一、發展歷程

物聯網通信技術繁多，從傳輸距離上可劃分成兩類：第一類是短距離通信技術，例如ZigBee、Wi-Fi、Bluetooth等，典型的應用場合如智能家居；第二類是低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network, LPWAN)，典型的應用為智能抄表系統。LPWAN技術又可根據工作頻段分為兩類：一類工作在非授權頻段，如Lora、SigFox等，此類技術無統一標準，自定義實現；工作于授權頻段下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術，如全球移動通信系統(Global System for Mobile Communication , GSM)、長期演進(Long Term Evolution, LTE)和基于蜂窩的窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)等。

2014年5月，華為聯合沃達豐在3GPP的GSM/EDGD無線接入網(GSM EDGE Radio Access Network, GERAN)研究項目中提出NB-M2M技術。同年，高通公司提交了窄帶正交頻分復用(Narrow Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing, NB-OFDM)技術。2015年5月，NB-M2M與NB-OFDM合并為NB-CIoT。7月，愛立信提出NB-LTE方案。2015年9月的RAN#69次會議經過激烈討論，最終將NB-CIoT與NB-LTE進一步融合，并重新命名為NB-IoT。

2016年6月16日，NB-IoT作為3GPP R13一項重要課題，其對應的3GPP協議相關內容獲得了RAN全會批準，正式宣告了這項受到無線產業廣泛支持的NB-IoT標準核心協議歷經2年多的研究終于全部完成。

二、標準特性

一、靈活部署、窄帶、低速率、低成本、高容量
NB-Io支持三種部署方式：獨立部署(Stand alone)、保護帶部署(Guard band)、帶內部署(In band)，如圖1所示。Stand alone模式：可以利用單獨的頻帶，適合用于GSM頻段的重耕；Guard band模式：可以利用LTE系統中邊緣無用頻帶；In band模式：可以利用LTE載波中間的任何資源塊。對于In band模式來說，NB-IoT無限接近于LTE資源塊，為了避免干擾，3GPP要求NB-IoT信號的功率譜密度與LTE信號的功率譜密度不得超過6dB。

- RF帶寬180kHz(上行/下行)(考慮兩邊保護帶，也被描述為200kHz);
- 下行:OFDMA, 子載波間隔15kHz;
- 上行:SC-FDMA, Single-tone:3.75kHz/15kHz，Multi-tone:15kHz;
- 僅需支持半雙工; 終端支持對Single-tone和Multi-tone能力的指示;
- MAC/RLC/PDCP/RRC層處理基于已有的LTE流程和協議，物理層進行相關優化;
- 設計單獨的同步信號;

二、覆蓋增強、低時延敏感
根據TR45.820的仿真數據，可以確定在獨立部署方式下，NB-IoT覆蓋能力應也可達164dB，帶內部署和保護帶部署還有待仿真測試。NB-IoT為實現覆蓋增強采用了重傳(可達200次)和低階調制等機制，目前是否NB-IoT不需支持16QAM仍在被討論中。
同時在耦合耗損達164dB的環境下，如果提供可靠的數據傳輸，由于大量數據重傳將導致時延增加，TR45.820中仿真測試了異常報告業務場景、保證99%可靠性、不同耦合耗損環境下的時延(區分有無頭壓縮)。目前3GPP IoT設想允許時延約為10s，但實際可以支持更低時延，如6s左右(最大耦合耗損環境)。

三、不支持連接態的移動性管理
NB-IoT最初就被設想為適用于移動性支持不強的應用場景(如智能抄表、智能停車)，同時也可簡化終端的復雜度、降低終端功耗，Rel-13中NB-IoT將不支持連接態的移動性管理，包括相關測量、測量報告、切換等。

四、低功耗
NB-IoT借助節電模式(Power Saving Mode, PSM)和超長非連續接收(Enhanced Discontinuous Reception, eDRX)可實現更長時間待機。其中PSM技術是Rel-12中新增的功能，在此模式下，終端仍舊注冊在網但信令不可達，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的。eDRX是Rel-13中新增的功能，進一步延長終端在空閑模式下的睡眠周期，減少接收單元不必要的啟動，相對于PSM，大幅度提升了下行可達性。NB-IoT目標是對于典型的低速率、低頻次業務模型，等容量電池壽命可達10年以上。

三、NB-IoT標準的應用

NB-IoT標準具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，覆蓋面積擴大了100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

考慮NB-IoT的特性，此標準可可滿足對低功耗/長待機、深覆蓋、大容量有所要求的低速率業務；同時由于對于移動性支持較差，更適合靜態業務場景或非連續移動、實時傳輸數據的業務場景，并且業務對時延低敏感。可考慮的業務類型如下：

