧家電、智慧工廠、消費電子為代表的新興市場，再到應急管理、監(jiān)控檢測等孵化市場，還有海量的“物”需要低成本、低速率、低功耗的5G NB-IoT來連接，與5G NR高速率連接一起共同推動全聯(lián)接的智能世界。

五、結語

隨著標準演進和技術不斷增強，NB-IoT應用還將進入到更多的行業(yè)，幫助千行百業(yè)提質降本增效，NB-IoT是5G物聯(lián)，在產業(yè)日趨成熟的背景下，以及政策支持、標準與技術持續(xù)演進下，5G NB-IoT將持續(xù)繁榮發(fā)展，為數字經濟發(fā)展注入新動能。

參? 考? 文? 獻

[1]張永強，高尚，石瑩，周萬珍.NB-IOT技術特性及應用.計算機技術與發(fā)展，2020第30卷第5期

[2]張福琦，劉禹佳.NB-IOT技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究.中國新通信， 2019第21卷第12期

[3]丁聰.論NB-IoT技術及應用前景.中國新通信， 2017.（20）