NB-IoT的技術特性及與多種LPWAN技術對比
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産品成熟。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的技術特性
1、快捷、靈活的部署方式。NB-IoT支持三種部署場景:
在LTE频带以外单独部署(Stand- -alone);
部署在LTE的保護頻帶(Guard-band);
部署在LTE頻帶之內(In-band)。
此外,NB-IoT也可以部署于以GSM/UMTS爲代表的2G/3G網絡。
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,建設成本低。NB-IoT可直接部署于2G/3G/4G網絡,現有的射頻與天線可以複用。在接入能力上,對于小流量、時延不敏感的應用場景,NB-IoT單個扇區可以支持5~10萬個終端的接入,較現有蜂窩移動網絡高出50~100倍。因此,運營商只需要很低的建設成本,就可以快速形成NB-IoT的承載能力。
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、不支持連接態的移動性管理。NB-IoT最初被設計爲適用于移動性支持不強的應用場景(如智能抄表、智能停車),同時也可簡化終端的複雜度、降低終端功耗,Rel-13中NB-IoT將不支持連接態的移動性管理,包括相關測量、測量報告、切換等。
二、NB-IoT技術應用
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。
區療健康:藥品溯源、運程醫療監測、血壓表、血糖儀、護心甲監控。
智慧城市:智能路燈、智能停車、城市垃圾桶管理、公共安全/報警、建築工地/城市水位監測。
消費者:可穿戴設備、自行車/助動車防盜、智能行李箱、VIP跟蹤(小孩/老人/寵物/車輛租賃)、支付/POS機。
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 )。
物流倉儲:資産/集裝箱跟蹤、倉儲管理、車隊管理/跟蹤、冷鏈物流(狀態/追蹤)。
智能樓字:門禁、智能HVAC、煙感/火警檢測、電梯故障/維保。
制造行業:生産/設備狀態監控、能源設施/油氣監控、化工園區監測、大型租賃設備、預測性維護(家電、機械等)。
三、多種LPWAN技術對比
NB-IoT目標是典型的低速率、低頻次業務模型,相等容量的電池使用壽命可達10年以上。
|
Ra |
Cat-1 |
eMTC |
NB-IoT |
標准組織 |
開放組織 |
3GPP |
3GPP |
3GPP |
頻譜 |
未授權 |
授權 |
授權 |
授權 |
信道帶寬 |
7.8~500 kHz |
1.4~20 MHz |
1.4 MHz |
180 MHz |
系統帶寬 |
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 |
每天最大發行消息數 |
50000(BTS) |
無限制 |
無限制 |
無限制 |
終端最大發設功率/dBm |
14 |
23 |
23 |
23 |
MCL/dB |
上行:156 下行:168(SF12,BW7.8) |
144 |
156 |
164 |
終端功能 |
中低 |
中 |
中低 |
低 |
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