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6 月中旬工信部發(fā)文全面推進(jìn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）的建設(shè)發(fā)展，讓本就蓄勢(shì)待發(fā)的 NB-IoT 市場(chǎng)，變得一觸即發(fā)。作為全球 NB-IoT 主導(dǎo)方之一，國(guó)內(nèi)有運(yùn)營(yíng)商及設(shè)備商很多都參與了 NB-IoT 的標(biāo)準(zhǔn)制定。
物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)很多，一類是局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，一類是廣域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，為何 NB-IoT 成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代那顆最亮的星，且沒(méi)有之一。
局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)
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廣域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)分析
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那么本期《趣科技》我們就來(lái)刨根問(wèn)底，看看 NB-IoT 到底是何方神圣？
NB-IoT 誕生史
低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）有兩大家族，一個(gè)是工作于未授權(quán)頻譜的 LoRa、SigFox 等，一個(gè)是工作于授權(quán)頻譜下，3GPP 支持的 2/3/4G 蜂窩通信技術(shù)。面對(duì)興起的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，3GPP 主要有三大標(biāo)準(zhǔn)，即 LTE-M、EC-GSM 和 NB-IoT，分別基于 LTE 演進(jìn)、GSM 演進(jìn)和 Clean Slate 技術(shù)。
2015 年 8 月，3GPP RAN 開始立項(xiàng)研究窄帶無(wú)線接入全新的空口技術(shù)，稱為 Clean Slate CIoT。
那時(shí)，存在兩大勢(shì)利，華為、高通和 Neul 聯(lián)合提出 NB-CIoT，愛(ài)立信、諾基亞等廠家提出 NB-LTE。
NB-CIoT 提出了全新的空口技術(shù)，相對(duì)來(lái)說(shuō)在現(xiàn)有 LTE 網(wǎng)絡(luò)上改動(dòng)較大，但 NB-CIoT 是提出的 6 大 Clean Slate 技術(shù)中，唯一一個(gè)滿足在 TSG GERAN #67 會(huì)議中提出的 5 大目標(biāo)（提升室內(nèi)覆蓋性能、支持大規(guī)模設(shè)備連接、減小設(shè)備復(fù)雜性、減小功耗和時(shí)延）的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是 NB-CIoT 的通信模塊成本低于 GSM 模塊和 NB-LTE 模塊。
NB-LTE 更傾向于與現(xiàn)有 LTE 兼容，其主要優(yōu)勢(shì)在于容易部署。
最終，在 2015 年 9 月的 RAN #69 會(huì)議上經(jīng)過(guò)激烈的 PK，NB-CIoT 與 NB-LTE 融合產(chǎn)物勝出，這就是 NB-IoT。
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NB-IoT 全名 Narrow Band Internet of Things，即基于蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)。
推動(dòng) NB-IoT 問(wèn)世以及驅(qū)動(dòng)其落地的背后因素是什么？
2G 到 4G，通信的核心是人。而隨著 4G 的發(fā)展，“物”也成為了一大核心，這始于物聯(lián)網(wǎng)的推動(dòng)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展出現(xiàn)了分支，一邊是大流量、一邊是小數(shù)據(jù)，一邊是移動(dòng)寬帶、一邊是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。
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3GPP 專門為了 IoT 設(shè)計(jì)了 cat0 終端 MTC，但是帶寬還是 20M，成本、耗電等都降不下來(lái)，因此 R12 階段就被“下課”；隨后，在 R13 階段設(shè)計(jì)了 cat M 終端，帶寬縮小到 1.4M，成本、耗電等問(wèn)題得到一定解決，但在 R13 也凍結(jié)了 eMTC 的研究，轉(zhuǎn)而走 NB-IOT 路線了。
四大特點(diǎn)解讀
NB-IoT 的特點(diǎn)就是廣覆蓋、低功耗、低成本、大連接。
廣覆蓋
NB-IoT 可做到 164 dB MCL（最大耦合損耗即從基站天線端口到終端天線端口的路徑損耗），比 GPRS 強(qiáng) 20dB。NB-IoT 要做到比 GSM 覆蓋增強(qiáng) 20dB，列出了一個(gè)自身“潛力”公式：
20 dB =7 dB（功率譜密度提升）+ 12 dB（重傳增益）+ 0-3 dB （多天線增益）
