NB-IoT 全稱是窄帶物聯(lián)網(wǎng)，可直接在現(xiàn)有的 GSM、UMTS 或 LTE 網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行部署，占用極低的帶寬來連接大量低功耗設(shè)備，實(shí)現(xiàn)降低成本和平滑過渡的目標(biāo)，目前已經(jīng)是萬物互聯(lián)概念中的重要分支。根據(jù)規(guī)劃路線圖，5G 將會在 2020 年正式商用，而本文將討論 NB-IoT 的未來，以及相關(guān)的技術(shù)規(guī)格對物聯(lián)網(wǎng)的重要影響。

NB-IoT，也被稱為 LTE Cat NB1，它可以以更智能的方式來連接數(shù)十億臺設(shè)備。它具有極高的性價比，支持低成本設(shè)備所設(shè)備的低功耗連接，并提供更寬廣的覆蓋范圍。作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的有效可行理論，低功耗廣域網(wǎng) (LPWA) 技術(shù)幾乎能夠覆蓋所有地方，并且能夠和現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)兼容運(yùn)作。

新型 MTC(機(jī)器型態(tài)通訊)應(yīng)用的主要需求就是，部署低功耗、覆蓋更廣范圍、為低成本設(shè)備高效供電、匹配各家運(yùn)營商不同頻段的無線電接入網(wǎng)絡(luò)。通常情況下，這些 MTC 應(yīng)用包括智能計量、物業(yè)監(jiān)控、農(nóng)業(yè)、船隊和物流管理等等領(lǐng)域。雖然這些設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往非常小，但它們通常安裝在信號覆蓋的盲區(qū)，例如森林、農(nóng)場或者地下室，現(xiàn)有的短距離通信網(wǎng)絡(luò)和移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)都無法覆蓋這些區(qū)域，而NB-IoT就是為解決這一問題而問世的。

在授權(quán)的頻譜下工作，更能確保覆蓋率和性能，但運(yùn)行在未授權(quán)頻譜下容易出現(xiàn)各種不可控風(fēng)險，會對網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的諸多設(shè)備整體性能產(chǎn)生影響。

電池和覆蓋性能

網(wǎng)點(diǎn)密度和鏈路預(yù)算是影響移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的兩大主要因素。相比較 GPRS、WCDMA 和 LTE 等技術(shù)，NB-IoT 的鏈路預(yù)算多 20dB，而且能夠在更低的數(shù)據(jù)覆蓋情況下運(yùn)行。

通信技術(shù)的鏈路預(yù)算對比：

20dB 的改進(jìn)同時也意味著在某些方面做出犧牲，例如降低對 MTC 應(yīng)用的要求，但也帶來了很多的優(yōu)勢。NB-IoT 能夠滿足速率延遲和電池壽命的需求。壽命取決于高效設(shè)備如何切換進(jìn)入「睡眠模式」，從而在閑置狀態(tài)下關(guān)閉電池的部分元件。

與 LTE 相同，NB-IoT 使用兩個主要的 RRC 協(xié)議狀態(tài)：

● RRC_idle：節(jié)省用于發(fā)送測量報告的電力和資源

● RRC_connected：設(shè)備直接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)

NB-IoT 設(shè)計靈活性

特別需要指出的是，NB-IoT 技術(shù)能夠提供一定范圍的數(shù)據(jù)傳輸速率。這取決于信道質(zhì)量，或者信噪比和指定區(qū)域(帶寬)的資源數(shù)量。此外，每個設(shè)備也有自己的功率預(yù)算，而且數(shù)臺設(shè)備能夠整合功率。

除了帶寬的影響因素之外，在某些情境中 NB-IoT 設(shè)備更容易受到信號強(qiáng)度的影響。這些設(shè)備可以在不損失性能的情況下，通過將傳輸能量聚集形成更窄的帶寬，進(jìn)而為其他設(shè)備節(jié)省了更多帶寬資源。而且 NB-IoT 傳輸?shù)牟⒎琴Y源塊，而是多頻傳輸或者子載波。NB-IoT 的帶寬為 15kHz，而資源塊的有效帶寬為 180kHz，它由12個帶寬為15kHz的子載波組成，兩者存在顯著差異，。

