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原标题:深度剖析NB-IOT手艺及其市场趋向

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1、弁言

NB-IoT是手艺演进和市场竞争的综合产品,因为将来的市场被分歧看好,装备厂商在尺度订定历程中曾剧烈争取市场份额,但预期到达的特性目标仍是根本分歧的,尺度也仍在加快订定中。

2、NB-IoT手艺的布景

2.1 物联网通讯手艺分类

物联网通讯手艺有许多种,从传输间隔上辨别,能够分为两类:

一类是短距离通讯手艺,代表手艺有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等,典范的使用场景如智能家居

另外一类是广域网通讯手艺,业界普通界说为LPWAN(低功耗广域网),典范的使用场景如智能抄表。

LPWAN手艺又可分为两类:一类是事情在非授权频段的手艺,如Lora、Sigfox等,这类手艺大多是非标、自定义实现;

一类是事情在授权频段的手艺,如GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通讯手艺,以及今朝逐步布置使用、撑持差别category终端范例的LTE及其演进手艺,这类手艺根本都在3GPP(次要订定GSM、WCDMA、LTE及其演进手艺的相干尺度)或3GPP2(次要订定CDMA相干尺度)等国际标准构造停止了尺度界说。

NB-IoT即是2015年9月在3GPP尺度构造中立项提出的一种新的窄带蜂窝通讯LPWAN手艺。

2.2 3GPP MTC手艺的开展

在NB-IoT提出之前,业界都十分承认将来IoT万物互联的发展趋势,M2M通讯远景也被3GPP视为尺度生态强大的主要机缘,而在万物互联的时期,具有低成本、低功耗、广笼盖、低速率特性的LPWAN手艺将饰演主要脚色,故3GPP也一直在鞭策相干机械类通讯MTC手艺的开展,且次要致力于在两个方向上。

标的目的一:面临非3GPP手艺应战,展开GSM手艺的进一步演进和全新接入手艺的研讨。

长期以来,3GPP制式运营商的物联网业务次要依托本钱昂贵的GPRS模块,但是因为Lora、Sigfox等新技术的呈现,GPRS模块在本钱、功耗和笼盖方面的传统优势遭到要挟,因而在2014年3月的GERAN #62会议上3GPP提出成立新的研讨项目“FS_IoT_LC”,研讨演进GERAN系统和新接入系统的可行性,以撑持更低复杂度、更低成本、更低功耗、更强笼盖等加强特性。

标的目的二:思索将来替换2G/3G物联网模块,研讨低成本、演进的LTE-MTC手艺。

进入LTE及演进技术发展阶段后,3GPP也界说了很多可合用物联网差别业务需求场景的终端范例,Rel-8版本已界说差别速率的 catogery1-5的终端范例,在以后的版本演进中,在新界说撑持高带宽、高速率的catogery 6、catogery 9等终端范例的同时,也新界说了更低成本、撑持更低功耗的catogery 0(Rel-12)终端范例。在Cat.0的基础上,在2014年9月的RAN #65会议中3GPP提出成立新的SI“LTE_MTCe2_L1”研讨,进一步研讨更低成本、更低功耗、更强笼盖的LTE-MTC手艺。

NB-IoT恰是源于标的目的一中全新接入手艺的研讨。另外,除了上述两个标的目的,3GPP一样一直在研讨更低功耗的节电手艺,以及在系统架构和网络侧同步更新撑持相干演进手艺。

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3.1 NB-IoT的立项历程

在3GPP尺度订定中,增长一个新技术的典范流程是先建立一个SI,经由过程研讨项目得出手艺陈述,按照手艺陈述的研究成果,在同一个Release版本或下一个Release版本中建立一个相干的事情项目,经由过程事情项目输出技术标准。NB-IoT的订定历程也是云云,如图1所示。

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图1 3GPP Rel-13中IoT相干项目干系简图

如图1所示,在GERAN组“FS_IoT_LC”的研讨项目中,次要有3项手艺被提出,分别是:扩大笼盖GSM手艺EC-GSM(Extended Coverage-GSM),NBCIoT手艺和NB-LTE手艺。

