NB-IoT如何影響物聯(lián)網(wǎng)的未來
本文以NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)角度，暗示了低功耗設(shè)備的未來距離大規(guī)模生產(chǎn)只有短短幾年。
5G計劃在2020年部署，因此本文討論NB-IoT以及它對物聯(lián)網(wǎng)的重要技術(shù)背景。NB-IoT，即LTE Cat NB1，是關(guān)于以智能方式聯(lián)接幾十億數(shù)量的設(shè)備的技術(shù)。該技術(shù)節(jié)省成本，支持低成本的設(shè)備使用低功耗，提供廣域覆蓋。LPWA（低功耗廣域覆蓋）技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的理論基礎(chǔ)；它事實上聯(lián)接任何地點的設(shè)備，并利用了已建立的移動通信網(wǎng)絡(luò)。
達(dá)到新MTC應(yīng)用的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，是部署無線接入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能降低電池消耗，廣域覆蓋，有效驅(qū)動低成本設(shè)備，符合各運營商的不同頻段需求。在MTC應(yīng)用中，我們能發(fā)現(xiàn)這些應(yīng)用，智能抄表，財產(chǎn)監(jiān)控，農(nóng)業(yè)，車隊和物流管理。巨量MTC設(shè)備通常只使用小量數(shù)據(jù)，并且一般位于無線信號惡劣的地區(qū)，比如，森林，農(nóng)場和地下室。
運營注冊的頻段容易保證覆蓋和運行。運營在非注冊的頻段會面臨對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)許多設(shè)備不可控的干擾。
電池和覆蓋范圍
基站密度和鏈路預(yù)算是影響移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的主要因素。和其它技術(shù)對比，比如，GPRS，WCDMA和LTE，NB-IoT的鏈路預(yù)算有20dB（譯者注：從下表可以看出，NB-IoT的鏈路預(yù)算比GPRS高20dB，這意味著，NB-IoT設(shè)備在更弱的無線信號下，依然能正確解碼，所以，NB-IoT比GPRS的覆蓋范圍更大。）的優(yōu)勢并適于低數(shù)據(jù)速率。
下表我們列出各技術(shù)的鏈路預(yù)算：
| NB-IoT | 164dB |
| GPRS | 144dB |
| LTE | 142.7dB |
這20dB的改善意味著犧牲了其它因素，比如MTC應(yīng)用的要求，但事實也不完全如此。NB-IoT滿足延遲和電池壽命的要求。壽命依賴于設(shè)備能有效的轉(zhuǎn)為睡眠模式，當(dāng)不需要的時候，關(guān)閉電池的消耗。
像LTE一樣，NB-IoT使用兩個主要的RRC狀態(tài)，
| RRC_IDLE | 節(jié)省用于發(fā)送測量報告的功耗和資源 |
| RRC_CONNECTED | 設(shè)備直接接收和發(fā)送數(shù)據(jù) |
NB-IoT設(shè)計的靈活性
NB-IoT技術(shù)支持大范圍的數(shù)據(jù)速率。這依賴于信道質(zhì)量，信噪比和特定區(qū)域的資源數(shù)量。并且，每個設(shè)備有特定的鏈路預(yù)算，可以集合多個設(shè)備的功耗。
在某些情況下，NB-IoT設(shè)備主要受信號強(qiáng)度影響而不是帶寬。這些設(shè)備關(guān)注于發(fā)射能量，針對窄帶設(shè)備不失去效能。這種效率為其它設(shè)備空余出帶寬。NB-IoT采用tone音和子載頻而不是資源塊。它的帶寬是15KHz，和資源塊不一樣，資源塊是180KHz。
在不同的地區(qū)，無論好的和差的覆蓋區(qū)域，都可以通過增加帶寬來提高數(shù)據(jù)速率。通過分配多個tone音和子載頻，數(shù)據(jù)速率可以提高12倍。這種方法改善了容量。當(dāng)設(shè)備有好的覆蓋，數(shù)據(jù)速率就快。大多數(shù)時間，當(dāng)NB-IoT設(shè)備部署在高密度網(wǎng)格或位于原有的LTE覆蓋區(qū)域，就能達(dá)到良好覆蓋。
值得注意的是，NB-IoT具有高復(fù)用和適應(yīng)性數(shù)據(jù)速率。3GPP規(guī)定目標(biāo)容量為，每戶支持40個設(shè)備，每個小區(qū)支持52,200個設(shè)備（比如：倫敦等大城市）。模擬實驗已完成200,000個設(shè)備每小區(qū)，4倍于原有目標(biāo)。當(dāng)然，發(fā)布時，NB-IoT會達(dá)到數(shù)據(jù)速率要求。
關(guān)于設(shè)備
可消費得起的調(diào)制解調(diào)器是傳感器大規(guī)模部署的必要條件。檢測和上報像溫濕度的數(shù)據(jù)流程需要優(yōu)化。對于以傳感器為主的應(yīng)用，數(shù)據(jù)速率和延遲可以降低。NB-IoT能有效滿足這些要求。NB-IoT設(shè)備支持低物理層數(shù)據(jù)速率，在100kbps到200kbps之間，對于單音設(shè)備，速率能更低。
還有其它可優(yōu)化的方面。比如，LTE MBB需要兩根天線，而NB-IoT只需要一根接收天線。因此，基帶解調(diào)器只需要一個接收器。
窄帶的優(yōu)勢之一（NB-IoT的帶寬200KHz相對于其它接入技術(shù)的帶寬1.4MHz到20MHz）是模數(shù)以及數(shù)模轉(zhuǎn)換，信道預(yù)測以及低緩存的復(fù)雜性。
NB-IoT使工業(yè)更智能
| 城市 | 監(jiān)測一座城市需要很多方面并且要低成本。NB-IoT和LTE使得控制路燈，免費停車，環(huán)境監(jiān)測等變的可能。如前所述，NB-IoT調(diào)制解調(diào)器具有競爭力的價格。比如，模組預(yù)計為5美元。 |
| 建筑物 | NB-IoT可以支持建筑物的寬帶接入。安保可以通過LPWA網(wǎng)絡(luò)使用傳感器監(jiān)測。 |
| 抄表 | 也許智能抄表的主要要求是網(wǎng)絡(luò)覆蓋。有時，抄表需要在信號惡劣的地區(qū)，比如，偏遠(yuǎn)地區(qū)和地下。NB-IoT通過規(guī)律的小數(shù)據(jù)傳送實現(xiàn)對煤氣和水表的監(jiān)測。這會導(dǎo)致更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。 |
| 消費者 | Cat M1（有時是NB-IoT的替代物）。兩種技術(shù)都支持海量傳感器，從大數(shù)據(jù)量到小數(shù)據(jù)量的活動。對于消費者，可穿戴是IoT的基石。IoT創(chuàng)建者面臨的主要挑戰(zhàn)之一是解決可持續(xù)商業(yè)模型。隨著時間的推移，維護(hù)傳感器和設(shè)備將比生產(chǎn)更昂貴。 |
結(jié)束語
希望你了解NB-IoT是什么，如何工作，以及和其它LPWA技術(shù)的區(qū)別。新穎的IoT需求將在更好的網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)，設(shè)備將實現(xiàn)一個更具吸引力的商業(yè)。
