作者：***
来源：《计算机与网络》2021年第04期绝对湿度by可有可无
摘要：信息技术的发展推进了移动互联网的普及，也助推了物联网的发展，基于蜂窝技术的NB-IoT也逐渐应用到了多个行业和业务领域。介绍了NB-IoT的发展情况以及蜂窝技术背景，分析和论述了NB-IoT的技术性能和优势，并对以蜂窝为支撑的NB-IoT的应用实践进行了总结。NB-IoT适用于低速率业务和静态业务，在对非连续移动、实时传输数据要求严格的业务场景有明显优势，将成为物联网应用的主要应用技术。 关键词：蜂窝技术;NB-IoT;技术性能;信息技术
中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1008-1739（2021）04-56-3
0引言
科学技术的发展推进了移动互联网的普及，物联网也迅速得到发展。在这一过程中，NB-IoT的应用领域在不断增多，为进一步提高物联网使用成效提供了帮助。NB-IoT属于3GPP技术，可叠加在现有2G/3G/LTE的网络上，有专用的频段，已被中国三大运营商及全球多个运营商采纳。同时，NB-IoT设备的电池使用寿命超过10年，使用成本相对较低。在蜂窝网络已经覆盖全球50%以上地理面积和90%人口的基础上，NB-IoT有着极为广阔的发展空间和应用场景。为了提高窄带物联网的实用性，满足人们的物联网使用需求，对以
蜂窝技术为基础的NB-IoT进行了深入研究。
1 NB-IoT发展概述
NB-IoT是一种以蜂窝网络为平台的物联网，分属于万物物联网络[1]。蜂窝技术应用的主要目标是建立大型的蜂窝小区，现阶段蜂窝技术不仅包括宏蜂窝技术，还包括微蜂窝技术和智能蜂窝技术。基于蜂窝技术，移动通信技术人员将构建蜂窝网络，有分布式蜂窝通信系统和蜂窝移动电话系统之分。在2014年，窄带技术NB M2M被提出，次年该技术与NB OFDMA融合形成NB-CIoT，然后又将后者与NB-LTE融合，最终形成了NB-IoT。这种基于蜂窝的物联网可以被直接部署在GSM，UMTS，LTE网络当中，而且所需带宽和部署成本不高，十分有利于实现平滑升级。在实践中，NB-IoT构建环节所需的带宽频段仅为180 kHz，被广泛应用于多个垂直行业。现阶段，全球NB-IoT标准制定开展的如火如荼，我国也在其中扮演了重要角。国内多个城市启动了外场规模组网试验，预计到2025年，NB-IoT将成为国内5G物联网主流技术。 2蜂窝支持下的NB-IoT技术性能
2.1信号广
对于以蜂窝网络为支撑的NB-IoT而言，最为突出的技术特点是信号覆盖范围广。与现有的网络相比，在同频段当中NB-IoT不仅可以增加20 dB，还具有更为广泛的信号覆盖范围[2]。从当前的比较情况来看，频段相同的情况下，NB-IoT的信号覆盖面积是传统网络的百倍。而且，NB-IoT的速率与TB大小、RU数量以及重发次数有关。若要提高信号质量，可通过推进信号接收方式合并或基于重复传输来实现。在对中国移动的某一试点进行4G和NB-IoT技术覆盖测试时，在4G覆盖测试的PCI，RSRP，RSRQ，SINR速度分别为292 MB/s，-107.7 dBm，-8，3;而NB-IoT测试值分别为189 MB/s，-100 dBm，-11，12。
2.2多连接
NB-IoT技术有着十分强大的多连接性能，可以支撑海量连接，意味着在单一扇区之内可支撑的连接能达到十万个。同一下，蜂窝支持的NB-IoT技术接入数量可以达到现有无线技术的50倍，最高接入数量甚至是现有的100倍，可以构建出一种支持低延时敏感度的优质网络，使得基于小空间可放置多设备，而且设备之间彼此不会干扰。通过NB-IoT技术可有效提升上行等效功率、降低空口信令开销，更有助于提升频谱效率和通信容量，实现多连接和强连接[3]。
2.3低功率
功率高低是衡量通信技术有效性的重要指标，而对于NB-IoT技术低功率恰恰是其最具代表性的特点，适用于电池更换不便的场合和设备，可以提供更为便利的移动通信条件。通过节约不必要的功耗，既能为用户提供方便，又能为运营商带来充足盈利，符合大数据时代背景下的节能和便利要求。实践发现，NB-IoT可以使终端芯片的负载程度和耗电程度大幅下降，空口信令得到简化，提升网络传输效率。同时，还可以延长TAU/RAU周期，并减少位置更新频次。经测量，NB-IoT在PSM模式和IDLE模式下的最大耗流分别为5μA和6 mA。
乡酒
2.4小成本
在NB-IoT应用环节，相关工作人员不断通过调整和创新压缩终端芯片的成本。比如，为降低基带复杂性，将终端工作带宽减至200 kHz;提高功放效率;降低RF設计成本和低峰均比等。而且，在应用NB-IoT技术时也无需面对重新建网的压力，所用的天线和射频也属于通用款式;与现有的无线终端相比，NB-IoT无论是在模块、供电还是通信运营方面都有着极高的性价比，单个连接模块的预期价格还在持续降低。
3 NB-IoT实践分析
目前，移动通信巨头纷纷开展了关于NB-IoT技术的研究，使得该技术在远程抄表、智能农业、资产跟踪及智能停车等多个垂直行业得到了广泛应用。
3.1技术架构
在NB-IoT系统当中，共有4个组成部分：终端侧、无线侧、核心网和应用平台。在NB-IoT业务网络架构方面，终端侧主要包含模组、终端以及芯片等设备;而无线侧则主要包含无线网管、BBU、RRU、光纤;核心网主要是IP网络，包含EOC核心网和EPC网管;应用平台则主要是网络应用服务平台。
