摘要：NB-IoT從去年7月份標準提案開始，到今年2月份巴塞羅那世界移動通信大會開始預熱，至今年6月20日NB-IoT標準核心協(xié)議凍結(jié)，成為通信行業(yè)當下最大的熱點。目前已經(jīng)得到了廣泛的使用，那么NB-IOT技術(shù)是什么有什么特點和應用？一起來看下文。

　　NB IoT簡介

　　NB-IoT（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）是IoT領(lǐng)域基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)的一種新興技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）。NB-IoT只消耗大約180KHz的頻段，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)支持待機時間短、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。其主要特點是覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗少、架構(gòu)優(yōu)等特點。NB-IOT使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護帶或獨立載波等三種部署方式。

　　NB-IOT四大主要特點：

　　LPWA（低功耗廣域網(wǎng)）又可分為兩類：一類是工作于未授權(quán)頻譜的LoRa、SigFox等技術(shù)；另一類是工作于授權(quán)頻譜下，3GPP支持的2/3/4G蜂窩通信技術(shù)，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。授權(quán)頻譜下的代表技術(shù)是NB-IOT，未授權(quán)頻譜的代表技術(shù)是LoRa（Long Range）。LoRa是由升特公司（Semech）發(fā)布的一種專用于無線電調(diào)制解調(diào)的技術(shù)，LoRa融合了數(shù)字擴頻、數(shù)字信號處理和前向糾錯編碼技術(shù)，據(jù)了解目前全球已經(jīng)有數(shù)百萬個物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點運用此技術(shù)進行相互連接。

　　各種無線通信技術(shù)速率與覆蓋距離圖示

　　NB-IOT與LoRa簡單對比

　　未來NB-IoT將在運營商級網(wǎng)絡(luò)中大放異彩，為物聯(lián)網(wǎng)時代帶來廣覆蓋、大連接、低成本的網(wǎng)絡(luò)解決方案；而LoRa則在智慧城市、行業(yè)和企業(yè)專用應用中實現(xiàn)快速靈活部署。兩種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在商用中完全可以實現(xiàn)互補共存。

　　NB-IoT技術(shù)優(yōu)勢：

　　NB-IoT技術(shù)是一種3GPP標準定義的LPWA（低功耗廣域網(wǎng)）解決方案，具有以下優(yōu)勢：

　　1.海量連接：每小區(qū)可達10萬連接；NB- IoT比2G/3G/4G有50-100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50~100倍的接入數(shù)。

　　2.超低功耗：電池壽命長達十年；

　　低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應用一項重要指標，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設(shè)備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是最本質(zhì)的需求。在電池技術(shù)無法取得突破的前提下，只能通過降低設(shè)備功耗以延長電池供電時間。通信設(shè)備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關(guān)，即單位時間內(nèi)發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器和功放就可以調(diào)到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、 小速率應用，因此NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，可以保障電池5年以上的使用壽命。

　　3．深度覆蓋：能實現(xiàn)比 GSM 高20db的覆蓋增益；

　　NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發(fā)射功率提升了 100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。

　　4．安全性：繼承4G網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴格加密，確保用戶數(shù)據(jù)的安全性;

　　5．穩(wěn)定可靠：能提供電信級的可靠 性接入，有效支撐 IoT 應用和智慧城市解決方案。

　　NB- IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基站復用以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的語音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可同時穩(wěn)定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數(shù)據(jù)成功回收率達99%，可靠性大大提高。

　　6. 低成本

　　低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設(shè)計要求低，小PA就能實現(xiàn);因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法。這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關(guān)，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

　　NB-IoT需求發(fā)展

　　隨著智能城市、大數(shù)據(jù)時代的來臨，無線通信將實現(xiàn)萬物連接。很多企業(yè)預計未來全球物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將是千億級的時代。目前已經(jīng)出現(xiàn)了大量物與物的聯(lián)接， 然而這些聯(lián)接大多通過藍牙、Wi-Fi等短距通信技術(shù)承載，但非運營商移動網(wǎng)絡(luò)。為了滿足不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)特征和移動通信網(wǎng)絡(luò)特點，3GPP根據(jù)窄帶業(yè)務(wù)應用場景開展了增強移動通信網(wǎng)絡(luò)功能的技術(shù)研究以適應蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。

　　我們正進入萬物互聯(lián)（IoT）的時代，這對于整個移動通信產(chǎn)業(yè)來說是一個巨大的機會。這一點在MWC2016上展露無疑。無論是運營商大咖，還是設(shè)備商巨頭，紛紛展示了完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案和在不同垂直行業(yè)的應用。

　　當然，實現(xiàn)這一切的基礎(chǔ)，是要有無處不在的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。運營商的網(wǎng)絡(luò)是全球覆蓋最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)，因此在接入能力上有獨特的優(yōu)勢。然而，一個不容忽視的現(xiàn)實情況是，真正承載到移動網(wǎng)絡(luò)上的物與物聯(lián)接只占到聯(lián)接總數(shù)的10%，大部分的物與物聯(lián)接通過藍牙、WiFi等技術(shù)來承載。

　　為此，產(chǎn)業(yè)鏈從幾年前就開始研究利用窄帶LTE技術(shù)來承載IoT聯(lián)接。歷經(jīng)幾次更名和技術(shù)演進，2015年9月，3GPP正式將這一技術(shù)命名為NB-IoT。MWC2016上，NB-IoT首次亮相，受到矚目，運營商和設(shè)備商紛紛為其站臺和背書。

