与高通/华为/爱立信有渊源，刨根问底NB-IoT背后的故事

　　6月中旬工信部发文全面推进移动互联网(NB-IoT)的建设发展，让本就蓄势待发的NB-IoT市场，变得一触即发。作为全球NB-IoT主导方之一，国内有运营商及设备商很多都参与了NB-IoT的标准制定。下面就随网络通信小编一起来了解一下相关内容吧。

　　物联网无线通信技术很多，一类是局域网组网技术，一类是广域网组网技术，为何NB-IoT成为物联网时代那颗最亮的星，且没有之一。

　　局域网组网技术

　　广域网组网技术分析

　　那么本期《趣科技》我们就来刨根问底，看看NB-IoT到底是何方神圣?

　　NB-IoT诞生史

　　低功耗广域网(LPWAN)有两大家族，一个是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等，一个是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术。面对兴起的物联网技术，3GPP主要有三大标准，即LTE-M、EC-GSM和NB-IoT，分别基于LTE演进、GSM演进和Clean Slate技术。

　　2015年8月，3GPP RAN开始立项研究窄带无线接入全新的空口技术，称为Clean Slate CIoT。

　　那时，存在两大势利，华为、高通和Neul联合提出NB-CIoT，爱立信、诺基亚等厂家提出NB-LTE。

　　NB-CIoT提出了全新的空口技术，相对来说在现有LTE网络上改动较大，但NB-CIoT是提出的6大Clean Slate技术中，唯一一个满足在TSG GERAN #67会议中提出的5大目标(提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延)的蜂窝物联网技术，特别是NB-CIoT的通信模块成本低于GSM模块和NB-LTE模块。

　　NB-LTE更倾向于与现有LTE兼容，其主要优势在于容易部署。

　　最终，在2015年9月的RAN #69会议上经过激烈的PK，NB-CIoT与NB-LTE融合产物胜出，这就是NB-IoT。

　　NB-IoT全名Narrow Band Internet of Things，即基于蜂窝窄带物联网。

　　推动NB-IoT问世以及驱动其落地的背后因素是什么?

　　2G到4G，通信的核心是人。而随着4G的发展，“物”也成为了一大核心，这始于物联网的推动。移动通信网络的发展出现了分支，一边是大流量、一边是小数据，一边是移动宽带、一边是物联网时代。

　　3GPP专门为了IoT设计了cat0终端MTC，但是带宽还是20M，成本、耗电等都降不下来，因此R12阶段就被“下课”;随后，在R13阶段设计了cat M终端，带宽缩小到1.4M，成本、耗电等问题得到一定解决，但在R13也冻结了eMTC的研究，转而走NB-IOT路线了。

　　四大特点解读

　　NB-IoT的特点就是广覆盖、低功耗、低成本、大连接。

　　广覆盖

　　NB-IoT可做到164 dB MCL(最大耦合损耗即从基站天线端口到终端天线端口的路径损耗)，比GPRS强20dB。NB-IoT要做到比GSM覆盖增强20dB，列出了一个自身“潜力”公式：

　　20 dB =7 dB(功率谱密度提升)+ 12 dB(重传增益)+ 0-3 dB (多天线增益)

　　那么其大招也就显而易见了：

　　- 提升功率谱密度，增益为7 dB

　　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。

　　- 反复重传，增益一般为12 dB

　　- 多天线增益，一般为0-3 dB

　　当然有利也有弊，在拥有物联网组网面积非常广的优势下，传输速度与传输的频率成了牺牲品。

　　低功耗

　　要做到低功耗，NB-IoT采取的策略很简单，就是能有多懒就做到多懒。eDRX和PSM是NB-IoT的两大省电技术。

　　DRX(Discontinuous Reception)，又称不连续接收，eDRX意味着扩展DRX周期，终端可睡更长时间。这就是终端睡觉的“依据”，又分为idle DRX、connect DRX、inactive timer三种模式。DRX让终端周期性的进入睡眠状态，不用时刻监听网络，只在需要的时候进行工作即可。

　　在idle 模式下，使用DRX去监听寻呼消息。终端在一个 DRX 的周期内，通过判断 PDCCH 上是否携带有 P—RNTI，进而去判断相应的PDSCH 上是否有承载寻呼消息。如果在 PDCCH 上携带有 P-RNTI，就按照 PDCCH 上指示的 PDSCH 的参数去接收 PDSCH 物理信道上的数据;而如果终端在 PDCCH 上未解析出 P-RNTI，则无需再去接收 PDSCH 物理信道，就可以依照 DRX 周期进入休眠。

　　connect DRX模式可以理解为终端根据实际情况判断能否忙里偷闲睡个觉，看个图也许就能明白。

　　终端在时间轴上划分为激活期(On duration Timer)需要像打了鸡血一样工作，而休眠期就是“Long Drx Cycle” 减去 “On duration Timer”，于是就有了忙里偷闲的机会。

　　RRC inactive timer即主动让终端休息去的机制，用通俗的话来讲就是，活干完的早就可以早下班的弹性工作制。

　　PSM(Power Saving Mode)，即省电模式。在PSM模式下，相当于关机状态，所以更加省电。

　　低功耗是所有通讯追求的目标，但NB-IoT使用的是AA电池，但是这对电池的寿命和使用环境的要求也相应增高。看来供电技术的后援还需要跟上啊!

　　低成本

　　在降低成本方面NB-IoT精打细算，通过减少协议栈处理开销与不必要的硬件的方式达到目的，即舍弃了LTE物理层的上行共享信道、物理混合自动重传请求或指示信道等，并采用单天线和FDD半双工模式以降低RF成本。

　　同样，低速率与低带宽意味着芯片处理复杂度降低，芯片成本随之降低，因此模块成本小于5美元、2020年实现2-3美元，是非常诱人的。

　　大连接

　　最后就要说说大连接了，NB可谓是海量连接，每小区可达50K连接，那么这也表明在同一基站下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。

　　单小区50K用户是如何实现?

　　NB-IoT的基站是基于物联网的模式进行设计的， 话务模型是终端很多，但是每个终端发送的包小，发送包对时延的要求不敏感。可以设计更多的用户接入，保存更多的用户上下文，这样可以让50k左右的终端同时在一个小区，大量终端处于休眠态，但是上下文信息由基站和核心网维持，一旦有数据发送，可以迅速进入激活态。这是根本原因。

　　大连接是物联网的终极目标，但是面对NB-IoT这样窄带的空中资源来说，大连接也暴露出一大弊端，就是拥塞，也因此影响大连接的优势。

　　关于NB-IoT我们这期《趣科技》就说这么多，下期我们来解析一下NB-IoT与LoRa的巅峰对决。与此同时，与非网本周也将推出NB-IoT版《芯榜单》看看这个圈里的大佬人物都是何许人也。

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