终端侧主要扮演的是感知层角，如图1所示，内部包含多种类型的传感器。比如，温度传感器、RFID标签和读写器、GPS、二维码标签及摄像头等，这一层级是物联网进行物体识别和信息采集的关键性层面。若将NB-IoT与人类相比，终端侧就是人体视觉、听觉和触觉的集合体。基于终端侧，NB-IoT采集到的信息被有效传递给接入网和核心网，而后可以进入服务平台为提高移动通信质量提供辅助。无线侧发挥接入网络的作用，这一部分
的覆盖能力极为强大，将充当接触终端的基础[4]。不仅如此，在建立NB-IoT技术架构时，为了提高技术应用有效性，相关工作人员还需要对PGW和HSS网元进行改造。NB-IoT结构中的应用平台，主要发挥着管理物联网所承担的业务的作用，具有管理统一性特点，有助于推进NB-IoT的应用拓展。
为了能让NB-IoT的功能更为完善，消除其无法满足移动性要求高、数据量大且有语音业务应用需求的弊端，可以为窄带物联网设计基于GSM的FDD&NB-IoT升级方案。在建网环节，无需储备FDD的窄带物联网以满足物联网业务需求，进一步推进低成本和广覆盖为
思路;而储备FDD的窄带物联网應该以FDD-LTE规划为目标建网，并对物联网的业务需求进行兼顾。比如，推进多载波通信模块软件升级、BBU框新增LTE主控版及基带板，实现天线共用，为不具备PTN的站点建设新的PTN设备，与TD-LTE共同用核心网，实现GSM与FDD共网管等。
赖继秋>石岛实验小学 3.2频段与频点
在应用阶段，频段选择和频点部署同样重要，从现阶段国内移动通信运营商的NB-IoT部署情况来看，中国移动、中国联通和中国电信在部署NB-IoT时选择的频段和频点布设方式皆不相同。
在频点部署环节，部署方式主要有3种类型：Stand-alone，Guard-band，In-band。Stand-alone部署也称独立部署，可借助于GERAN系统占用的资源来替代GSM载波[5];Guard-band部署也被称为保护带部署，可以基于LTE载波对带上未被使用的资源块加以保护;In-band部署也被称为带内部署，利用LTE载波内的资源块。在满足协议的前提下，独立部署方式的容量可达5.3万/小区，保护带部署系统容量可达4万/小区，带内部署系统容量可达3.1万/小区。NB-IoT的下行链路为OFDMA方式，此时3种操作模式的子载波间隔相同;
而上行链路可支持Single-tone和Multi-tone传输。而且，NB-IoT终端只需支持半双工操作。
在实践中，独立部署实际上是在独立200 kHz频段部署频点，所以有着独占频谱、不与现有系统共存的频谱特点;保护带部署方式则需要将频点部署在FDD-LTE保护带以内，需要考虑与LTE系统的频谱共存所导致的射频指标或干扰规避问题;带内部署在FDD-LTE频段以内，这种带内频点部署需要考虑的频谱问题与保护带部署相同。当然，这3种频点部署类型的差异不仅表现在频谱上，还表现在共存、小区峰值速率、覆盖以及容量等多个方面：
①共存：独立部署模式下，NB-IoT与GSM共站共存需100 kHz保护间隔;保护袋部署模式下，NL共站共存无需保护间隔，而带内部署模式下，NL共站共存无需保护间隔，但是应该避开PDCCH，PRS，CSI-RS，PBCH等。
②小区峰值速率：3种部署的上行峰值速率分别为261.6 bps，261.6 bps，261.6 bps;下行峰值速率分别为226.6 bps，226.6 bps，170 bps。
③覆盖：3种部署在重发次数和速率方面存在明显差异，若在最大耦合路损（MCL）
超过164 dB的情况下，独立部署重发次数少且速率高;保护带部署重发次数多且速率高;带内部署重发次数多且速率低。
④容量：独立部署模式的容量为53 169/小区，随机接入容量受限;保护带部署模式的容量为40 863/小区，寻呼容量受限;带内部署模式的容量为31 288/小区，下行业务信道受限。
3.3应用场景
文化氛围 现阶段，NB-IoT所具有的低功耗、小成本、长待机、深覆盖、大容量和多接入特点，使其十分适用于低速率业务和静态业务，对非连续移动、实时传输数据有所要求的业务场景当中都能得到广泛应用。在实践中，自主异常报告业务类型、自主周期报告业务类型、远程控制指令业务类型和软件远程更新业务类型都属于NB-IoT的应用场景。比如，烟雾报警探测器、水电表远程抄表、设备远程启闭、软件更新等。在行业中，NB-IoT的应用领域也十分广泛。比如，公共事业、智慧城市、消费电子、设备管理、智能建筑、智慧物流和农业环境等领域都可见NB-IoT的身影[6]。尤其是在智慧城市和农业环境当中，NB-IoT的应用为提高智能交通管理质量和农业物联网建设水平提供了巨大帮助，为实现万物互联做出
爬墙党
了技术保障。
4结束语
综上所述，NB-IoT属于万物物联网的分支，网络结构以蜂窝网络为支撑建立。在使用过程中，表现出了信号广、功率低、成本低和多连接功能，为提高物联网实用性提供了巨大帮助，实践重点在于其网络架构和频段与频点的选择部署上，应用方向十分多样。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议