NB-IoT为物联网产业发展开辟新道路

  

 

导读：物联网市场的飞速发展为运营商带来了崭新的方向，NB-IoT将是一把钥匙，助力运营商打开物联网市场。

       过去三十年里，移动通信经历了从语音业务到移动宽带数据业务的飞跃式发展，这不仅深刻改变了人们的生活方式，也极大地促进了社会和经济的飞速发展。当前4G LTE网络建设全面开展，5G已提上商用日程。相对于4G，5G的应用场景将更广泛，不仅包括传统的广覆盖、热点覆盖，还包括低功耗大连接场景。4.5G作为衔接4G和5G的重要阶段，在低功耗大连接场景方面进行了提前布局，引入了窄带物联网NB-IoT（Narrow Band-Internet of Things）技术。

 

现阶段物联网产业发展状况

 

       在蜂窝无线通信高速发展了近十余年的今天，人与人的通信发展已接近饱和，通信业亟待发掘新的增长点。物联网被普遍认为是一个拥有巨大潜力的商业蓝海，是电信行业几个值得期待的业务之一。移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联将是未来的必然趋势。       

图1  2010-2015年M2M连接数（数据来源：工信部）

 

       电信行业憧憬物联网市场已达10年之久，但传统物联网长期存在的碎片化严重阻碍了产业的发展。这些碎片化主要体现在：

• 技术碎片化：当前对于不同的网络和应用分别有不同的协议标准和操作系统；

• 应用碎片化：物联网可以应用在各行各业中，需求的多样化导致了终端形态与分布的差异化；

• 产业碎片化：芯片商、设备商、网络商各自为政，业界没有达成统一的认识。

       相对于传统的蜂窝网络，物联网本身也存在特有的需求。首先是终端低功耗，现有终端支持2G、3G、4G多种制式，包括话音、短信和数据传输业务，功率损耗大。而大多数物联网终端都需要低功率，防止终端频繁的更换电池。同时，需有较大的覆盖范围，现有蜂窝网络存在盲点和弱点，但物联网中很多潜在可连接的设备存在于偏远地区，离基站较远，现有网络不能满足网络覆盖的要求。此外，单扇区需支持大量终端，物联网未来的应用场景复杂，可连接的终端数量众多，单扇区终端连接数需要很高的要求。最后，终端成本要低，低成本可以实现终端快速部署，促进物联网在各行各业应用，使物理网垂直行业快速发展。

 

 

NB-IoT或将成为统一物联网产业的契机

 

       2015年9月，3GPP宣布对NB-IoT标准正式立项，并对NB-IoT的能力提出了具体的指标要求：深度覆盖，NB-IoT比现有GPRS网络提升20dB，支持单用户上下行至少160bps，覆盖面积扩大100倍；具备支撑海量连接的能力，一个NB-IOT扇区可支持5万个连接；更低功耗，5Wh的电池可供终端使用10年；时延上更灵活，对某些应用，上行的时延可放宽到10s。NB-IoT基于现有的4G LTE网络系统对物理层和高层做了大量的改进和优化，以满足3GPP的立项目标。

 

1.NB-IoT物理层方面

 

       与传统的4GLTE网络不同，NB-IoT系统带宽仅200kHz，传输带宽为180kHz，两侧各保留10K的保护带宽。这一方面可以提高系统的功率谱密度，另一方面可以更灵活的选择频点。物理层下行采用12个子载波，每个子载波间隔15kHz。物理层编码、调制和传输模式均有不同程度的简化。为降低终端功耗，减小终端处理的复杂度，下行不支持波束赋型与空分复用等较复杂的传输方式。物理层上行除常规的15kHz子载波间隔外，还增加了3.75kHz的子载波间隔，支持用户上行使用单子载波传输，以提升上行传输的功率谱密度，增加覆盖能力。同时3GPP在物理层上引入了重复传输的机制，通过重复传输的分集增益和合并增益来提升解调门限，这为上下行覆盖增强提供了强有力的支撑。

2.NB-IoT高层方面

 

       3GPP在高层方面主要是对现有的4G网络进行优化，以达到节省开销，降低终端功耗的目的。优化系统信息，通过延长系统信息有效的降低了上行随机接入、小区选择和重选的频次，降低终端功耗。优化空闲态，延长DRX的周期，扩大寻呼窗长，以进一步降低终端功耗，在空闲态情况下采用终端异频负载均衡，平衡小区之间的资源，达到更大的系统连接数。优化接入控制，通过覆盖增强对随机接入过程进行了优化，根据用户覆盖等级的不同调整用户随机接入次数。当终端出现状态异常时，可以优先接入系统，系统将优先进行故障排查定位。优化信令面，为节省业务面开销，支持控制面传输小数据的核心网方案。为进一步降低终端功耗，控制面对PDCP和加密过程进行优化，减小信令交互过程。

 

3.NB-IoT部署方案

 

       NB-IoT支持三种部署方案：独立载波部署（Stand Alone）、LTE保护带部署（Guard Band），以及LTE带内部署（In Band）。为方便部署，减少实现的复杂度，业界目前主推独立载波部署方案。

图2  NB-IoT的部署方案

 

       物联网市场的飞速发展为运营商带来了崭新的方向，NB-IoT将是一把钥匙，助力运营商打开物联网市场。目前，大唐移动在物联网领域已推出FDD/NB-IoT双模900M RRU产品，可增强小区的覆盖范围。未来大唐移动将以更加开放合作的态度，与业界共同推进NB-IoT走向成功。（ 来源：C114中国通信网 ）