1、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)分類

　　物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)有很多種，從傳輸距離上區(qū)分，可以分為兩類：

　　一類是短距離通信技術(shù)，代表技術(shù)有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，典型的應(yīng)用場(chǎng)景如智能家居;

　　另一類是廣域網(wǎng)通信技術(shù)，業(yè)界一般定義為L(zhǎng)PWAN（低功耗廣域網(wǎng)），典型的應(yīng)用場(chǎng)景如智能抄表。

　　LPWAN技術(shù)又可分為兩類：一類是工作在非授權(quán)頻段的技術(shù)，如Lora、Sigfox等，這類技術(shù)大多是非標(biāo)、自定義實(shí)現(xiàn);

　　一類是工作在授權(quán)頻段的技術(shù)，如GSM、CDMA、WCDMA等較成熟的2G/3G蜂窩通信技術(shù)，以及目前逐漸部署應(yīng)用、支持不同category終端類型的LTE及其演進(jìn)技術(shù)，這類技術(shù)基本都在3GPP（主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演進(jìn)技術(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）或3GPP2（主要制定CDMA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)定義。

　　NB-IoT即是2015年9月在3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織中立項(xiàng)提出的一種新的窄帶蜂窩通信LPWAN技術(shù)。

　　2、3GPP MTC技術(shù)的發(fā)展

　　在NB-IoT提出之前，業(yè)界都非常認(rèn)可未來(lái)IoT萬(wàn)物互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì)，M2M通信前景也被3GPP視為標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)壯大的重要機(jī)遇，而在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，具備低成本、低功耗、廣覆蓋、低速率特點(diǎn)的LPWAN技術(shù)將扮演重要角色，故3GPP也一直在推動(dòng)相關(guān)機(jī)器類通信MTC技術(shù)的發(fā)展，且主要致力于在兩個(gè)方向上。

　　方向一：面對(duì)非3GPP技術(shù)挑戰(zhàn)，開(kāi)展GSM技術(shù)的進(jìn)一步演進(jìn)和全新接入技術(shù)的研究。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，3GPP制式運(yùn)營(yíng)商的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要依靠成本低廉的GPRS模塊，然而由于Lora、Sigfox等新技術(shù)的出現(xiàn)，GPRS模塊在成本、功耗和覆蓋方面的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)受到威脅，于是在2014年3月的GERAN #62會(huì)議上3GPP提出成立新的研究項(xiàng)目“FS_IoT_LC”，研究演進(jìn)GERAN系統(tǒng)和新接入系統(tǒng)的可行性，以支持更低復(fù)雜度、更低成本、更低功耗、更強(qiáng)覆蓋等增強(qiáng)特性。

　　方向二：考慮未來(lái)替代2G/3G物聯(lián)網(wǎng)模塊，研究低成本、演進(jìn)的LTE-MTC技術(shù)。

　　進(jìn)入LTE及演進(jìn)技術(shù)發(fā)展階段后，3GPP也定義了許多可適用物聯(lián)網(wǎng)不同業(yè)務(wù)需求場(chǎng)景的終端類型，Rel-8版本已定義不同速率的 catogery1-5的終端類型，在之后的版本演進(jìn)中，在新定義支持高帶寬、高速率的catogery 6、catogery 9等終端類型的同時(shí)，也新定義了更低成本、支持更低功耗的catogery 0（Rel-12）終端類型。在Cat.0的基礎(chǔ)上，在2014年9月的RAN #65會(huì)議中3GPP提出成立新的SI“LTE_MTCe2_L1”研究，進(jìn)一步研究更低成本、更低功耗、更強(qiáng)覆蓋的LTE-MTC技術(shù)。

　　NB-IoT正是源于方向一中全新接入技術(shù)的研究。此外，除了上述兩個(gè)方向，3GPP同樣一直在研究更低功耗的節(jié)電技術(shù)，以及在系統(tǒng)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)同步更新支持相關(guān)演進(jìn)技術(shù)。

　　1、NB-IoT技術(shù)在國(guó)際上的標(biāo)準(zhǔn)化情況

　　1） NB-IoT的立項(xiàng)過(guò)程

　　在3GPP標(biāo)準(zhǔn)制定中，增加一個(gè)新技術(shù)的典型流程是先成立一個(gè)SI，通過(guò)研究項(xiàng)目得出技術(shù)報(bào)告，根據(jù)技術(shù)報(bào)告的研究成果，在同一個(gè)Release版本或下一個(gè)Release版本中成立一個(gè)相關(guān)的工作項(xiàng)目，通過(guò)工作項(xiàng)目輸出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。NB-IoT的制定過(guò)程也是如此，如圖1所示。

　　圖1 3GPP Rel-13中IoT相關(guān)項(xiàng)目關(guān)系簡(jiǎn)圖

　　如圖1所示，在GERAN組“FS_IoT_LC”的研究項(xiàng)目中，主要有3項(xiàng)技術(shù)被提出，分別是：擴(kuò)展覆蓋GSM技術(shù)EC-GSM（Extended Coverage-GSM），NBCIoT技術(shù)和NB-LTE技術(shù)。

