過去三十年里，移動通信經(jīng)歷了從語音業(yè)務(wù)到移動寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的飛躍式發(fā)展，這不僅深刻改變了人們的生活方式，也極大地促進了社會和經(jīng)濟的飛速發(fā)展。當前4GLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)全面開展，5G已提上商用日程。相對于4G，5G的應(yīng)用場景將更廣泛，不僅包括傳統(tǒng)的廣覆蓋、熱點覆蓋，還包括低功耗大連接場景。4.5G作為銜接4G和5G的重要階段，在低功耗大連接場景方面進行了提前布局，引入了窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT（Narrow Band-Internet of Things）技術(shù)。
一、現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況
在蜂窩無線通信高速發(fā)展了近十余年的今天，人與人的通信發(fā)展已接近飽和，通信業(yè)亟待發(fā)掘新的增長點。物聯(lián)網(wǎng)被普遍認為是一個擁有巨大潛力的商業(yè)藍海，是電信行業(yè)幾個值得期待的業(yè)務(wù)之一。移動通信正在從人和人的連接，向人與物以及物與物的連接邁進，萬物互聯(lián)將是未來的必然趨勢。
圖1 2010-2015年M2M連接數(shù)（數(shù)據(jù)來源：工信部）
電信行業(yè)憧憬物聯(lián)網(wǎng)市場已達10年之久，但傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)長期存在的碎片化嚴重阻礙了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這些碎片化主要體現(xiàn)在：
技術(shù)碎片化：當前對于不同的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用分別有不同的協(xié)議標準和操作系統(tǒng)；
應(yīng)用碎片化：物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用在各行各業(yè)中，需求的多樣化導(dǎo)致了終端形態(tài)與分布的差異化；
產(chǎn)業(yè)碎片化：芯片商、設(shè)備商、網(wǎng)絡(luò)商各自為政，業(yè)界沒有達成統(tǒng)一的認識。
相對于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)本身也存在特有的需求。首先是終端低功耗，現(xiàn)有終端支持2G、3G、4G多種制式，包括話音、短信和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，功率損耗大。而大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)終端都需要低功率，防止終端頻繁的更換電池。同時，需有較大的覆蓋范圍，現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)存在盲點和弱點，但物聯(lián)網(wǎng)中很多潛在可連接的設(shè)備存在于偏遠地區(qū)，離基站較遠，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)不能滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求。此外，單扇區(qū)需支持大量終端，物聯(lián)網(wǎng)未來的應(yīng)用場景復(fù)雜，可連接的終端數(shù)量眾多，單扇區(qū)終端連接數(shù)需要很高的要求。最后，終端成本要低，低成本可以實現(xiàn)終端快速部署，促進物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)應(yīng)用，使物理網(wǎng)垂直行業(yè)快速發(fā)展。
二、NB-IoT或?qū)⒊蔀榻y(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的契機
2015年9月，3GPP宣布對NB-IoT標準正式立項，并對NB-IoT的能力提出了具體的指標要求：深度覆蓋，NB-IoT比現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)提升20dB，支持單用戶上下行至少160bps，覆蓋面積擴大100倍；具備支撐海量連接的能力，一個NB-IOT扇區(qū)可支持5萬個連接；更低功耗，5Wh的電池可供終端使用10年；時延上更靈活，對某些應(yīng)用，上行的時延可放寬到10s。NB-IoT基于現(xiàn)有的4G LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對物理層和高層做了大量的改進和優(yōu)化，以滿足3GPP的立項目標。
1.NB-IoT物理層方面
與傳統(tǒng)的4G LTE網(wǎng)絡(luò)不同，NB-IoT系統(tǒng)帶寬僅200kHz，傳輸帶寬為180kHz，兩側(cè)各保留10K的保護帶寬。這一方面可以提高系統(tǒng)的功率譜密度，另一方面可以更靈活的選擇頻點。物理層下行采用12個子載波，每個子載波間隔15kHz。物理層編碼、調(diào)制和傳輸模式均有不同程度的簡化。為降低終端功耗，減小終端處理的復(fù)雜度，下行不支持波束賦型與空分復(fù)用等較復(fù)雜的傳輸方式。物理層上行除常規(guī)的15kHz子載波間隔外，還增加了3.75kHz的子載波間隔，支持用戶上行使用單子載波傳輸，以提升上行傳輸?shù)墓β首V密度，增加覆蓋能力。同時3GPP在物理層上引入了重復(fù)傳輸?shù)臋C制，通過重復(fù)傳輸?shù)姆旨鲆婧秃喜⒃鲆鎭硖嵘庹{(diào)門限，這為上下行覆蓋增強提供了強有力的支撐。
2.NB-IoT高層方面
3GPP在高層方面主要是對現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，以達到節(jié)省開銷，降低終端功耗的目的。優(yōu)化系統(tǒng)信息，通過延長系統(tǒng)信息有效的降低了上行隨機接入、小區(qū)選擇和重選的頻次，降低終端功耗。優(yōu)化空閑態(tài)，延長DRX的周期，擴大尋呼窗長，以進一步降低終端功耗，在空閑態(tài)情況下采用終端異頻負載均衡，平衡小區(qū)之間的資源，達到更大的系統(tǒng)連接數(shù)。優(yōu)化接入控制，通過覆蓋增強對隨機接入過程進行了優(yōu)化，根據(jù)用戶覆蓋等級的不同調(diào)整用戶隨機接入次數(shù)。當終端出現(xiàn)狀態(tài)異常時，可以優(yōu)先接入系統(tǒng)，系統(tǒng)將優(yōu)先進行故障排查定位。優(yōu)化信令面，為節(jié)省業(yè)務(wù)面開銷，支持控制面?zhèn)鬏斝?shù)據(jù)的核心網(wǎng)方案。為進一步降低終端功耗，控制面對PDCP和加密過程進行優(yōu)化，減小信令交互過程。
3.NB-IoT部署方案
NB-IoT支持三種部署方案：獨立載波部署（Stand Alone）、LTE保護帶部署（Guard Band），以及LTE帶內(nèi)部署（In Band）。為方便部署，減少實現(xiàn)的復(fù)雜度，業(yè)界目前主推獨立載波部署方案。
圖2 NB-IoT的部署方案
4.NB-IoT應(yīng)用場景
NB-IoT提供了人與物、物與物之間的連接和信息交互，可以應(yīng)用在多種場景下。針對水表、電表、天然氣表等智能家居產(chǎn)品，配備智能終端芯片，可提供隨時抄表服務(wù)，在該場景下，終端位置較為固定，上行時延不敏感，終端上傳的數(shù)據(jù)量比較小，類似場景還包括智能垃圾桶、智慧農(nóng)業(yè)等。針對智能城市的緊急預(yù)警如火災(zāi)自動報警場景，在該場景下，終端位置固定，上行時延敏感，類似場景還包括燃氣泄漏報警、電梯故障報警、老人急救等。針對移動速率較低的寵物追蹤定位場景，在該場景下，移動終端的上行數(shù)據(jù)量較小，通過GPS定位可以確定終端的位置，類似場景還包括老人/幼兒實時定位等。
物聯(lián)網(wǎng)市場的飛速發(fā)展為運營商帶來了嶄新的方向，NB-IoT將是一把鑰匙，助力運營商打開物聯(lián)網(wǎng)市場。目前，大唐移動在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域已推出FDD/NB-IoT雙模900M RRU產(chǎn)品，可增強小區(qū)的覆蓋范圍。未來大唐移動將以更加開放合作的態(tài)度，與業(yè)界共同推進NB-IoT走向成功。
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