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5G很遥远,但NB-IoT已成物联网当红辣子鸡

访问量:125来源:雷锋网发布日期:2017-03-23

        NB-IoT全称是窄带物联网,可直接在现有的 GSM、UMTS 或 LTE 网络中进行部署,占用极低的带宽来连接大量低功耗设备,实现降低成本和平滑过渡的目标,目前已经是万物互联概念中的重要分支。根据规划路线图,5G将会在2020年正式商用,而本文将讨论NB-IoT 的未来,以及相关的技术规格对物联网的重要影响。

        NB-IoT,也被称为 LTE Cat NB1,它可以更智能的方式来连接数十亿台设备。它具有极高的性价比,支持低成本设备低功耗连接,并提供更宽广的覆盖范围。作为物联网行业规模经济的有效可行理论,低功耗广域网 (LPWA) 技术几乎能够覆盖所有地方,并且能够和现有的移动网络兼容运作。

        新型 MTC(机器型态通讯)应用的主要需求就是,部署低功耗、覆盖更广范围、为低成本设备高效供电、匹配各家运营商不同频段的无线电接入网络。通常情况下,这些 MTC 应用包括智能计量、物业监控、农业、船队和物流管理等领域。虽然这些设备所产生的数据往往非常小,但它们通常安装在信号覆盖的盲区,例如森林、农场或者地下室,现有的短距离通信网络和移动蜂窝网络都无法覆盖这些区域,而NB-IoT就是为解决这一问题而问世的。

        在授权的频谱下工作,更能确保覆盖率和性能,但运行在未授权频谱下容易出现各种不可控风险,会对网络中运行的诸多设备整体性能产生影响。

电池和覆盖性能

        网点密度和链路预算是影响移动网络覆盖率的两大主要因素。相比较 GPRS、WCDMA 和 LTE 等技术,NB-IoT的链路预算多20dB,而且能够在更低的数据覆盖情况下运行。

通信技术的链路预算对比:

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        20dB 的改进同时也意味着在某些方面做出牺牲,例如降低对 MTC 应用的要求,但也带来了很多的优势。NB-IoT能够满足速率延迟和电池寿命的需求。寿命取决于高效设备如何切换进入「睡眠模式」,从而在闲置状态下关闭电池的部分元件。

与 LTE 相同,NB-IoT使用两个主要的RRC协议状态:

● RRC_idle:节省用于发送测量报告的电力和资源

● RRC_connected:设备直接发送和接收数据

NB-IoT 设计灵活性

        特别需要指出的是,NB-IoT技术能够提供一定范围的数据传输速率。这取决于信道质量,或者信噪比和指定区域(带宽)的资源数量。此外,每个设备也有自己的功率预算,而且数台设备能够整合功率。

        除了带宽的影响因素之外,在某些情境中NB-IoT设备更容易受到信号强度的影响。这些设备可以在不损失性能的情况下,通过将传输能量聚集形成更窄的带宽,进而为其他设备节省了更多带宽资源。而且 NB-IoT 传输的并非资源块,而是多频传输或者子载波。NB-IoT 的带宽为 15kHz,而资源块的有效带宽为 180kHz,它由12个带宽为15kHz的子载波组成,两者存在显著差。

        无论信号强弱,针对信号覆盖范围内的不同情况,我们都可以通过增加带宽的方式来提升数据传输速度。通过给设备分配多频或者子载波,数据传输速度最高可提升12倍。在这种理想状态下,设备处于强信号覆盖范围内,数据的传输速率也是非常的快。而在现实环境下,最佳状态是 NB-IoT 设备周围有密集的基站,或者大部分设备位于原始 LTE 覆盖范围内。

        值得注意的是,在设计 NB-IoT 的时候就要求良好的复用性,并能适应各种传输速率。3GPP(标准化机构)提出的设计目标容量是每户人家 40 台设备,或者是每个小区52200 个(以伦敦城市为例);而在模拟运行中,每个小区能够连接200,000台设备,是原定目标的4倍。显然,在正式发布的时候 NB-IoT 将会满足数据传输速率的要求。

关于设备

        要部署大规模传感器显然离不开通信模组。不同参数(如温度和湿度)的监测和反馈过程必须要经过优化。对于重度依赖传感器的场景应用,数据传输速率以及延迟都应该更低,NB-IoT 能够满足这些需求。NB-IoT 设备已经证明了能够在更低峰值的物理层数据传输(100-200kbps 范围)中工作,甚至能够支持单频传输。此外 NB-IoT 设备还有其他优势。例如 LTE MBB 需要两根天线,而 NB-IoT 只需要一根接收天线。

        窄带(NB-IoT 为 200kHz,而其他技术从 1.4MHZ 到 20MHZ 不等)的另一个优势,是数模转换的复杂度、信道估计和更低的缓冲。

NB-IoT 要连接万物

● 智慧城市:

花更少的钱来追踪城市各方面的需求。NB-IoT 和 LTE 让控制路灯、免费停车位、环境条件等成为可能。正如上文中所提及的,NB-IoT 通讯模块具备极具竞争力的价格优势。这些模块,售价预估在 5 美元左右。

● 智能楼宇:

NB-IoT 能够为建筑的宽带连接提供支持。使用 LPWA 网络直接连接传感器到监控系统中,从而增强安全。

● 计量:

智能计量的主要需求是网络覆盖。有些时候,仪表需要安装到偏远的农村地区或者地下。通过常规和小数据传输,NB-IoT 能够很好的监控燃气表和水表。

● 消费市场:

        Cat M1,有时候称之为 NB-IoT 替代者。两项技术都能支持大规模传感器,支持各种活动程度的数据连接。对于消费者来说,可穿戴设备是物联网的基石。物联网的一个主要挑战是如何探索出可持续的商业发展模型。相比较重新生产,传感器和设备的维护费用可能会更贵。

小结

        希望到这里你已经对 NB-IoT 有了更深入的了解,知道它是如何运作,又和其他 LPWAN 的技术有什么差别。全新的物联网规划将会在更好的网络和设备下启动,帮助创造一个极具吸引力的业务。

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