NB-IoT窄带物联网技术项目开发教程--技术简介（一）

 

• 概念介绍

NB-IoT，英文全称Narrow Band Internet of Things，中文为基于蜂窝的窄带物联网，聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。

 

• 技术简介

NB-IoT是一个应运而生的窄带物联网标准。它就是在4G或者5G 的组网中进行彻底的融合的，不需要再组网。

实际上有一个sim卡，只要我有3G，我们4、5G基站覆盖的地方，那我就能做互联网综合解决方案。应该说这是非常好的，就从网络覆盖的角度来看，它是彻底解决了这个问题。

 

 

• 技术优势

NB-IoT具备四大特点：

一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；NB-IoT室内覆盖能力强，比LTE提升20dB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例，过去GPRS的方式需要伸出一根天线，车辆来往极易损坏，而NB-IoT只要部署得当，就可以很好的解决这一难题。

 

二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。举例来说，受限于带宽，运营商给家庭中每个路由器仅开放8-16个接入口，而一个家庭中往往有多部手机、笔记本、平板电脑，未来要想实现全屋智能、上百种传感设备需要联网就成了一个棘手的难题。而NB-IoT足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

 

三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

 

四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。与LoRa相比，NB-IoT无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。以中国移动为例，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要清出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IoT的同时部署。低速率、低功耗、低带宽同样给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。模块预期价格不超过5美元。

 

NB-IoT和其它低功耗广域网的技术对比：

• 发展历程

我们正进入万物互联(IoT)的时代，这对于整个移动通信产业来说是一个巨大的机会。这一点在MWC2016上展露无疑。无论是运营商大咖，还是设备商巨头，纷纷展示了完整的物联网解决方案和在不同垂直行业的应用。[4] 

当然，实现这一切的基础，是要有无处不在的网络联接。运营商的网络是全球覆盖最为广泛的网络，因此在接入能力上有独特的优势。然而，一个不容忽视的现实情况是，真正承载到移动网络上的物与物联接只占到联接总数的10%，大部分的物与物联接通过蓝牙、WiFi等技术来承载。 

为此，产业链从几年前就开始研究利用窄带LTE技术来承载IoT联接。历经几次更名和技术演进，2015年9月，3GPP正式将这一技术命名为NB-IoT。MWC2016上，NB-IoT首次亮相，受到瞩目，运营商和设备商纷纷为其站台和背书。

2015年11月，数家全球主流运营商联合设备商、芯片厂商和相关国际组织，在香港举办NB-IoT论坛筹备会，旨在加速窄带物联网生态系统的发展，成员包括中国移动、中国联通、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonica、沃达丰、GSMA、GTI、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔。六家运营商成员还宣布，将在全球成立六个窄带物联网开放实验室，聚焦窄带物联网业务创新、行业发展、互操作性测试和产品兼容验证。 

2016年6月16日，NB-IoT技术协议获得了3GPP无线接入网（RAN）技术规范组会议通过，宣告NB-IoT标准形成，成为史上建立最快的3GPP标准之一。2016年9月，将进行NB-IoT性能标准制定，12月完成一致性测试后，NB-IoT将进入商用阶段。

 

• 技术应用

1. NB-IoT适合的垂直应用场景

1. 垂直应用领域对NB-IoT的关注点

NB-IoT技术可满足对低功耗、长待机、深覆盖、大容量有所要求的低速率业务，更适合静态业务、对时延低敏感、非连续移动、实时传输数据的业务场景。

自主异常报告业务类型：如烟雾报警探测器、设备工作异常等，上行极小数据量(十字节量级)，周期多以年、月为单位。

自主周期报告业务类型：如公共事业的远程抄表、环境监测等，上行较小数据量(百字节量级)，周期多以天、小时为单位。

远程控制指令业务类型：如设备远程开启/关闭、设备触发发送上行报告，下行极小数据量(十字节量级)，周期多以天、小时为单位。

软件远程更新业务类型：如软件补丁/更新，上行下行较大数据量需求(千字节量级)，周期多以天、小时为单位。

1. NB-IoT的芯片厂家

华为海思、Qualcomm、Intel、RDA、简约纳、MTK、TI、SEQUANS、MARVELL、NODRIC、中兴微等。

NB-IoT芯片商主要来自GSM/LTE Modem公司，也有类似WiFi/BT的MCU公司。未来，更多的NB-IoT芯片厂商会介入，预计在2017年Q3进入价格竞争状态。