那么其大招也就顯而易見(jiàn)了：
- 提升功率譜密度，增益為 7 dB
NB-IoT 上行功率譜密度增強(qiáng) 17dB，考慮 GSM 終端發(fā)射功率最大可以到 33dBm，NB-IoT 發(fā)射功率最大 23dBm，所以實(shí)際 NB-IoT 終端比 GSM 終端功率譜密度高 7dB。
- 反復(fù)重傳，增益一般為 12 dB
- 多天線增益，一般為 0-3 dB
當(dāng)然有利也有弊，在擁有物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)面積非常廣的優(yōu)勢(shì)下，傳輸速度與傳輸?shù)念l率成了犧牲品。
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低功耗
要做到低功耗，NB-IoT 采取的策略很簡(jiǎn)單，就是能有多懶就做到多懶。eDRX 和 PSM 是 NB-IoT 的兩大省電技術(shù)。
DRX(Discontinuous Reception)，又稱不連續(xù)接收，eDRX 意味著擴(kuò)展 DRX 周期，終端可睡更長(zhǎng)時(shí)間。這就是終端睡覺(jué)的“依據(jù)”，又分為 idle DRX、connect DRX、inactive timer 三種模式。DRX 讓終端周期性的進(jìn)入睡眠狀態(tài)，不用時(shí)刻監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)，只在需要的時(shí)候進(jìn)行工作即可。
在 idle 模式下，使用 DRX 去監(jiān)聽(tīng)尋呼消息。終端在一個(gè) DRX 的周期內(nèi)，通過(guò)判斷 PDCCH 上是否攜帶有 P—RNTI，進(jìn)而去判斷相應(yīng)的 PDSCH 上是否有承載尋呼消息。如果在 PDCCH 上攜帶有 P-RNTI，就按照 PDCCH 上指示的 PDSCH 的參數(shù)去接收 PDSCH 物理信道上的數(shù)據(jù)；而如果終端在 PDCCH 上未解析出 P-RNTI，則無(wú)需再去接收 PDSCH 物理信道，就可以依照 DRX 周期進(jìn)入休眠。
connect DRX 模式可以理解為終端根據(jù)實(shí)際情況判斷能否忙里偷閑睡個(gè)覺(jué)，看個(gè)圖也許就能明白。
終端在時(shí)間軸上劃分為激活期（On duration Timer）需要像打了雞血一樣工作，而休眠期就是“Long Drx Cycle” 減去 “On duration Timer”，于是就有了忙里偷閑的機(jī)會(huì)。
RRC inactive timer 即主動(dòng)讓終端休息去的機(jī)制，用通俗的話來(lái)講就是，活干完的早就可以早下班的彈性工作制。
PSM（Power Saving Mode），即省電模式。在 PSM 模式下，相當(dāng)于關(guān)機(jī)狀態(tài)，所以更加省電。
低功耗是所有通訊追求的目標(biāo)，但 NB-IoT 使用的是 AA 電池，但是這對(duì)電池的壽命和使用環(huán)境的要求也相應(yīng)增高?？磥?lái)供電技術(shù)的后援還需要跟上?。?/p>
低成本
在降低成本方面 NB-IoT 精打細(xì)算，通過(guò)減少協(xié)議棧處理開銷與不必要的硬件的方式達(dá)到目的，即舍棄了 LTE 物理層的上行共享信道、物理混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求或指示信道等，并采用單天線和 FDD 半雙工模式以降低 RF 成本。
同樣，低速率與低帶寬意味著芯片處理復(fù)雜度降低，芯片成本隨之降低，因此模塊成本小于 5 美元、2020 年實(shí)現(xiàn) 2-3 美元，是非常誘人的。
大連接
最后就要說(shuō)說(shuō)大連接了，NB 可謂是海量連接，每小區(qū)可達(dá) 50K 連接，那么這也表明在同一基站下，NB-IoT 可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供 50~100 倍的接入數(shù)。
單小區(qū) 50K 用戶是如何實(shí)現(xiàn)？
NB-IoT 的基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)的, 話務(wù)模型是終端很多，但是每個(gè)終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對(duì)時(shí)延的要求不敏感?？梢栽O(shè)計(jì)更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，這樣可以讓 50k 左右的終端同時(shí)在一個(gè)小區(qū)，大量終端處于休眠態(tài)，但是上下文信息由基站和核心網(wǎng)維持，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)送，可以迅速進(jìn)入激活態(tài)。這是根本原因。
大連接是物聯(lián)網(wǎng)的終極目標(biāo)，但是面對(duì) NB-IoT 這樣窄帶的空中資源來(lái)說(shuō)，大連接也暴露出一大弊端，就是擁塞，也因此影響大連接的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)于 NB-IoT 我們這期《趣科技》就說(shuō)這么多，下期我們來(lái)解析一下 NB-IoT 與 LoRa 的巔峰對(duì)決。與此同時(shí)，與非網(wǎng)本周也將推出 NB-IoT 版《芯榜單》看看這個(gè)圈里的大佬人物都是何許人也。
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