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LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)），典型的應(yīng)用場景如智能抄表。

　　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、自定義實現(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及其演進技術(shù)，這類技術(shù)基本都在3GPP（主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演進技術(shù)的相關(guān)標準）或3GPP2（主要制定CDMA相關(guān)標準）等國際標準組織進行了標準定義。

　　NB-IoT即是2015年9月在3GPP標準組織中立項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)界都非常認可未來IoT萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢，M2M通信前景也被3GPP視為標準生態(tài)壯大的重要機遇，而在萬物互聯(lián)的時代，具備低成本、低功耗、廣覆蓋、低速率特點的LPWAN技術(shù)將扮演重要角色，故3GPP也一直在推動相關(guān)機器類通信MTC技術(shù)的發(fā)展，且主要致力于在兩個方向上。

　　方向一：面對非3GPP技術(shù)挑戰(zhàn)，開展GSM技術(shù)的進一步演進和全新接入技術(shù)的研究。

　　長期以來，3GPP制式運營商的物聯(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)勢受到威脅，于是在2014年3月的GERAN #62會議上3GPP提出成立新的研究項目“FS_IoT_LC”，研究演進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、更強覆蓋等增強特性。

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

　　進入LTE及演進技術(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，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會議中3GPP提出成立新的SI“LTE_MTCe2_L1”研究，進一步研究更低成本、更低功耗、更強覆蓋的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)演進技術(shù)。

　　1、NB-IoT技術(shù)在國際上的標準化情況

　　1） NB-IoT的立項過程

　　在3GPP標準制定中，增加一個新技術(shù)的典型流程是先成立一個SI，通過研究項目得出技術(shù)報告，根據(jù)技術(shù)報告的研究成果，在同一個Release版本或下一個Release版本中成立一個相關(guān)的工作項目，通過工作項目輸出技術(shù)標準。NB-IoT的制定過程也是如此，如圖1所示。

　　圖1 3GPP Rel-13中IoT相關(guān)項目關(guān)系簡圖

　　如圖1所示，在GERAN組“FS_IoT_LC”的研究項目中，主要有3項技術(shù)被提出，分別是：擴展覆蓋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為英國物聯(lián)網(wǎng)公司，在2014年9月被華為收購），NB-LTE由愛立信、中興、諾基亞等廠商聯(lián)合提出，最終在2015年9月的RAN#69次全會經(jīng)過激烈討論，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：

　　前者對于LTE而言相當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)存在兼容問題，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)理論上改動較大; 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、降低功耗和時延、與GSM/UMTS/LTE的干擾共存、對GSM/EDGE基站的硬件影響等方面均滿足研究設(shè)想的指標要求，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低但還是會高于GSM模塊。

　　NB-CIoT和NB-LTE的更詳細對比可查閱3GPP文檔 RP-151550。NB-IoT在3GPP的大致立項過程如表1所示。

　　表1 NB-IoT的立項過程

　　3、 NB-IoT的標準進展

　　NB-IoT的3GPP標準核心部分將在2016年6月凍結(jié)，2016年9月將完成性能部分的標準制定，最后的一致性測試標準也將在2016年12月完成，詳細情況如表2所示。

　　表2 NB-IoT標準工作組的時間計劃

　　NB-IoT有三種運營模式，一種是獨立的在運營商的網(wǎng)絡(luò)外面重做；第二種是在LTE的保護帶上，實際上它主要的原理是上行是采用OFDMA，前后保留10kHz的保護帶，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。以下是它的幾個大特點：

　　1、廣覆蓋

　　NB-IoT技術(shù)能實現(xiàn)比GSM好20dB以上的覆蓋增益，覆蓋面積擴大100倍，在地下車庫、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倍的重傳機制增益3-12dB（付出時延代價，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5萬個連接，比現(xiàn)往高50倍（2G/3G/4G分別是14/128/1200），目前全球有約500萬個物理站點，假設(shè)全部署NB-IoT，每站點三扇區(qū)可接入的物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)將達4500億個。

　　窄帶技術(shù)：上行等效功率36信道*23dBm，提升信道容量

　　減少空口信令開銷，提升頻譜效率

　　基站優(yōu)化：獨立的準入擁塞控制與終端上下文信息存儲

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

　　3、低功耗

　　NB-IoT終端如每天發(fā)送一次200Byte報文，AA電池待機時間10年

　　單次的速傳時間縮短了

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

　　因為物聯(lián)網(wǎng)不像手機那么位置變化那么快，所以移動性的管理可以簡化。

　　4、低成本

　　目前單個模塊做出來的成本不會超過5美元，目標是要做到1美元左右。

　　180kHz窄帶，降低芯片復(fù)雜度；

　　簡化協(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。