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NB-IoT的技术特性及与多种LPWAN技术对比

时间:2019-01-08浏览:4334

  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

中低



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