此中NB-CIoT由华为、高通和Neul结合提出(Neul为英国物联网公司,在2014年9月被华为收买),NB-LTE由爱立信、复兴、诺基亚等厂商结合提出,终极在2015年9月的RAN#69次全会颠末剧烈会商,终极协商统一为一种手艺计划,即NB-IoT。

NB-CIoT和NB-LTE比拟:

前者关于LTE而言相当于提出了一种全新的空口手艺,意味着与旧版LTE网络存在兼容问题,在网络侧理论上窜改较大; 而后者偏向和现有LTE网络只管兼容。

NB-CIoT在加强室内笼盖、撑持巨量低速率终端、削减终端复杂度、低落功耗和时延、与GSM/UMTS/LTE的滋扰共存、对GSM/EDGE基站的硬件影响等方面均满意研讨假想的目标要求,最枢纽的是NB-CIoT模块的本钱预算以至能够低于GSM模块,而NB-LTE本钱固然比eMTC低但仍是会高于GSM模块。

NB-CIoT和NB-LTE的更具体比照可查阅3GPP文档 RP-151550。NB-IoT在3GPP的大抵立项历程如表1所示。

表1 NB-IoT的立项历程

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3.2 NB-IoT的尺度停顿

NB-IoT的3GPP尺度焦点部门将在2016年6月解冻,2016年9月将完成机能部门的尺度订定,最初的一致性测试尺度也将在2016年12月完成,详细情况如表2所示。

表2 NB-IoT尺度工作组的工夫方案

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3GPP NB-IoT事情项目总体上肯定将界说一种关于E-UTRAN非后向兼容、有较大变更的蜂窝物联网无线接入新技术,以处理室内笼盖加强、撑持巨量低速率装备接入、低时延敏感、超低装备本钱、低功耗和网络架构优化等成绩。

因为NB-IoT尺度还在订定中,许多提案仍在会商和提交,差别场景下的仿真成果也还没有总结,如庇护带和带内布置方法下的笼盖目标。

本章节将次要基于相干工作组的项目目的形貌和TR45.820的仿真数据,引见一些NB-IoT的特性。

(1)灵敏布置、窄带、低速率、低成本、高容量已肯定的部门目的要求以下:

宜撑持3 种布置方法: 自力布置、庇护带布置、带内布置,如图2所示。

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图2 NB-IoT的3种差别布置方法

自力布置模式:能够操纵零丁的频带,合适用于GSM频段的重耕;Guard-band模式:能够操纵LTE系统中边沿无用频带;

带内模式:能够操纵LTE载波中央的任何资本块。

RF带宽180kHz(上行/下行)(思索双方庇护带,也被形貌为200kHz)。

下行:OFDMA,子载波距离15kHz。

上行:SC-FDMA,Single-tone:3.75kHz/15kHz,Multi-tone:15kHz。

仅需撑持半双工。

终端撑持对Single-tone和Multi-tone才能的唆使。

MAC/RLC/PDCP/RRC层处置基于已有的LTE流程和和谈,物理层停止相干优化。

设想零丁的同步旌旗灯号。

TR45.820中对速率的预期目标要求是上下行最少撑持160kbps,今朝NB-IoT速率预估的范畴为下行小于250kbps,上行小于250kbps(Multi-tone)/20kbps(Single-tone)。

按照TR45.820中典范业务模子下的仿真测试数据,单小区可撑持5万个NB-IoT终端接入。

终端模块的本钱关于物联网手艺开展至关重要,特别是巨量接入的物联网使用场景,而NB-IoT模块的本钱预估可掌握在5美金之内,以至更低。

(2)笼盖加强、低时延敏感

按照TR45.820的仿真数据,能够肯定在自力布置方法下,NB-IoT笼盖才能应也可达164dB,带内布置和庇护带布置还有待仿真测试。

NB-IoT为实现笼盖加强接纳了重传(可达200次)和低阶调制等机制,今朝能否NB-IoT不需撑持16QAM仍在被会商中。

同时在耦合消耗达164dB的情况下,假如供给可靠的数据传输,因为大量数据重传将招致时延增长,TR45.820中仿真测试了非常陈述业务场景、保证99%可靠性、差别耦合消耗情况下的时延(辨别有没有头紧缩),成果如表3所示。

