基于蜂窝的窄带物联网(NB—IoT)技术性能及应用

曾忠诚

（新东网科技有限公司 福建 福州 350000）

1 引言

窄带物联网，简称为NB-IoT，是万物物联网重要的一个分支。NB-IoT基于蜂窝网络而构建，仅需消耗约180KHz左右的带宽，就可以直接在LTE网络、GSM网络或UMTS网络中进行部署，能够有效降低部署的成本并实现平滑的升级。NB-IoT能够支持要求待机时间比较长，且对网络连接的要求比较高设备进行高效的连接。另外NB-IoT设备的电池寿命也比较高，可以比现有设备的电池寿命提高近10年左右，还能提供较为非常全面的室内的蜂窝数据的连接覆盖。由于窄带的物联网更适合人们生活和工作需要以及目前在通信方面的需求，因此我国目前很多的电信运营以及无线通信行业都在进行相关的研究和应用。

2 基于蜂窝的窄带物联网(NB—IoT)技术性能特点

2.1 NB—IoT技术具有信号覆盖范围广，且能延伸至地下的性能

在使用相同频段的情况下，基于蜂窝的窄带物联网(NB—IoT)技术与现有网络相比，能够增加约20dB，同时其覆盖的范围也更广，可以达到现有覆盖面积的100倍。信号上下行时，通过信号的重复传输以及对信号采取合并接收的方式能够使信号质量得到有效的提高。还可以根据覆盖自动灵活的对重复传输次数进行调整。而且所采用的Single Tone的方式与目前的GSM相比，其上行功率谱的密度获得了增加，使符号的深度及广度获得了显著的提高。通过该项技术能够使信号向地下进行延伸，从而在地下管道或地下水等地方也能够接收到信号，是应用场景进一步扩大。

2.2 NB—IoT技术具有多连接的性能

NB—IoT技术具有支撑海量的连接能力，其一个扇区就可以支撑十万个连接。在使用同一基站的条件下，与现有的无线技术相比NB—IoT也能够提供其50到100倍接入的数量。该技术能够有效提高上行的等效功率，并使空口信令的开销减少，从而对网络设备进行优化以促使频谱的效率获得提高，并增加信道容量，从而实现海量连接的能力。

2.3 NB—IoT技术具有低功耗的性能

窄带物联网的一项重要应用性能指标就是其低功耗的性能，比较适合应用于一些无法经常对电池进行更魂的场合或设备。NB—IoT技术能够使终端芯片的复杂度得到有效的降低，减少了耗电量，并简化了空口信令，是传输的效率获得了提高；并且实现TAU/RAU的长周期，从而减少了位置更新的发送次数。NB—IoT技术实现了对不支持连接态进行移动性的管理，使测量减少，另外还为R12版本新增设了节电的模式PSM，从而使终端能够更长时间的停留于深睡眠状态，这样能够更好的节约电量。而R13版本进一步引入了非连续性发生扩展eDRX，使处于空闲模式的终端睡眠周期得到了进一步的延长，也使接收单元减少了不必要启动，与节电模式PSM相比，下行的可达性又获得了大幅度的提升。

2.4 NB—IoT技术的低成本性

NB—IoT技术通过各种方法实现了终端芯片成本的降低。比如将其终端的工作带宽减少到200kHz，从而降低了基带的复杂性。而将峰值的速率降低到100kbps，低速率对于大缓存的需求相应的减少。其他如提高功放的效率，降低峰均比以及单工和半双工，降低了RF的设计成本。通过这些方式使NB—IoT的芯片能够实现低价，同时规模化的生产也促使芯片的成本得到了大幅度的下降。

3 NB—IoT的网络架构和应用

3.1 NB—IoT技术的网络架构

NB—IoT的系统由四个部分组成，分别是应用平台、核心网。终端侧以及无线侧。其中终端侧是主要的感知层，负责将所采集的数据通过接入网和核心网向服务平台传送。而无线侧是主要的接入网络，能够以其优异的覆盖性为接触终端提供基础。但核心网的SGW以及MME忘元则必须新建。可以对HSS和PGW网元进行改造为NB—IoT网络提供支持。对物联网的业务统一进行管理的就是应用平台，其能够对NB—IoT网络应用进行拓展。

3.2 选择频段和部署频点的方式

目前我国的三大运营商对部署NB—IoT网络都有所设想和考虑。部署NB—IoT的频点有三种主要的部署方式，既In-band Stand-alone 以及Guard-band。经过实验研究证明，In-band 方式系统的容量能够达到3.1万/小区，而Guard-band和Stand-alone则分别为4.1万和5.3万/小区。因此部署频点时Stand-alone方式更加适合。

3.3 NB—IoT的应用

NB—IoT技术在实际应用领域具有多项优势，其所包含的网络层、感知层以及应用层能够与行业的应用进行紧密的结合，能够使物联网实现智能化的应用。物联网能够在智慧城市、智能电网、智能制造以及医疗保健和公共设施等多个领域展开应用。

4 结语

物联网技术的应用和发展将深刻改变我们工作、生活以及娱乐的方式。从生产领域的自动化到日常生活中的家用电器以及新兴的穿戴式的传感器，在未来的各个领域中都将有物联网的介入。各种形式的网络在随着技术的进步不断的发展，使人们可以通过网络获得的各种环境信息对自己的工作和生活进行设计，从而使人们的生活更加便捷和安全，并能够提高人们生活的舒适度，增强人们的健康水平；还能够对资源更加合理的进行利用，促进人与环境的和谐，实现更好的环保效果。

[1]何泽鹏.基于蜂窝的窄带物联网(NB-IoT)技术性能及应用[J].广东通信技术，2017，37(3)：29-34+65.

[2]侯海风.NB-IoT关键技术及应用前景[J].通讯世界，2017，(14)：1-2.

[3]张超，高有军.NB-IoT性能浅析[A].《移动通信》杂志社：，2017：5.