一种NB-IoT的部署策略研究

本文主要讲了什么内容?基于蜂窝的物联网连接由于设备功耗大、部署成本高等劣势，目前在移动网络上承载的物联网连接只占到总数的6%。以NB-IoT为代表的低功耗广域网(LPWA)具有低成本、广覆盖的特点，在未来低速率物联网业务中扮演着重要角色。文章从标准化进展、频率部署方式等方面对NB-IoT技术进行了分析，给出了中国联通窄带物联网的网络架构和部署方案，为中国联通NB-IoT的内外场测试及商用部署提供参考。

一 引言

据IDC预测，到2020年，全球物联网连接将达到300亿;到2025年，全球物联网连接将达到700亿。然而，根据Machina Research咨询报告显示，现在大量的物与物连接，是通过蓝牙、Wi-Fi等短距通讯技术承载的，基于蜂窝通信技术(2/3/4G)的物联网设备由于终端设备功耗大、部署成本高等劣势，目前真正承载在移动网络上物与物的连接只占到连接总数的6%。针对这种情况，为了解决广覆盖和低成本、低功耗两难的问题，有必要专为物联网连接设计新的通信技术以增强网络能力，由此，低功率广域网LPWA应运而生。

作为LPWA典型代表之一的窄带物联网NB-IoT是面向低功耗、深度覆盖的全球统一标准，已于2016年6月在3GPP完成核心标准冻结。NB-IoT定位于"低频、小包、时延不敏感"的物联网业务，并且工作于授权频段，具有干扰小、可靠性高等优势，未来将承接大量物联网接入业务。

本文将在第1节对NB-IoT进行介绍，包括NB-IoT的标准化情况、频率部署方式、系统需求和NB-IoT的优势;第2节将介绍中国联通NB-IoT的网络架构;第3节给出中国联通NB-IoT的部署方案;最后，对蜂窝物联网技术演进进行总结。

二 窄带物联网介绍

1、标准化进展

由于市场对物联网业务需求急迫，各运营商、设备厂商、芯片厂商纷纷积极推进窄带蜂窝物联网的标准化工作。

从2014年5月起，NB-IoT经历了多次融合和更替。2016年6月16日3GPP RAN全会第72次会议上，NB-IoT核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均完成冻结。在R13标准中，NB作为一个全新标准的技术，其空口技术相比LTE进行了重新设计：180kHz窄带系统和上行3.75kHz的子载波间隔能有效提高网络覆盖，从而满足链路预算至少比GSM高20dB以上的设计目标;UE仅支持半双工，且增加了PSM和eDRX功能，能有效降低终端功耗，节约终端成本。如图1所示。

图1 NB-IoT标准化进展

3GPP R14新增定位功能、SC-P2M下行广播功能、非连接态移动性增强功能，可以满足更多场景需要，提高网络可靠性。

2、频率部署方式

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，增强室内覆盖、支持大量的低吞吐量设备、低延迟敏感度、超低成本、低功耗设备和(优化)网路体系架构。

NB-IoT支持3种频率部署方式，如图2所示。

图2 NB-IoT频率部署方式

1)独立部署Standalone：利用目前GERAN系统占用的资源，替代目前的一个或多个GSM载波。

2)保护带部署Guard-Band：利用目前LTE载波保护带上没有使用的资源块。

3)带内部署In-Band：利用LTE载波内的资源块。

3、NB-IoT系统需求

1)下行和上行链路终端射频带宽都是180kHz。

2)下行链路是OFDMA方式，对于3种操作模式都是15kHz的子载波间隔。

3)对于上行链路：支持Singletone和Multi-tone传输。

对于Single-tone传输，网络可配置子载波间隔为3.75kHz和15kHz。

对于Multi-tone传输采用基于15kHz子载波间隔的SC-FDMA。

UE需要指示对Single-tone和Multi-tone传输的支持能力。

4)NB-IoT终端只需要支持半双工操作，在R13阶段不需要支持TDD，但要求保证对TDD前向兼容的能力。

4、NB-IoT优势

1)大链接：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。

2)深度覆盖：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。

3 ) 低功耗： NB - IoT借助PSM(Power Saving Mode，节电模式)和eDRX可实现更长待机。其中PSM技术是R12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R13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。

4)低成本：与LoRa相比，NBIoT无需重新建网，射频和天