1. NB-IoT的产品需要哪些认证

需要各个国家规定的入网许可证。SIM卡与IMEI号码需要绑定

1. NB-IoT的网络架构如何组成

建设基于NB-IoT技术的物联网垂直行业应用将趋于更加简单，分工更加明晰。

1. 运营商如何保障NB-IoT网络的稳定性

NB-IoT直接部署于GSM、UMTS或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。

1. NB-IoT的芯片为什么便宜

低速率、低功耗、低带宽带来的是低成本优势。

低速率：意味着不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低;

低功耗：意味着RF设计要求低，小的PA就能实现;

低带宽：意味着不需要复杂的均衡算法……

 

这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小，因此成本就会降低。以某家芯片为例，NB-IoT芯片集成了BB、AP、Flash和电池管理，并预留传感器集成功能。其中AP包含三个ARM-M0内核，每个M0内核分别负责应用、安全、通信功能，这样在方便进行功能管理的同时降低成本和功耗。

1. NB-IoT上下行传输速率

NB-IoT射频带宽为200kHz。下行速率：大于160kbps，小于250kbps。上行速率：大于160kbps，小于250kbps(Multi-tone)/200kbps(Single-tone)。

1. NB-IoT基站的覆盖范围

NB-IoT比LTE和GPRS基站提升了20dB的增益，期望能覆盖到地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方。根据仿真测试数据，在独立部署模式下，NB-IoT覆盖能力可达164dB，带内部署和保护带部署还有待仿真测试。

10、NB-IoT调制解调技术

下行采用OFDMA，子载波间隔15kHz。上行采用SC-FDMA，Single-tone：3.75kHz/15kHz，Multi-tone：15kHz。仅需支持半双工，具有单独的同步信号。终端支持对Single-tone和Multi-tone能力的指示。MAC/RLC/PDCP/RRC层处理基于已有的LTE流程和协议，物理层进行相关优化。

                   11、在智能家居的应用

智能家居的不温不火主要是因为家庭网络覆盖问题，必须通过网关，加上品牌因素、客服因素、工程因素等导致尚未火爆便进入偃旗息鼓阶段。NB-IoT技术可摆脱家庭网关的依赖，独立终端加上城市网络覆盖到位，会衍生出较好的智能家居产业。比较适合白色家电厂家对自身产品的全生命周期管理。

                   12、NB-IoT产业链

对于低功耗广域网络，从纵向来看，目前已形成从“底层芯片—模组—终端—运营商—应用”的完整产业链。有关纵向产业链上所涉及的巨头企业我们会在周四做详细的探讨。

从横向来看，产业链每一环节都有NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu等不同技术标准的厂商存在。说到这些，不得不重提下之前的LPWAN，NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu都是LPWAN的分支。像Lora、Sigfox等，属于工作在非授权频段的技术，这类技术大多是非标、自定义实现；而像GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通信技术是工作在授权频段的技术，这类技术基本都在3GPP(主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演进技术的相关标准)或3GPP2(主要制定CDMA相关标准)等国际标准组织进行了标准定义。

作为主导者华为提供端到端的解决方案，包括基站、核心网、芯片、操作系统以及数据管理平台

 

13、NBIOT仪表作为单个个体，接入移动通信基站。有人认为这会导致大量的运营费用，不如采用ZIGBEE等技术先把众多仪表组网后，再统一接入基站，这样省运营费。
对公共事业运营平台来说，主要目的是替代人工抄表的费用，这是大头（一个抄表公认，工资福利+经费，5-10万），运营费用是小头。
其二、其实，NBIOT的运营费用也大幅降低了，因为NBIOT在基站端，把宽信道分割成窄信道后（大约1宽信道分割成100窄信道），运营费用可以大幅降低，100个仪器的费用可以等同于一个宽信道费用。现在，2M/月的流量，中移动收1元；将来或许收0.1元钱。
其三、公共事业物联网需要精准控制每一个仪表，远程诊断、远程控制，全面检测。如果底层用了zigbee等技术组网，那么就会涉及IP协议和zigbee协议的大量切换，许多在IP下轻松实现的功能，在zigbee协议是不是实现不了或者代价很大。这是个问题。另外，复合网络的维护成本也变高了。
如果采用NBIOT仪表，不需组网，即插即用，轻松实现全城一张网。总架构师是考虑综合成本的，不会为了小头大动干戈。

                                                                 《完》