物聯(lián)網通信技術按照傳輸距離的大小可分為短距離通信技術和廣域網通信技術。短距離通信技術代表有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave 等。長距離通信技術包括運營商的 2g/3g/4g 技術，以及近幾年才興起的 LPWAN（低功耗廣域物聯(lián)網）技術。其中 LPWAN 技術又能分為兩類，一類是工作在非授頻段的技術，如 Lora、Sigfox等；另一類是工作在授權頻段的技術，如 GSM、CDMA、WCDMA 等較成熟的 2G/3G 蜂窩通信技術，以及目前逐漸部署應用、支持不同 category 終端類型的 LTE 及其演進技術，這類技術基本都在 3GPP（主要制定 GSM、 WCDMA、LTE 及其演進技術的相關標準）或 3GPP2（主要制定 CDMA 相關標準）等國際標準組織進行了標準定義。NB-IoT（Narrow Band -Internet of Things，窄帶物聯(lián)網）即是 2015 年 9 月在 3GPP 標準組織中立項提出的一種新的窄帶蜂窩通信 LPWAN 技術。

常見物聯(lián)網通信技術

    在 NB-IoT提出之前，3GPP 就一直在推動相關機器類通信 MTC 技術的發(fā)展。首先業(yè)界都認可未來IoT萬物互聯(lián)的發(fā)展趨勢，而在萬物互聯(lián)的時代，具備低成本、低功耗、廣覆蓋、低速率特點的 LPWAN 技術將扮演重要角色。3GPP 研究的方向一是面對非 3GPP 技術挑戰(zhàn)，開展 GSM 技術的進一步演進和全新接入技術的研究。而方向二是考慮未來替代 2G/3G 物聯(lián)網模塊，研究低成本、演進的 LTE-MTC 技術。而 NB-IoT正是源于方向一中全新接入技術的研究。此外，除了上述兩個方向，3GPP 同樣一直在研究更低功耗的節(jié)電技術，以及在系統(tǒng)架構和網絡側同步更新支持相關演進技術。

3GPP Rel-13 中IoT相關項目關系簡圖

    在研究方向一的“FS_IoT_LC”的項目中，主要有 3 項技術被提出，分別是：擴展覆蓋 GSM 技術 EC-GSM（Extended Coverage-GSM），NBCIoT技術和 NB-LTE 技術。其中 NB-CIoT由華為、高通和Neul聯(lián)合提出（Neul為英國物聯(lián)網公司，在 2014 年 9 月被華為收購），NB-LTE 由愛立信、中興、諾基亞等廠商聯(lián)合提出，最終在 2015 年 9 月的 RAN#69 次全會經過激烈討論，最終協(xié)商統(tǒng)一為一種技術方案，即 NB-IoT。2016 年 6 月 16 日，在韓國釜山召開的 3GPP RAN 全會上，NB-IoT（窄帶蜂窩物聯(lián)網）對應的 3GPP 協(xié)議相關內容獲得了 RAN 全會批準，正式宣告了這項受無線產業(yè)廣泛支持與關注的 NB-IoT標準核心協(xié)議歷經 2 年多的研究終于全部完成。

NB-IoT的形成歷程

    NB-IoT是 LPWAN 技術中的“新秀”。不同于工作在未授權頻譜的LoRa、SigFox，NB-IoT構建于蜂窩網絡，可直接部署于 GSM 網絡、UMTS 網絡或 LTE 網絡，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。此外，NB-IoT具備低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢，使其可以廣泛應用于多種垂直行業(yè)。NB-IoT具體技術特點如下：

    1、NB-IoT部署靈活：NB-IoT主要有獨立部署、保護帶部署與帶內部署等三種部署方式。獨立部署方式主要是獨立的在運營商網絡外利用新的帶寬部署，保護帶部署的方式是在已有的 LTE 網絡保護帶上部署而帶內部署的方式利用的是現(xiàn)有 LTE 網絡中 LTE 載波中的任何資源快部署。運營商只需要對現(xiàn)有的網站進行軟件升級而不需要更換現(xiàn)網的硬件設備。

    2、NB-IoT能做到長距離廣域傳輸：在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網絡增益 20dB，覆蓋面積擴大 100 倍，即使在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。實際生活中的 2G/3G/4G 等技術是為了人與人連接而設計的，對于物聯(lián)網終端而言，它們可能一直位于地下室、與外界隔著很多堵強墻的房間里，所以對信號的穿透能力要求很高。 NB-IoT技術在設計初就為了盡可能覆蓋更可能大的區(qū)域，完美契合了這方面的需求。

    3、海量連接：NB-IoT和目前蜂窩聯(lián)結（2G/3G/4G 網絡）相比，單小區(qū)可接入戶數(shù)大約能達到 50000 個，幾乎為以前的 50 倍。聯(lián)結海量，能滿足未來物聯(lián)網百億聯(lián)結需求。

    4、低功耗：通信設備的功耗往往與數(shù)據(jù)量與速率相關，NB-IoT針對的是小數(shù)據(jù)量、小速率的應用，同時 NB-IoT通過借助PSM和eDRX可實現(xiàn)更長待機。其中 PSM（Power Saving Mode，節(jié)電模式）技術是 Rel-12 中新增的功能，在此模式下，終端仍舊注冊在網但信令不可達，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的。而eDRX是 Rel-13 中新增的功能，進一步延長終端在空閑模式下的睡眠周期，減少接收單元不必要的啟動，相對于 PSM，大幅度提升了下行可達性。

    5、低成本：低速率、低功耗、低帶寬、帶來低成本優(yōu)勢。速率低、功耗低、帶寬低帶來緩存小，功率放大器小，均衡算法簡單的優(yōu)勢。企業(yè)預期帶個連接模塊的成本不超過 5 美元，而其他技術的終端成本均高于 NB-IoT。

NB-IoT的三種部署方式

PSM 和eDRX節(jié)電機制

NB-IoT通信模組與其他終端對比

    NB-IoT技術應用場景按對象可分為四大類：家居、個人、公共事業(yè)和工業(yè)。家居場景主要對應安防管理、家電控制、環(huán)境控制等場景；個人場景主要對應可穿戴設備、兒童照料、智能自行車等場景；公共事業(yè)場景主要對應智能抄表、報警探測器、智能垃圾桶等場景而工業(yè)場景則主要對應物流追蹤、物品追蹤與智慧農業(yè)等場景。

NB-IoT應用場景

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