無論信號強(qiáng)弱，針對信號覆蓋范圍內(nèi)的不同情況，我們都可以通過增加帶寬的方式來提升數(shù)據(jù)傳輸速度。通過給設(shè)備分配多頻或者子載波，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可提升 12 倍。在這種理想狀態(tài)下，設(shè)備處于強(qiáng)信號覆蓋范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)的傳輸速率也是非常的快。而在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，最佳狀態(tài)是 NB-IoT 設(shè)備周圍有密集的基站，或者大部分設(shè)備位于原始 LTE 覆蓋范圍內(nèi)。

值得注意的是，在設(shè)計 NB-IoT 的時候就要求良好的復(fù)用性，并能適應(yīng)各種傳輸速率。3GPP(標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu))提出的設(shè)計目標(biāo)容量是每戶人家 40 臺設(shè)備，或者是每個小區(qū) 52200 個(以倫敦城市為例);而在模擬運(yùn)行中，每個小區(qū)能夠連接 200，000 臺設(shè)備，是原定目標(biāo)的 4 倍。顯然，在正式發(fā)布的時候 NB-IoT 將會滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。

關(guān)于設(shè)備

要部署大規(guī)模傳感器顯然離不開通信模組。不同參數(shù)(如溫度和濕度)的監(jiān)測和反饋過程必須要經(jīng)過優(yōu)化。對于重度依賴傳感器的場景應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率以及延遲都應(yīng)該更低，NB-IoT 能夠滿足這些需求。NB-IoT 設(shè)備已經(jīng)證明了能夠在更低峰值的物理層數(shù)據(jù)傳輸(100-200kbps 范圍)中工作，甚至能夠支持單頻傳輸。此外 NB-IoT 設(shè)備還有其他優(yōu)勢。例如 LTE MBB 需要兩根天線，而 NB-IoT 只需要一根接收天線。

窄帶(NB-IoT 為 200kHz，而其他技術(shù)從 1.4MHZ 到 20MHZ 不等)的另一個優(yōu)勢，是數(shù)模轉(zhuǎn)換的復(fù)雜度、信道估計和更低的緩沖。

NB-IoT 要連接萬物

● 智慧城市：

花更少的錢來追蹤城市各方面的需求。NB-IoT 和 LTE 讓控制路燈、免費(fèi)停車位、環(huán)境條件等成為可能。正如上文中所提及的，NB-IoT 通訊模塊具備極具競爭力的價格優(yōu)勢。這些模塊，售價預(yù)估在 5 美元左右。

● 智能樓宇：

NB-IoT 能夠為建筑的寬帶連接提供支持。使用 LPWA 網(wǎng)絡(luò)直接連接傳感器到監(jiān)控系統(tǒng)中，從而增強(qiáng)安全。

● 計量：

智能計量的主要需求是網(wǎng)絡(luò)覆蓋。有些時候，儀表需要安裝到偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)或者地下。通過常規(guī)和小數(shù)據(jù)傳輸，NB-IoT 能夠很好的監(jiān)控燃?xì)獗砗退怼?/p>

● 消費(fèi)市場：

Cat M1，有時候稱之為 NB-IoT 替代者。兩項技術(shù)都能支持大規(guī)模傳感器，支持各種活動程度的數(shù)據(jù)連接。對于消費(fèi)者來說，可穿戴設(shè)備是物聯(lián)網(wǎng)的基石。物聯(lián)網(wǎng)的一個主要挑戰(zhàn)是如何探索出可持續(xù)的商業(yè)發(fā)展模型。相比較重新生產(chǎn)，傳感器和設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用可能會更貴。

小結(jié)

希望到這里你已經(jīng)對 NB-IoT 有了更深入的了解，知道它是如何運(yùn)作，又和其他 LPWAN 的技術(shù)有什么差別。全新的物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃將會在更好的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備下啟動，幫助創(chuàng)造一個極具吸引力的業(yè)務(wù)。