NB-IoT的技术特性及与多种LPWAN技术对比

时间：2018-12-07

基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things，NB-loT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只占用约180 kHz的频段，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署的成本，实现平滑升级。NB-IoT支持待机时间长、适合网络要求较多设备的高效连接，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。目前NB-IoT标准已经成熟，端到端产业链也在快速发展，从终端到系统、应用，整个行业都在积极推动产品成熟。3GPP协议中关于NB-IoT需要EPC核心网支持的功能有相对明确的描述，实际建网时运营商可以采用现网EPC升级方案，也可以采取全新建网方案。接下来将重点说明NB-IoT的技术特性及优势。

一、NB-loT的技术特性

1、快捷、灵活的部署方式。NB-IoT支持三种部署场景：

在LTE频带以外单独部署(Stand- -alone);

部署在LTE的保护频带(Guard-band);

部署在LTE频带之内(In-band)。

此外，NB-IoT也可以部署于以GSM/UMTS为代表的2G/3G网络。

2、更强的网络覆盖能力。NB-loT上行传输采用3.75 kHz子载波，具备更高的功率谱密度。另外，通过编码可以带来3～4 dB的增益，通过最大16倍的重传机制可以带来3～12 dB的增益。和GPRS相比，NB-IoT的覆盖可以提高20 dB以上，覆盖面更广、更深，有能力覆盖到地下停车场、地下管网。

3、接入容量大，建设成本低。NB-IoT可直接部署于2G/3G/4G网络，现有的射频与天线可以复用。在接入能力上，对于小流量、时延不敏感的应用场景，NB-IoT单个扇区可以支持5～10万个终端的接入，较现有蜂窝移动网络高出50～100倍。因此，运营商只需要很低的建设成本，就可以快速形成NB-IoT的承载能力。

4、终端低功耗。NB-IoT借助PSM和eDRX可实现更长的待机时间，其中PSM(PowerSaving Mode，节电模式)技术是Rel-12中新增的功能，在此模式下，终端仍旧注册在网但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠，以达到省电的目的。eDRX是Rel-13中新增的功能，进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动。相对于PSM，eDRX大幅度提升了下行可达性。

5、不支持连接态的移动性管理。NB-IoT最初被设计为适用于移动性支持不强的应用场景(如智能抄表、智能停车)，同时也可简化终端的复杂度、降低终端功耗，Rel-13中NB-IoT将不支持连接态的移动性管理，包括相关测量、测量报告、切换等。

二、NB-IoT技术应用

公用事业：抄表(水、气、电、热) 智能水务(管网、漏损、质检)、智能灭火器/消防栓。

区疗健康：药品溯源、运程医疗监测、血压表、血糖仪、护心甲监控。

智慧城市：智能路灯、智能停车、城市垃圾桶管理、公共安全/报警、建筑工地/城市水位监测。

消费者：可穿戴设备、自行车/助动车防盗、智能行李箱、VIP跟踪(小孩/老人/宠物/车辆租赁)、支付/POS机。

农业环境：精准种植(环境参数: 水/温/光/药/肥)、畜牧养殖(健康/追踪)、水产养殖、食品安全追溯、城市环境监控(水污染/噪声/空气质量PM2.5 )。

物流仓储：资产/集装箱跟踪、仓储管理、车队管理/跟踪、冷链物流(状态/追踪)。

智能楼字：门禁、智能HVAC、烟感/火警检测、电梯故障/维保。

制造行业：生产/设备状态监控、能源设施/油气监控、化工园区监测、大型租赁设备、预测性维护(家电、机械等)。

三、多种LPWAN技术对比

NB-IoT目标是典型的低速率、低频次业务模型，相等容量的电池使用寿命可达10年以上。

	Ra	Cat-1	eMTC	NB-IoT
标准组织	开放组织	3GPP	3GPP	3GPP
频谱	未授权	授权	授权	授权
信道带宽	7.8～500 kHz	1.4～20 MHz	1.4 MHz	180 MHz
系统带宽	125 kHz	1.4～20 MHz	1.4 MHz	180 MHz
峰值速率	180 bps～37.5 kbps	下行：10 Mbps 上行：5 Mbps	下行：1 Mbps 上行：1 Mbps	下行：234.7 Mbps 上行：204.8 Mbps
每天最大发行消息数	50000（BTS）	无限制	无限制	无限制
终端最大发设功率/dBm	14	23	23	23
MCL/dB	上行：156 下行：168（SF12，BW7.8）	144	156	164
终端功能	中低	中	中低	低

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