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6 月中旬工信部發(fā)文全面推進移動互聯(lián)網（NB-IoT）的建設發(fā)展，讓本就蓄勢待發(fā)的 NB-IoT 市場，變得一觸即發(fā)。作為全球 NB-IoT 主導方之一，國內有運營商及設備商很多都參與了 NB-IoT 的標準制定。
物聯(lián)網無線通信技術很多，一類是局域網組網技術，一類是廣域網組網技術，為何 NB-IoT 成為物聯(lián)網時代那顆最亮的星，且沒有之一。
局域網組網技術
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廣域網組網技術分析
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那么本期《趣科技》我們就來刨根問底，看看 NB-IoT 到底是何方神圣？
NB-IoT 誕生史
低功耗廣域網（LPWAN）有兩大家族，一個是工作于未授權頻譜的 LoRa、SigFox 等，一個是工作于授權頻譜下，3GPP 支持的 2/3/4G 蜂窩通信技術。面對興起的物聯(lián)網技術，3GPP 主要有三大標準，即 LTE-M、EC-GSM 和 NB-IoT，分別基于 LTE 演進、GSM 演進和 Clean Slate 技術。
2015 年 8 月，3GPP RAN 開始立項研究窄帶無線接入全新的空口技術，稱為 Clean Slate CIoT。
那時，存在兩大勢利，華為、高通和 Neul 聯(lián)合提出 NB-CIoT，愛立信、諾基亞等廠家提出 NB-LTE。
NB-CIoT 提出了全新的空口技術，相對來說在現有 LTE 網絡上改動較大，但 NB-CIoT 是提出的 6 大 Clean Slate 技術中，唯一一個滿足在 TSG GERAN #67 會議中提出的 5 大目標（提升室內覆蓋性能、支持大規(guī)模設備連接、減小設備復雜性、減小功耗和時延）的蜂窩物聯(lián)網技術，特別是 NB-CIoT 的通信模塊成本低于 GSM 模塊和 NB-LTE 模塊。
NB-LTE 更傾向于與現有 LTE 兼容，其主要優(yōu)勢在于容易部署。
最終，在 2015 年 9 月的 RAN #69 會議上經過激烈的 PK，NB-CIoT 與 NB-LTE 融合產物勝出，這就是 NB-IoT。
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NB-IoT 全名 Narrow Band Internet of Things，即基于蜂窩窄帶物聯(lián)網。
推動 NB-IoT 問世以及驅動其落地的背后因素是什么？
2G 到 4G，通信的核心是人。而隨著 4G 的發(fā)展，“物”也成為了一大核心，這始于物聯(lián)網的推動。移動通信網絡的發(fā)展出現了分支，一邊是大流量、一邊是小數據，一邊是移動寬帶、一邊是物聯(lián)網時代。
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3GPP 專門為了 IoT 設計了 cat0 終端 MTC，但是帶寬還是 20M，成本、耗電等都降不下來，因此 R12 階段就被“下課”；隨后，在 R13 階段設計了 cat M 終端，帶寬縮小到 1.4M，成本、耗電等問題得到一定解決，但在 R13 也凍結了 eMTC 的研究，轉而走 NB-IOT 路線了。
四大特點解讀
NB-IoT 的特點就是廣覆蓋、低功耗、低成本、大連接。
廣覆蓋
NB-IoT 可做到 164 dB MCL（最大耦合損耗即從基站天線端口到終端天線端口的路徑損耗），比 GPRS 強 20dB。NB-IoT 要做到比 GSM 覆蓋增強 20dB，列出了一個自身“潛力”公式：
20 dB =7 dB（功率譜密度提升）+ 12 dB（重傳增益）+ 0-3 dB （多天線增益）
那么其大招也就顯而易見了：
- 提升功率譜密度，增益為 7 dB
NB-IoT 上行功率譜密度增強 17dB，考慮 GSM 終端發(fā)射功率最大可以到 33dBm，NB-IoT 發(fā)射功率最大 23dBm，所以實際 NB-IoT 終端比 GSM 終端功率譜密度高 7dB。
