物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)按照傳輸距離的大小可分為短距離通信技術(shù)和廣域網(wǎng)通信技術(shù)。短距離通信技術(shù)代表有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave 等。長距離通信技術(shù)包括運(yùn)營商的 2g/3g/4g 技術(shù)，以及近幾年才興起的 LPWAN（低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)。其中 LPWAN 技術(shù)又能分為兩類，一類是工作在非授頻段的技術(shù)，如 Lora、Sigfox等；另一類是工作在授權(quán)頻段的技術(shù)，如 GSM、CDMA、WCDMA 等較成熟的 2G/3G 蜂窩通信技術(shù)，以及目前逐漸部署應(yīng)用、支持不同 category 終端類型的 LTE 及其演進(jìn)技術(shù)，這類技術(shù)基本都在 3GPP（主要制定 GSM、 WCDMA、LTE 及其演進(jìn)技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）或 3GPP2（主要制定 CDMA 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）等國際標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)定義。NB-IoT（Narrow Band -Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)）即是 2015 年 9 月在 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)組織中立項(xiàng)提出的一種新的窄帶蜂窩通信 LPWAN 技術(shù)。

常見物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

    在 NB-IoT提出之前，3GPP 就一直在推動相關(guān)機(jī)器類通信 MTC 技術(shù)的發(fā)展。首先業(yè)界都認(rèn)可未來IoT萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢，而在萬物互聯(lián)的時代，具備低成本、低功耗、廣覆蓋、低速率特點(diǎn)的 LPWAN 技術(shù)將扮演重要角色。3GPP 研究的方向一是面對非 3GPP 技術(shù)挑戰(zhàn)，開展 GSM 技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)和全新接入技術(shù)的研究。而方向二是考慮未來替代 2G/3G 物聯(lián)網(wǎng)模塊，研究低成本、演進(jìn)的 LTE-MTC 技術(shù)。而 NB-IoT正是源于方向一中全新接入技術(shù)的研究。此外，除了上述兩個方向，3GPP 同樣一直在研究更低功耗的節(jié)電技術(shù)，以及在系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)同步更新支持相關(guān)演進(jìn)技術(shù)。

3GPP Rel-13 中IoT相關(guān)項(xiàng)目關(guān)系簡圖

    在研究方向一的“FS_IoT_LC”的項(xiàng)目中，主要有 3 項(xiàng)技術(shù)被提出，分別是：擴(kuò)展覆蓋 GSM 技術(shù) EC-GSM（Extended Coverage-GSM），NBCIoT技術(shù)和 NB-LTE 技術(shù)。其中 NB-CIoT由華為、高通和Neul聯(lián)合提出（Neul為英國物聯(lián)網(wǎng)公司，在 2014 年 9 月被華為收購），NB-LTE 由愛立信、中興、諾基亞等廠商聯(lián)合提出，最終在 2015 年 9 月的 RAN#69 次全會經(jīng)過激烈討論，最終協(xié)商統(tǒng)一為一種技術(shù)方案，即 NB-IoT。2016 年 6 月 16 日，在韓國釜山召開的 3GPP RAN 全會上，NB-IoT（窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）對應(yīng)的 3GPP 協(xié)議相關(guān)內(nèi)容獲得了 RAN 全會批準(zhǔn)，正式宣告了這項(xiàng)受無線產(chǎn)業(yè)廣泛支持與關(guān)注的 NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議歷經(jīng) 2 年多的研究終于全部完成。

NB-IoT的形成歷程

    NB-IoT是 LPWAN 技術(shù)中的“新秀”。不同于工作在未授權(quán)頻譜的LoRa、SigFox，NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于 GSM 網(wǎng)絡(luò)、UMTS 網(wǎng)絡(luò)或 LTE 網(wǎng)絡(luò)，以降低部署成本、實(shí)現(xiàn)平滑升級。此外，NB-IoT具備低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢，使其可以廣泛應(yīng)用于多種垂直行業(yè)。NB-IoT具體技術(shù)特點(diǎn)如下：

    1、NB-IoT部署靈活：NB-IoT主要有獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署與帶內(nèi)部署等三種部署方式。獨(dú)立部署方式主要是獨(dú)立的在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)外利用新的帶寬部署，保護(hù)帶部署的方式是在已有的 LTE 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)帶上部署而帶內(nèi)部署的方式利用的是現(xiàn)有 LTE 網(wǎng)絡(luò)中 LTE 載波中的任何資源快部署。運(yùn)營商只需要對現(xiàn)有的網(wǎng)站進(jìn)行軟件升級而不需要更換現(xiàn)網(wǎng)的硬件設(shè)備。

    2、NB-IoT能做到長距離廣域傳輸：在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益 20dB，覆蓋面積擴(kuò)大 100 倍，即使在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達(dá)的地方也能覆蓋到。實(shí)際生活中的 2G/3G/4G 等技術(shù)是為了人與人連接而設(shè)計的，對于物聯(lián)網(wǎng)終端而言，它們可能一直位于地下室、與外界隔著很多堵強(qiáng)墻的房間里，所以對信號的穿透能力要求很高。 NB-IoT技術(shù)在設(shè)計初就為了盡可能覆蓋更可能大的區(qū)域，完美契合了這方面的需求。

    3、海量連接：NB-IoT和目前蜂窩聯(lián)結(jié)（2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)）相比，單小區(qū)可接入戶數(shù)大約能達(dá)到 50000 個，幾乎為以前的 50 倍。聯(lián)結(jié)海量，能滿足未來物聯(lián)網(wǎng)百億聯(lián)結(jié)需求。

    4、低功耗：通信設(shè)備的功耗往往與數(shù)據(jù)量與速率相關(guān)，NB-IoT針對的是小數(shù)據(jù)量、小速率的應(yīng)用，同時 NB-IoT通過借助PSM和eDRX可實(shí)現(xiàn)更長待機(jī)。其中 PSM（Power Saving Mode，節(jié)電模式）技術(shù)是 Rel-12 中新增的功能，在此模式下，終端仍舊注冊在網(wǎng)但信令不可達(dá)，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達(dá)到省電的目的。而eDRX是 Rel-13 中新增的功能，進(jìn)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(dá)性。

    5、低成本：低速率、低功耗、低帶寬、帶來低成本優(yōu)勢。速率低、功耗低、帶寬低帶來緩存小，功率放大器小，均衡算法簡單的優(yōu)勢。企業(yè)預(yù)期帶個連接模塊的成本不超過 5 美元，而其他技術(shù)的終端成本均高于 NB-IoT。

NB-IoT的三種部署方式

PSM 和eDRX節(jié)電機(jī)制

NB-IoT通信模組與其他終端對比

    NB-IoT技術(shù)應(yīng)用場景按對象可分為四大類：家居、個人、公共事業(yè)和工業(yè)。家居場景主要對應(yīng)安防管理、家電控制、環(huán)境控制等場景；個人場景主要對應(yīng)可穿戴設(shè)備、兒童照料、智能自行車等場景；公共事業(yè)場景主要對應(yīng)智能抄表、報警探測器、智能垃圾桶等場景而工業(yè)場景則主要對應(yīng)物流追蹤、物品追蹤與智慧農(nóng)業(yè)等場景。

NB-IoT應(yīng)用場景

標(biāo)簽： 標(biāo)準(zhǔn) 企業(yè) 通信 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)站 行業(yè)

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