表3 非常陈述业务场景、保证99%可靠性、差别耦合消耗情况下的时延

今朝3GPP IoT假想许可时延约为10s,但实践能够撑持更低时延,如6s阁下(最大耦合消耗情况),更具体可查阅TR45.820中NB-CIoT的仿真成果。

(3)不支持连接态的移动性管理

NB-IoT最后就被假想为适用于移动性撑持不强的使用场景(如智能抄表、智能泊车),同时也可简化终端的复杂度、低落终端功耗,Rel-13中NB-IoT将不支持连接态的移动性管理,包罗相干丈量、丈量陈述、切换等。

(4)低功耗

NB-IoT借助PSM和eDRX可实现更长待机。此中PSM(Power Saving Mode,节电模式)手艺是Rel-12中新增的功用,在此模式下,终端如故注册在网但信令不成达,从而使终端更长时间驻留在深就寝以到达省电的目标。eDRX是Rel-13中新增的功用,进一步耽误终端在闲暇模式下的就寝周期,削减领受单位不必要的启动,相对PSM,大幅度提拔了下行可达性。PSM和eDRX节电机制如图3所示:

图3 PSM和eDRX节电机制

NB-IoT目的是关于典范的低速率、低频次业务模子,等容量电池期限可达10年以上。按照TR45.820的仿真数据,在耦合消耗164dB的卑劣情况,PSM和eDRX均布置,假如终端天天发送一次200byte报文,5瓦时电池期限可达12.8年,如表4所示:

表4 集成PA的电池期限预算

5、基于NB-IoT的次要业务举例

思索NB-IoT的特性, NB-IoT手艺可满意对低功耗/长待机、深笼盖、大容量有所要求的低速率业务;同时因为关于移动性撑持较差,更合适静态业务场景或非持续挪动、及时传输数据的业务场景,而且业务对时延低敏感,能够思索的业务范例以下:

(1)自立非常陈述业务范例。如烟雾报警探测器、智能电表停电的告诉等,上行数据极小数据量需求(十字节量级),周期多以年、月为单元。

(2)自立周期陈述业务范例。如智能公用事业(煤气/水/电)丈量陈述、智能农业、智能情况等,上行较小数据量需求(百字节量级),周期多以天、小时为单元。

(3)网络指令业务范例。如开启/封闭、装备触发发送上行陈述、恳求抄表,下行极小数据量需求(十字节量级),周期多以天、小时为单元。

(4)软件更新业务范例。如软件补钉/更新,上行下行较大数据量需求(千字节量级),周期多以天、小时为单元。

华为已与全球多家运营商在中国、德国、西班牙、阿联酋等国共同完成了基于NB-IoT手艺智能水表、智能泊车、智能垃圾箱业务的功用考证。

此中沃达丰和华为于2015年末在西班牙完成了NB-IoT预尺度的第一个试商用测试,成功地将NB-IoT手艺整合到沃达丰现有挪动网络中,发送NB-IoT动静给水表中的物联网模块,水表的安排情况凡是在壁橱等荫蔽情况,且水表无法外接电源,NB-IoT可有用处理笼盖及功耗等成绩。

华为与中国联通、中国移动也均已开端商用测试和协作,此中2015年MWC,华为结合上海联通布置首个基于商用网络的智能泊车尝试网络。因为NB-IoT标准化未完成,今朝的试商用都长短标的计划,不外与终极解冻的尺度NB-IoT业务结果比拟,差别该当其实不大。

6、结语

NB-IoT是手艺演进和市场竞争的综合产品,因为将来的市场被分歧看好,装备厂商在尺度订定历程中曾剧烈争取话语权,但预期到达的特性目标仍是根本分歧的,尺度也仍在加快订定中。

今朝产业链也在积极地展开实验测试及试商用,在不远的未来,NB-IoT将很可能被普遍使用在差别的垂直行业,并就此开启万物互连的新领域、新时期。

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