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原题“NB-IoT技术的发展及网络部署策略研究” 彭雄根，李新，陈旭奇：江苏省邮电规划设计院有限责任公司。 本文主要讲了什么内容？ 近年来，随着物联网业务飞速发展，作为物联网一个重要分支的NB-IoT已成为业界关注的焦点。本文首先分析了NB-IoT的发展情况及技术特点，然后从网络部署的角度，阐述了NB-IoT各种频率部署方式的具体应用方案，再结合国内运营商2G/3G/4G网络的实际情况，提出了基于现网的NB-IoT网络部署方案和建议。 引言 据Gartner和IDC研究报告称，2020年全球物联网连接将超过百亿，蜂窝连接占比超过10%。为满足越来越多远距离物联网设备的连接需求，低功耗广域网络（LPWA）应运而生。窄带物联网（NB-IoT）聚焦于LPWA物联网市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。它凭借其覆盖广、容量大、速率低、成本低、功耗低等优势，在众多LPWA技术中脱颖而出，成为业界关注的焦点。 2015年11月，包括全球数家主流运营商、设备商、芯片制造商等在内的企业及组织，在香港举办NB-IoT论坛筹备会，旨在加速NB-IoT生态系统的快速发展，并已明确了推进NB-IoT大规模商用的目标。目前，多家运营商正在进行NB-IoT技术试点工作。本文从NB-IoT网络部署的角度，分析了各种频率部署方式的具体应用方案，再结合国内运营商的实际情况，提出了基于现网的NB-IoT网络部署方案和建议。 NB-IoT的发展及特点 1、NB-IoT的发展 （1）NB-IoT的标准化进程 2015年9月NB-IoT技术正式写入3GPP协议，2016年6月，3GPP宣布完成NB-IoT标准的制定工作。NB-IoT标准化工作的结束，意味着Release13中面向物联网的核心协议已经完成。另外，NB-IoT相关性能指标和终端一致性测试标准3GPP将在2016年12月份完成。 在CCSA的组织下，我国的NB-IoT行业标准将在2016年底完成。 （2）运营商对NB-IoT 的推动 新技术的诞生不一定是运营商驱动的，但新技术的快速发展，通常是运营商推动的。 从国际上看，运营商已经意识到了物联网这片未来的新蓝海，加大了对NB-IoT的布局：韩国KT计划计划投资1500亿韩元新建NB-IoT网络，2016年底完成服务测试；沃达丰加速布局物联网，建立NB-IoT开放实验室，将研究网络解决方案验证、新应用创新、设备集成、业务模式研究以及产品合格验证等；DoCoMo将发展M2M业务作为其泛在网战略重要组成，通过建立平台与嵌入模块推动M2M市场规模发展；Sprint通过开放性发展策略推动M2M市场。 从国内看，三大运营商的NB-IoT部署时间表已初定：中国移动计划在2016年进行系统验证，2017年开启NB-IoT商用化进程；中国联通计划2016年底或2017年初推进重点城市的商用部署，2018年将在全国范围内商用部署；中国电信计划于2017上半年部署基于800 MHz的NB-IoT网络。 2、NB-IoT 的特点 NB-IoT的技术特点主要体现在4个方面。 （1）覆盖 NB-IoT提高覆盖能力主要是通过提高功率谱密度、发送重复和上行Inter-site CoMP等方式实现的。 a）功率谱密度。NB-IoT采用窄带设计方式，下行带宽180 kHz，同样的发射功率，NB-IoT的功率谱密度和GSM相当，比CDMA高8 dB；NB-IoT上行带宽最低3.75 kHz，GSM终端发射功率最大支持2 W，因此，NB-IoT上行功率谱密度比GSM高7 dB，比CDMA高25 dB。 b）发送重复。NB-IoT最高支持128次重复，实际中一般取下行8 次重复，上行16 次重复，获得9～12dB的增益。 c）上行Inter-site CoMP。NB-IoT上行引入Intersite CoMP技术，可以获得3 dB的增益。 因此，NB-IoT在上行链路至少可以提升20 dB，既能满足郊区、农村区域的广覆盖需求，也可以实现城市区域的深度覆盖，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。 （2）容量 物联网业务的低速率要求和对时延不敏感决定了NB-IoT具有小包数据发送和终端极低激活比的特征。而且，NB-IoT通过减小空口信令开销，大大提升了频谱效率。据相关设备厂家评估，NB-IoT比2G/3G/4G有50～100倍的上行容量提升，可以提供现有无线技术50～100倍的接入数。 （3）功耗 3GPP在相关系列标准中引入了省电模式（PSM）和eDRX 技术，NB-IoT才真正具备了低功耗特性。PSM是3GPP Release12中新增的功能，在此模式下，终端仍旧注册在网，但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的，适用于时延不敏感业务；eDRX是3GPP Release13中新增的功能，即长周期DRX，进一步延长终端在空闲模式下的睡眠周期，最长周期约3 h，减少接收单元的信令处理，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。 NB-IoT目标是对于典型的低速率、低频次业务模型等，容量电池寿命可达10 年以上。根据3GPP TR45.820的仿真数据，在耦合耗损164 dB的恶劣环境，PSM和eDRX均部署，如果终端每天发送一次200 B报文，5 Wh时电池寿命可达12.8年。 （4）成本 终端芯片通常由基带处理模块、射频模块、功放模块、电源管理模块和Flash/RAM等组成。和4G智能手机或其他终端相比，NB-IoT终端采用180 kHz的窄带带宽，基带模块复杂度低；低数据速率和协议栈简化可以大大降低对Flash/RAM大小的要求；单天线、半双工的方式，可以有效简化射频模块。目前，NB-IoT终端芯片能够做到低至1美元。 NB-IoT频率部署方案及建议 1、NB-IoT频率部署方式 3GPP定义了NB-IoT的3种部署场景：独立部署（Stamd-alone）、保护带部署（Guard-band）和带内部署（In-band）（见图1）。 图1 NB-IoT的3种频率部署方式 NB-IoT网络部署及建议 结束语 按照目前的计划，3GPP和CCSA关于NB-IoT的所有标准将在未来几个月全部完成，运营商对NB-IoT的试点和部署的规模和范围也将不断扩大。对于NB-IoT网络在部署前和部署过程中可能出现的一些问题，本文开展了有针对性的研究，阐述NB-IoT各种频率部署方式的具体应用方案，并提出了基于现网的NB-IoT网络部署方案和建议。 |
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