引言

從2G到4G時代，移動通信網絡都只是為了連接人而生。但隨著萬物互聯時代的到來，移動通信網絡需面向連接物而演進。為此，3GPP在Release 13制定了NB-IoT標準來應對現階段的物聯網需求，本文重點介紹NB-IOT的發展史和基本原理。

1. NBIOT基本概念

NB-IoT，窄帶物聯網，是一種專為萬物互聯打造的蜂窩網絡連接技術。顧名思義，NB-IoT所占用的帶寬很窄，只需約180KHz，而且其使用License頻段，可采取帶內、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現有網絡共存，并且能夠直接部署在GSM、UMTS或LTE網絡，即2/3/4G的網絡上，實現現有網絡的復用，降低部署成本，實現平滑升級。

3GPP在Release 13定義了三種蜂窩物聯網標準:EC-GSM、eMTC和NB-IoT(Cat-NB1)。如圖1所示，NB-IoT (Cat-NB1)盡管和LTE緊密相關，且可集成于現有的LTE系統之上，但認為是獨立的新空口技術。

圖1

圖2

3 .NB-IOT四大優勢3.1 廣覆蓋

相比現有的GSM、寬帶LTE等網絡覆蓋增強了20dB，信號的傳輸覆蓋范圍更大，能覆蓋到深層地下GSM網絡無法覆蓋到的地方。其原理主要依靠:1、縮小帶寬，提升功率譜密度；2、重復發送，獲得時間分集增益。

3.2 大連接

相比現有無線技術，同一基站下增多了50-100倍的接入數，每小區可以達到50K連接，真是實現萬物互聯所必須的海量連接。其原理在于:1、基于時延不敏感的特點，采用話務模型，保存更多接入設備的上下文，在休眠態和激活態之間切換；2、窄帶物聯網的上行調度顆粒小，資源利用率更高；3、減少空口信令交互，提升頻譜密度。

3.3 低功耗

終端在99%的時間內均處在休眠態，并集成多種節電技術，待機時間可達10年。1、PSM低功耗模式，即在idle空閑態下增加PSM態 ，相當于關機，由定時器控制呼醒，耗能更低；2、eDRX擴展的非連續接收省電模式，采用更長的尋呼周期，eDRX是DRX耗電量的1/16。

3.4 低成本

硬件可剪裁，軟件按需簡化，確保了NB-IoT的成本低廉，NB-IoT通信單模塊成本不足5美元。

圖3

4. NB-IoT網絡架構

NB-IoT 的網絡架構包括:NB-IoT 終端、演進的統一陸地無線接入網絡 基站、歸屬用戶簽約服務器(HSS)、移動性管理實體(MME)、 服務網關(SGW)、公用數據網(PDN)網關(PGW)、服務能力開放單元(SCEF)、 第三方服務能力服務器(SCS)和第三方應用服務器(AS)。和現有 4G 網絡 相比，NB-IoT 網絡主要增加了業務能力開放單元(SCEF)來優化小數據傳輸和 支持非 IP 數據傳輸。為了減少物理網元的數量，可以將 MME、S-GW 和 P-GW 等核心網網元合一部署，稱之為蜂窩物聯網服務網關節點(C-SGN)。 NB-IoT 系統基本延用了基于 4G LTE/演進的分組核心網(EPC)網絡架構， 并結合 NB-IoT 系統的大連接、小數據、低功耗、低成本、深度覆蓋等特點對現有 4G 網絡架構和處理流程進行了優化。

圖4