NB-IoT如何影响物联网的未来-低调大师

NB-IoT如何影响物联网的未来

2017-07-31 521

本文以NB-IoT标准的技术角度，暗示了低功耗设备的未来距离大规模生产只有短短几年。

5G计划在2020年部署，因此本文讨论NB-IoT以及它对物联网的重要技术背景。NB-IoT，即LTE Cat NB1，是关于以智能方式联接几十亿数量的设备的技术。该技术节省成本，支持低成本的设备使用低功耗，提供广域覆盖。LPWA（低功耗广域覆盖）技术是物联网产业的理论基础；它事实上联接任何地点的设备，并利用了已建立的移动通信网络。

达到新MTC应用的主要标准之一，是部署无线接入网络，该网络能降低电池消耗，广域覆盖，有效驱动低成本设备，符合各运营商的不同频段需求。在MTC应用中，我们能发现这些应用，智能抄表，财产监控，农业，车队和物流管理。巨量MTC设备通常只使用小量数据，并且一般位于无线信号恶劣的地区，比如，森林，农场和地下室。

运营注册的频段容易保证覆盖和运行。运营在非注册的频段会面临对网络内许多设备不可控的干扰。

电池和覆盖范围

基站密度和链路预算是影响移动通信网络覆盖的主要因素。和其它技术对比，比如，GPRS，WCDMA和LTE，NB-IoT的链路预算有20dB（译者注：从下表可以看出，NB-IoT的链路预算比GPRS高20dB，这意味着，NB-IoT设备在更弱的无线信号下，依然能正确解码，所以，NB-IoT比GPRS的覆盖范围更大。）的优势并适于低数据速率。

下表我们列出各技术的链路预算：

NB-IoT	164dB
GPRS	144dB
LTE	142.7dB

这20dB的改善意味着牺牲了其它因素，比如MTC应用的要求，但事实也不完全如此。NB-IoT满足延迟和电池寿命的要求。寿命依赖于设备能有效的转为睡眠模式，当不需要的时候，关闭电池的消耗。

像LTE一样，NB-IoT使用两个主要的RRC状态，

RRC_IDLE	节省用于发送测量报告的功耗和资源
RRC_CONNECTED	设备直接接收和发送数据

NB-IoT设计的灵活性

NB-IoT技术支持大范围的数据速率。这依赖于信道质量，信噪比和特定区域的资源数量。并且，每个设备有特定的链路预算，可以集合多个设备的功耗。

在某些情况下，NB-IoT设备主要受信号强度影响而不是带宽。这些设备关注于发射能量，针对窄带设备不失去效能。这种效率为其它设备空余出带宽。NB-IoT采用tone音和子载频而不是资源块。它的带宽是15KHz，和资源块不一样，资源块是180KHz。

在不同的地区，无论好的和差的覆盖区域，都可以通过增加带宽来提高数据速率。通过分配多个tone音和子载频，数据速率可以提高12倍。这种方法改善了容量。当设备有好的覆盖，数据速率就快。大多数时间，当NB-IoT设备部署在高密度网格或位于原有的LTE覆盖区域，就能达到良好覆盖。

值得注意的是，NB-IoT具有高复用和适应性数据速率。3GPP规定目标容量为，每户支持40个设备，每个小区支持52,200个设备（比如：伦敦等大城市）。模拟实验已完成200,000个设备每小区，4倍于原有目标。当然，发布时，NB-IoT会达到数据速率要求。

关于设备

可消费得起的调制解调器是传感器大规模部署的必要条件。检测和上报像温湿度的数据流程需要优化。对于以传感器为主的应用，数据速率和延迟可以降低。NB-IoT能有效满足这些要求。NB-IoT设备支持低物理层数据速率，在100kbps到200kbps之间，对于单音设备，速率能更低。

还有其它可优化的方面。比如，LTE MBB需要两根天线，而NB-IoT只需要一根接收天线。因此，基带解调器只需要一个接收器。

窄带的优势之一（NB-IoT的带宽200KHz相对于其它接入技术的带宽1.4MHz到20MHz）是模数以及数模转换，信道预测以及低缓存的复杂性。

NB-IoT使工业更智能

城市	监测一座城市需要很多方面并且要低成本。NB-IoT和LTE使得控制路灯，免费停车，环境监测等变的可能。如前所述，NB-IoT调制解调器具有竞争力的价格。比如，模组预计为5美元。
建筑物	NB-IoT可以支持建筑物的宽带接入。安保可以通过LPWA网络使用传感器监测。
抄表	也许智能抄表的主要要求是网络覆盖。有时，抄表需要在信号恶劣的地区，比如，偏远地区和地下。NB-IoT通过规律的小数据传送实现对煤气和水表的监测。这会导致更好的网络覆盖。
消费者	Cat M1（有时是NB-IoT的替代物）。两种技术都支持海量传感器，从大数据量到小数据量的活动。对于消费者，可穿戴是IoT的基石。IoT创建者面临的主要挑战之一是解决可持续商业模型。随着时间的推移，维护传感器和设备将比生产更昂贵。

结束语

希望你了解NB-IoT是什么，如何工作，以及和其它LPWA技术的区别。新颖的IoT需求将在更好的网络下实现，设备将实现一个更具吸引力的商业。

作者：王胜原

来源：51CTO

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