　　其中NB-CIoT由華為、高通和Neul聯(lián)合提出（Neul為英國(guó)物聯(lián)網(wǎng)公司，在2014年9月被華為收購(gòu)），NB-LTE由愛(ài)立信、中興、諾基亞等廠商聯(lián)合提出，最終在2015年9月的RAN#69次全會(huì)經(jīng)過(guò)激烈討論，最終協(xié)商統(tǒng)一為一種技術(shù)方案，即NB-IoT。

　　2、NB-CIoT和NB-LTE相比：

　　前者對(duì)于LTE而言相當(dāng)于提出了一種全新的空口技術(shù)，意味著與舊版LTE網(wǎng)絡(luò)存在兼容問(wèn)題，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)理論上改動(dòng)較大; 而后者傾向和現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)盡量兼容。

　　NB-CIoT在增強(qiáng)室內(nèi)覆蓋、支持巨量低速率終端、減少終端復(fù)雜度、降低功耗和時(shí)延、與GSM/UMTS/LTE的干擾共存、對(duì)GSM/EDGE基站的硬件影響等方面均滿足研究設(shè)想的指標(biāo)要求，最關(guān)鍵的是NB-CIoT模塊的成本估算甚至可以低于GSM模塊，而NB-LTE成本雖然比eMTC低但還是會(huì)高于GSM模塊。

　　NB-CIoT和NB-LTE的更詳細(xì)對(duì)比可查閱3GPP文檔 RP-151550。NB-IoT在3GPP的大致立項(xiàng)過(guò)程如表1所示。

　　表1 NB-IoT的立項(xiàng)過(guò)程

　　3、 NB-IoT的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

　　NB-IoT的3GPP標(biāo)準(zhǔn)核心部分將在2016年6月凍結(jié)，2016年9月將完成性能部分的標(biāo)準(zhǔn)制定，最后的一致性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)也將在2016年12月完成，詳細(xì)情況如表2所示。

　　表2 NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)工作組的時(shí)間計(jì)劃

　　NB-IoT有三種運(yùn)營(yíng)模式，一種是獨(dú)立的在運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)外面重做；第二種是在LTE的保護(hù)帶上，實(shí)際上它主要的原理是上行是采用OFDMA，前后保留10kHz的保護(hù)帶，它有兩種子載波間隔，一種是3.75kHz的，另一種是間隔15kHz的；第三種是帶內(nèi)模式：可利用LTE載波中間的任何資源塊。以下是它的幾個(gè)大特點(diǎn)：

　　1、廣覆蓋

　　NB-IoT技術(shù)能實(shí)現(xiàn)比GSM好20dB以上的覆蓋增益，覆蓋面積擴(kuò)大100倍，在地下車庫(kù)、地下管道也能覆蓋到。

　　上行工具譜密度增益17dB（NB-IoT的200mw/3.75kHz相比2G/3G/LTE的200mw/180kHz）

　　2-16倍的重傳機(jī)制增益3-12dB（付出時(shí)延代價(jià)，10s，但業(yè)務(wù)允許）

　　編譯碼增益3-4dB

　　2、大連接

　　NB-IoT單扇區(qū)支持5萬(wàn)個(gè)連接，比現(xiàn)往高50倍（2G/3G/4G分別是14/128/1200），目前全球有約500萬(wàn)個(gè)物理站點(diǎn)，假設(shè)全部署NB-IoT，每站點(diǎn)三扇區(qū)可接入的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)將達(dá)4500億個(gè)。

　　窄帶技術(shù)：上行等效功率36信道*23dBm，提升信道容量

　　減少空口信令開(kāi)銷，提升頻譜效率

　　基站優(yōu)化：獨(dú)立的準(zhǔn)入擁塞控制與終端上下文信息存儲(chǔ)

　　核心網(wǎng)優(yōu)化：終端上下文存儲(chǔ)與下行數(shù)據(jù)緩存

　　3、低功耗

　　NB-IoT終端如每天發(fā)送一次200Byte報(bào)文，AA電池待機(jī)時(shí)間10年

　　單次的速傳時(shí)間縮短了

　　終端99%的時(shí)間都工作在節(jié)能模式（PSM），這個(gè)節(jié)能模式和手機(jī)的節(jié)能模式不一樣，終端仍然注冊(cè)在網(wǎng)，但信令不可達(dá)。終端處于深度睡眠，99%的時(shí)間終端的功耗只有15微瓦。它的睡眠的時(shí)間比較長(zhǎng)，能減少終端監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)的頻度。

　　因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)不像手機(jī)那么位置變化那么快，所以移動(dòng)性的管理可以簡(jiǎn)化。

　　4、低成本

　　目前單個(gè)模塊做出來(lái)的成本不會(huì)超過(guò)5美元，目標(biāo)是要做到1美元左右。

　　180kHz窄帶，降低芯片復(fù)雜度；

　　簡(jiǎn)化協(xié)議棧（500Byte），減少片內(nèi)Flash/RAM；

　　5、低采樣率

　　單天線、半雙工，射頻成本低；

　　峰均比低，單片SOC內(nèi)置23dBm發(fā)射功率的功效。