1) 自主異常報告業務類型。如煙霧報警探測器、智能電表停電的通知等，上行數據極小數據量需求（十字節量級），周期多以年、月為單位。
2) 自主周期報告業務類型。如智能公用事業（煤氣/水/電）測量報告、智能農業、智能環境等，上行較小數據量需求（百字節量級），周期多以天、小時為單位。
3) 網絡指令業務類型。如開啟/關閉、設備觸發發送上行報告、請求抄表，下行極小數據量需求（十字節量級），周期多以天、小時為單位。
4) 軟件更新業務類型。如軟件補丁/更新，上行下行較大數據量需求（千字節量級），周期多以天、小時為單位。

迄今為止，華為已聯合全球多家運營商在中國、德國、西班牙、阿聯酋等國共同完成了基于NB-IoT技術的智能水表、智能停車、智能垃圾箱業務的功能驗證。其中沃達豐和華為于2015年底在西班牙完成了NB-IoT預標準的第一個試商用測試，成功地將NB-IoT技術整合到沃達豐現有移動網絡中，發送NB-IoT消息給水表中的物聯網模塊，水表的放置環境通常在壁櫥等隱蔽環境，且水表無法外接電源，NB-IoT可有效解決覆蓋及功耗等問題。

2016年世界移動大會上，英特爾與愛立信聯合中移動推了NB-IoT智能家庭環境監測系統。它采用了英特爾最新的NB-IoT芯片（XMM7115）。并且可以實時監測到環境的PM值、溫度、濕度、光感亮度等。中興通訊推出了基于NB-IoT技術的智能市政下水道管理系統，各種信息直接傳到中興手機上。

另外，華為和上海聯通也提出了基于NB-IoT技術的智能停車解決方案，通過現場演示，展示了基于NB-IoT這一新興物聯網接入技術的商業應用探索已經啟動。此前，上海聯通與華為合作建設了全球首個基于 4.5G NB-IoT的大規模連續覆蓋區域—-上海國際旅游度假區，并率先在P1停車場部署了300多個基于NB-IoT技術的智能車檢器，并提供從終端，基站，服務器，手機應用的端到端智能停車方案。用戶可以在手機上實現車位查詢、預定、導航、移動支付以及停車場管理等功能，解決了游客找車位難的問題，并一定程度緩解了交通擁堵。

四、面臨的挑戰與機遇

NB-IoT相較于傳統物聯網技術有著自身的優勢。不過，其仍舊有著自身的局限性。根據TR45.820中典型業務模型下的仿真測試數據，單小區可支持10萬個NB-IoT終端接入。但是，這種純中心的網絡管理方式，可能會造成過長的輪詢周期，像物聯網這種高密度網絡不一定適合采用中心管理模式，輪詢一遍的時間成本可能令系統承受。物聯網采用分層模式可能會效率更高。

無線抄表始終都會面臨一個問題，就是信號覆蓋問題。面對無信號覆蓋或者信號受干擾的情況，無線抄表即使優點再多也無用武之地。而且，我國國網已經基本完成了智能電表的改造，采用的是電力線載波通信(Power Line Communication, PLC)技術。智能電表行業已經被PLC占據，NB-IoT基本沒有機會。目前，智能電表的需求也僅僅只是，若將來實施實時收費，NB-IoT技術恐怕不能滿足實時性的要求。現有的水表和氣表市場也面臨著國網PLC和雙模技術的競爭。國網在積極的推進電、水、熱、氣四表合一事項，未來NB-IoT到底在抄表市場能夠分的多少市場份額實際上具備很大的未知數。

此外，成本價格可能成為NB-IoT發展的阻礙。在成本方面，NB-IoT模組成本未來有望降至5美元之內，但目前支持藍牙、ZigBee等標準的芯片價格僅在2美元左右，僅支持其中一種標準的芯片價格不到1美元。巨大的價格差距無疑將讓企業部署NB-IoT產生顧慮。

物聯網應用還處于試驗和示范性探索階段，規模化應用少，創新活力不足。現階段主要是運營商，華為、愛立信等設備制造商，高通等芯片供應商為代表的供應方比較熱情，而需求方的應用主體，如水電氣公共服務提供行業還沒熱絡起來。

據相關專家的猜測，物聯網行業將會在2018至2019年因為NB-IoT技術和其芯片的商業化迎來再一次的熱潮。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈窄带物联网（NB-IoT）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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