NB-IoT技术深度解析

部分的标准制定，最后的一致性测试标准也将在2016年12月完成，详细情况如表2所示。

表2 NB-IoT标准工作组的时间计划　

4、NB-IoT技术的主要特性

3GPP NB-IoT工作项目总体上确定将定义一种对于E-UTRAN非后向兼容、有较大变动的蜂窝物联网无线接入新技术，以解决室内覆盖增强、支持巨量低速率设备接入、低时延敏感、超低设备成本、低功耗和网络架构优化等问题。

由于NB-IoT标准还在制定中，很多提案仍在讨论和提交，不同场景下的仿真结果也尚未总结，如保护带和带内部署方式下的覆盖指标。

本章节将主要基于相关工作组的项目目标描述和TR45.820的仿真数据，介绍一些NB-IoT的特性。

(1)灵活部署、窄带、低速率、低成本、高容量已确定的部分目标要求如下：

宜支持3 种部署方式： 独立部署、保护带部署、带内部署，如图2所示。　　

　　图2 NB-IoT的3种不同部署方式

独立部署模式：可以利用单独的频带，适合用于GSM频段的重耕;Guard-band模式：可以利用LTE系统中边缘无用频带;

带内模式：可以利用LTE载波中间的任何资源块。

RF带宽180kHz(上行/下行)(考虑两边保护带，也被描述为200kHz)。

下行：OFDMA，子载波间隔15kHz。

上行：SC-FDMA，Single-tone：3.75kHz/15kHz，Multi-tone：15kHz。

仅需支持半双工。

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。

设计单独的同步信号。

TR45.820中对速率的预期指标要求是上下行至少支持160kbps，目前NB-IoT速率预估的范围为下行小于250kbps，上行小于250kbps(Multi-tone)/20kbps(Single-tone)。

根据TR45.820中典型业务模型下的仿真测试数据，单小区可支持5万个NB-IoT终端接入。

终端模块的成本对于物联网技术发展至关重要，特别是巨量接入的物联网应用场景，而NB-IoT模块的成本预估可控制在5美金以内，甚至更低。

(2)覆盖增强、低时延敏感

根据TR45.820的仿真数据，可以确定在独立部署方式下，NB-IoT覆盖能力应也可达164dB，带内部署和保护带部署还有待仿真测试。

NB-IoT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制，目前是否NB-IoT不需支持16QAM仍在被讨论中。

同时在耦合耗损达164dB的环境下，如果提供可靠的数据传输，由于大量数据重传将导致时延增加，TR45.820中仿真测试了异常报告业务场景、保证99%可靠性、不同耦合耗损环境下的时延(区分有无头压缩)，结果如表3所示。

表3 异常报告业务场景、保证99%可靠性、不同耦合耗损环境下的时延　　

目前3GPP IoT设想允许时延约为10s，但实际可以支持更低时延，如6s左右(最大耦合耗损环境)，更详细可查阅TR45.820中NB-CIoT的仿真结果。

(3)不支持连接态的移动性管理

NB-IoT最初就被设想为适用于移动性支持不强的应用场景(如智能抄表、智能停车)，同时也可简化终端的复杂度、降低终端功耗，Rel-13中NB-IoT将不支持连接态的移动性管理，包括相关测量、测量报告、切换等。

(4)低功耗

NB-IoT借助PSM和eDRX可实现更长待机。其中PSM(Power Saving Mode，节电模式)技术是Rel-12中新增的功能，在此模式下，终端仍旧注册在网但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。eDRX是Rel-13中新增的功能，进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。PSM和eDRX节电机制如图3所示：　

　　图3 PSM和eDRX节电机制

NB-IoT目标是对于典型的低速率、低频次业务模型，等容量电池寿命可达10年以上。根据TR45.820的仿真数据，在耦合耗损164dB的恶劣环境，PSM和eDRX均部署，如果终端每天发送一次200byte报文，5瓦时电池寿命可达12.8年，如表4所示：

表4 集成PA的电池寿命估算

5、基于NB-IoT的主要业务举例

考虑NB-IoT的特性， 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;同时由于对于移动性支持较差，更适合静态业务场景或非连续移动、实时传输数据的业务场景，并且业务对时延低敏感，可以考虑的业务类型如下：

(1)自主异常报告业务类型。如烟雾报警探测器、智能电表停电的通知等，上行数据极小数据量需求(十字节量级)，周期多以年、月为单位。

(2)自主周期报告业务类型。如智能公用事业(煤气/水/电)测量报告、智能农业、智能环境等，上行较小数据量需求(百字节量级)，周期多以天、小时为单位。

(3)网络指令业务类