深挖NB-IoT技术，究竟有哪些神奇之处？

1  1G-2G-3G-4G-5G

不解释，看图，看看NB-IoT在哪里？

2  NB-IoT标准化历程
 

3GPP NB-IoT的标准化始于2015年9月，于2016年7月R13 NB-IoT标准完成。

3  NB-IoT设计目标和用例

NB-IoT主要面向大规模物联网连接应用，其设计目标：

•低成本、低复杂性：模块成本小于5美元，2020年目标2-3美元
•增强覆盖：164 dB MCL，比GPRS强20dB
•电池寿命：10年
•容量：约55000连接设备/小区
•上行报告时延：小于10S

4  NB-IoT关键技术

如何增强覆盖？

什么叫覆盖？就是最大耦合损耗(Maximum Coupling Loss，MCL），从基站天线端口到终端天线端口的路径损耗。
 

简单定义：
上行MCL=上行最大发射功率-基站接收灵敏度。
下行MCL=下行最大发射功率-终端接收灵敏度。

NB-IoT的MCL为164 dB。

①提升上行功率谱密度
 

上下行控制信息与业务信息在更窄的LTE带宽中发送，相同发射功率下的PSD（Power Spectrum Density）增益更大，降低接收方的解调要求。

NB-IoT上行功率谱密度增强17dB，考虑GSM终端发射功率最大可以到33dBm，NB-IoT发射功率最大23dBm，所以实 际NB-IoT终端比GSM终端功率谱密度高7dB。

②重传

重传就是在多个子帧传送一个传输块。Repetition Gain=10log  Repetition Times，也就是说重传2次，就可以提升3dB啊。NB-IoT最大可支持下行2048次重传，上行128次重传。

另：接收端无需译码处理增益（约 3-4dB）。

如何降低成本？

①减少协议栈处理开销

如上图所示，NB-IoT舍弃了LTE物理层的上行共享信道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)、物理混合自动重传请求或指示信道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH)等。

②减少不必要的硬件

单天线和FDD半双工模式，降低RF成本。
 

Release 13 NB-IoT仅支持FDD 半双工模式，意味着不必同时处理发送和接收，比起全双工成本更低廉，更省电。
 

另：低速率和低带宽本身意味着芯片处理复杂度降低。

如何省电？

①PSM（power saving mode）

怎样最省电？当然是"关机"最省电啊。

手机需要时刻待命，不然有人打电话给你找不到怎么办？但这意味着手机需不时监听网络，这是要耗电的。
 

但物联网终端不同于手机，绝大部分时间在睡觉，每天甚至每周就上报一两条消息，完事后就睡觉。所以它不必随时监听网络，PSM就是让物联网终端发完数据就进入休眠状态，类似于关机，不进行任何通信活动。

②eDRX

DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接收。
 

手机可以断断续续的接收信号以达到省电的目的。NB-IoT扩展了这个断续间隔，可扩展至2.91小时，更加省电。

此外，NB-IoT只支持小区重选，不支持切换，这减少了测量开销；对空口信令简化, 减小了单次数传功耗。

5  NB-IoT与LTE有什么不同？

先来简单回忆一下LTE...
 

无线帧长10ms，子帧1ms，时隙0.5ms，每无线帧内10个子帧，一个子帧2时隙，下行采用正交频分多址(OFDMA)技术，子载波间隔15kHz...多么熟悉的身影。

NB-IoT也是一样的。NB-IoT是基于FDD LTE技术改造而来，包括帧结构、下行OFDMA、上行SC-FDMA、信道编码、交织等大部分沿用LTE技术，可以理解为一种简化版的FDD LTE技术。
 

这正是NB-IoT被号称为史上最快完成的通信标准的主要原因（半年多就完成），这带来的另一个好处是与现有LTE相容，减少NB-IoT的设备和软件投入，以快速抢占物联网风口。

但也有不同之处。以下章节我们一边介绍NB-IoT，一边对比LTE。

5.1 传输方案

 

下行传输方案

NB-IoT下行与LTE一致，采用正交频分多址(OFDMA)技术，子载波间隔15kHz，时隙、子帧和无线帧长分别为0.5ms、1ms和10ms，包括每时隙的OFDM符号数和循环前缀（cyclic prefix）都是与LTE一样的。

NB-IoT载波带宽为180KHz，相当于LTE一个PRB(Physical Resource Block)的频宽，即12个子载波*15KHz/子载波=180KHz，这确保了下行与LTE的相容性。比如，在采用LTE载波带内部署时，可保持下行NB-IoT PRB与其它LTE PRB的正交性。

上行传输方案

NB-IoT上行支持多频传输（multi-tone）和单频（single- tone）传输。
 

多频传输基于SC-FDMA，子载波间隔为15kHz，0.5ms时隙，1ms子帧（与LTE一样）。单频传输子载波间隔可为15KHz以及3.75KHz，其中15KHz与LTE一样，以保持两者在上行的相容性；其中当子载波为3.75KHz时，其帧结构中一个时隙为2ms长（包含7个符号），15KHz为3.75KHz的整数倍，所以对LTE系统有较小的干扰。

与下行一样，NB-IoT上行总系统带宽为180KHz。

5.2 部署方式

众所周知，NB-IoT分为三种部署方式：独立部署（Stand alone）、保护带部署（Guard band）和带内部署（In-band）。独立部署适用于重耕GSM频段，GSM的信道带宽为200KHz，这刚好为NB-IoT 180KHz带宽辟出空间，且两边还有10KHz的保护间隔。保护带部署利用LTE边缘保护频带中未使用的180KHz带宽的资源块。带内部署利用LTE载波中间的任何资源块。

不过，上一段的最后一句话是错误的。在带内部署模式下，有些PRB，NB-IoT是不能占用的。