- 反復重傳，增益一般為 12 dB
- 多天線增益，一般為 0-3 dB
當然有利也有弊，在擁有物聯(lián)網組網面積非常廣的優(yōu)勢下，傳輸速度與傳輸的頻率成了犧牲品。
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低功耗
要做到低功耗，NB-IoT 采取的策略很簡單，就是能有多懶就做到多懶。eDRX 和 PSM 是 NB-IoT 的兩大省電技術。
DRX(Discontinuous Reception)，又稱不連續(xù)接收，eDRX 意味著擴展 DRX 周期，終端可睡更長時間。這就是終端睡覺的“依據”，又分為 idle DRX、connect DRX、inactive timer 三種模式。DRX 讓終端周期性的進入睡眠狀態(tài)，不用時刻監(jiān)聽網絡，只在需要的時候進行工作即可。
在 idle 模式下，使用 DRX 去監(jiān)聽尋呼消息。終端在一個 DRX 的周期內，通過判斷 PDCCH 上是否攜帶有 P—RNTI，進而去判斷相應的 PDSCH 上是否有承載尋呼消息。如果在 PDCCH 上攜帶有 P-RNTI，就按照 PDCCH 上指示的 PDSCH 的參數去接收 PDSCH 物理信道上的數據；而如果終端在 PDCCH 上未解析出 P-RNTI，則無需再去接收 PDSCH 物理信道，就可以依照 DRX 周期進入休眠。
connect DRX 模式可以理解為終端根據實際情況判斷能否忙里偷閑睡個覺，看個圖也許就能明白。
終端在時間軸上劃分為激活期（On duration Timer）需要像打了雞血一樣工作，而休眠期就是“Long Drx Cycle” 減去 “On duration Timer”，于是就有了忙里偷閑的機會。
RRC inactive timer 即主動讓終端休息去的機制，用通俗的話來講就是，活干完的早就可以早下班的彈性工作制。
PSM（Power Saving Mode），即省電模式。在 PSM 模式下，相當于關機狀態(tài)，所以更加省電。
低功耗是所有通訊追求的目標，但 NB-IoT 使用的是 AA 電池，但是這對電池的壽命和使用環(huán)境的要求也相應增高。看來供電技術的后援還需要跟上??！
低成本
在降低成本方面 NB-IoT 精打細算，通過減少協(xié)議棧處理開銷與不必要的硬件的方式達到目的，即舍棄了 LTE 物理層的上行共享信道、物理混合自動重傳請求或指示信道等，并采用單天線和 FDD 半雙工模式以降低 RF 成本。
同樣，低速率與低帶寬意味著芯片處理復雜度降低，芯片成本隨之降低，因此模塊成本小于 5 美元、2020 年實現 2-3 美元，是非常誘人的。
大連接
最后就要說說大連接了，NB 可謂是海量連接，每小區(qū)可達 50K 連接，那么這也表明在同一基站下，NB-IoT 可以比現有無線技術提供 50~100 倍的接入數。
單小區(qū) 50K 用戶是如何實現？
NB-IoT 的基站是基于物聯(lián)網的模式進行設計的, 話務模型是終端很多，但是每個終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對時延的要求不敏感?？梢栽O計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，這樣可以讓 50k 左右的終端同時在一個小區(qū)，大量終端處于休眠態(tài)，但是上下文信息由基站和核心網維持，一旦有數據發(fā)送，可以迅速進入激活態(tài)。這是根本原因。
大連接是物聯(lián)網的終極目標，但是面對 NB-IoT 這樣窄帶的空中資源來說，大連接也暴露出一大弊端，就是擁塞，也因此影響大連接的優(yōu)勢。
關于 NB-IoT 我們這期《趣科技》就說這么多，下期我們來解析一下 NB-IoT 與 LoRa 的巔峰對決。與此同時，與非網本周也將推出 NB-IoT 版《芯榜單》看看這個圈里的大佬人物都是何許人也。
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