　　華為無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品線首席戰(zhàn)略官余泉在接受《通信產(chǎn)業(yè)報》（網(wǎng)）采訪時表示：“NB-IoT是蜂窩網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)應對萬物互聯(lián)的一個重要機會。我們非常看好NB-IoT的商用前景，推薦將其作為物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接技術(shù)的首要選擇。”

　　他向記者闡釋了NB-IoT的商業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢。從商業(yè)層面上來講，截至目前，蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋了全球超過50%的地理面積，90%的人口，是一張覆蓋最為完整的網(wǎng)絡(luò)。　從技術(shù)層面上來講，NB-IoT有4大技術(shù)優(yōu)勢。首先是覆蓋廣，相比傳統(tǒng)GSM，一個基站可以提供10倍的面積覆蓋;其次是海量連接，200KHz的帶寬可以提供10萬個聯(lián)接;第三是低功耗，使用AA電池便可以工作十年，無需充電;第四是低成本，模組成本小于5美金。

　　此前，華為曾向記者算了一筆賬，假設(shè)全球有500萬左右物理站點，全部部署NB-IoT，每個站3個扇區(qū)、每個扇區(qū)部署200kHz、每小時每個傳感器發(fā)送100個字節(jié)，那么全球站點能夠聯(lián)接的傳感器數(shù)量高達4500億。

　　據(jù)了解，NB-IoT可以廣泛應用于多種垂直行業(yè)，如遠程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車、智慧農(nóng)業(yè)等。隨著3GPP標準的首個版本在6月份發(fā)布，將有一批測試網(wǎng)絡(luò)和小規(guī)模商用網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)。NB-IoT將在多個低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)中脫穎而出。

　　“NB-IoT在歐洲和乃至全球都呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展機遇。到2020年IoT全部產(chǎn)業(yè)鏈價值有望達到3萬億歐元，包括全產(chǎn)業(yè)鏈上下游，如網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)處理、平臺應用、商業(yè)合作等。”余泉表示，華為已經(jīng)做好在2016年完成NB-IoT商用的準備。

　　華為輪值CEO胡厚昆在2015全球移動寬帶論壇上發(fā)表主題演講時指出，移動運營商需要立即采取行動，搶占快速增長的物聯(lián)網(wǎng)市場份額。目前，運營商雖然在可接入性方面擁有獨特優(yōu)勢，但是許多其它技術(shù)，如ZigBee、藍牙和內(nèi)置WiFi也在迅速發(fā)展，運營商必須與垂直行業(yè)展開激烈競爭。胡厚昆強調(diào)，必須迅速制定統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)標準，以推動跨行業(yè)發(fā)展。

　　沃達豐集團研發(fā)主管Luke Ibbetson對此表示贊同。他指出，目前80%-90%的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由低功耗的室內(nèi)系統(tǒng)連接，余下的設(shè)備則由蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接。很多人認為，新出現(xiàn)的LPWA（低功耗廣域）技術(shù)成本低，覆蓋又廣，將為移動運營商發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)帶來良機。不過，Ibbetson指出：“我們目前還沒有為客戶開發(fā)出合適的解決方案，因此仍然面臨巨大壓力。”

　　NB-IOT應用場景?

　　目前廠商提供的物聯(lián)網(wǎng)解決方案主要聚焦物在智慧城市，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等應用方向。

　　智慧城市

　　智慧城市就是把車輛、道路、路燈、停車位、井蓋、垃圾桶、電表、水表、燃氣氣表、熱表等公共設(shè)施互聯(lián)互通，實現(xiàn)市政的智慧管理（例如城市的水、電、燃氣等基礎(chǔ)設(shè)施的智慧化管理）、交通的智慧管理（例如交通流量控制、路況分析、應急處置、車位管理等）等。實現(xiàn)智慧城市最重要的是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的通信覆蓋，有了NB-IoT標準后，依靠運營商在全國范圍內(nèi)建設(shè)大網(wǎng)的經(jīng)驗，很容易形成規(guī)模效應，NB-IoT的一個重要特點就是覆蓋深度比較深，地下室和停車場也能覆蓋，以前行業(yè)應用上的各種問題就迎刃而解了，NB-IoT的挑戰(zhàn)在于運營商的流量經(jīng)營模式需要匹配和重構(gòu)。基于非授權(quán)頻率的LPWAN技術(shù)注重的是海量的低速率和低流量的業(yè)務(wù)，例如LoRA技術(shù)，技術(shù)上與NB-IoT非常類似，就是頻率資源不同，LoRa技術(shù)發(fā)展比NB-IoT要早，產(chǎn)業(yè)鏈也比較成熟，應用案例也很多。

　　當前來看，LPWAN技術(shù)適合在成本敏感的中小規(guī)模場景實現(xiàn)物聯(lián)接入，蜂窩技術(shù)則適合實現(xiàn)具有一定流量規(guī)模，以及對QOS有需求的物聯(lián)接入（例如大規(guī)模的企業(yè)客戶或者家庭場景），未來可能兩種技術(shù)還會逐步融合，混合組網(wǎng)。

　　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

　　工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)由大量相連的工業(yè)系統(tǒng)所組成，這些系統(tǒng)相互通訊，并協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)分析與行動，有助于提升工業(yè)效能。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)有嚴格的性能和可靠性要求，現(xiàn)階段以西門子為代表的工控系統(tǒng)采用的都是有線系統(tǒng)，工廠逐漸開始將無線連接技術(shù)應用到產(chǎn)品或生產(chǎn)線中，以改進制造流程，而目前像WiFi這樣的無線連接技術(shù)不夠安全、可靠性不夠高，NB-IoT標準的確定，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)無線連接提供了技術(shù)方案。