NB-IoT概况

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NB-IoT（NarrowBandInternet of Things，窄带IoT）是一种基于蜂窝的窄带物联网技术，支撑低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。它是低功耗广域网(Low Power Wide Area Network，简称LPWA)技术的一种标准，并由3GPP负责其标准化制定工作。

NB-IoT主要应用于低吞吐量、能容忍较大时延且低移动性的场景，如智能电表、遥感器和智能建筑等。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE网络中，即可复用现有基站以降低部署成本，实现平滑升级。

物联网技术主要包括应用于局域网的物联网技术，包括WiFi、Zigbee或Bluetooth（蓝牙）等，以及应用于广域网的物联网技术，包括Sigfox、LoRa和蜂窝IoT等。NB-IoT是可运营的电信网络，这是NB-IoT区别于LoRa、SigFox、WiFi、Zigbee等技术的关键。NB-IoT是一种与LTE不同的RAT技术，它并不支撑后向兼容。但NB-IoT可与LTE共存于同一网络中，彼此之间在时频位置上区分开。

物联网的快速发展，对无线通信技术提出了更高的要求，主要是为低速率、低功耗、低成本、广覆盖和海量物联网设备连接而设计的LPWAN（LowPower Wide Area Network）技术应运而生。本系列文章主要关注广域网的蜂窝IoT技术NB-IoT的实现。

NB-IOT技术是基于200KHz窄带频谱的系统，可以划分为一定数量的可独立调制的窄带物理子信道，上/下行信道均采用采用频分复用的方式（FDM）。

只需200kHz的频谱资源，使得NB-IOT系统可以非常灵活的部署，可以从GSM载波Refarming部署、零散频谱的独立部署、其他制式的保护带部署。

NB-IoT允许UE通过E-UTRA接入网络服务，但其信道带宽被限制为180kHz。NB-IoT的设计目标包括：

Ÿ 覆盖增强：与GSM相比，提升20dB的覆盖能力；   

Ÿ 超低功耗：5Wh电池可供UE使用10年（真实的电池寿命取决于应用场景和覆盖需求）；

Ÿ 大量的低吞吐量UE接入：单扇区可支撑50000个连接；

Ÿ 时延不敏感：上行时延可达到10秒；

Ÿ 低速：支撑单用户上下行至少160 bit/s；

Ÿ 低成本：单模组成本小于5美金。

NB-IoT的主要特性包括：

部署方式（deployment）	带内部署、保护频带部署或独立部署
双工模式（duplex mode）	FDD半双工type-B
MCL（覆盖）	164 dB
下行	OFDMA（15kHz子载波间距），单接收天线，1或2发射天线
上行	SC-FDMA（15kHz或3.75kHz子载波间距），支撑multi-tone/single-tone传输
带宽（bandwidth）	180 kHz（1个PRB）
峰值速率（peak data rate）	下行为226.7kbps。上行multi-tone传输为250kbps，上行single-tone为20kbps
省电技术（power saving）	PSM，eDRX
功率类别（power class）	23 dBm

表1-2 NB-IoT主要特性

NB-IOT与FDD LTE对比：

        

技术特性

      

差异描述

  
   

物理信道管理

  

NB-IoT和LTE FDD支撑的信道不一样。具体如下：
  NB-IoT： 上行物理信道：NPRACH、NPUSCH 下行物理信道：NPBCH、NPDCCH、NPDSCHl  
  LTE FDD：上行物理信道：PRACH、PUCCH、PUSCH 下行物理信道：PBCH、PCFICH、PHICH、PDCCH、PDSCH、PMCH

   

下行HARQ

  

NB-IoT：采用异步HARQ进程。最大可 支撑两个下行HARQ进程。
  LTE FDD：最大支撑八个HARQ进程。

   

上行HARQ

  

NB-IoT：上行采用异步HARQ进程，最 大可支撑两个上行HARQ进程。
  LTE FDD：上行采用同步HARQ，最大支撑八个HARQ进程。

   

调制方式

  

NB-IoT：下行仅支撑QPSK。 上行支撑QPSK和BPSK。
  LTE FDD：下行支撑QPSK、16QAM和64QAM。上行支撑QPSK和16QAM。

   

AMC

  

NB-IoT：上下行初始MCS选择由配置 决定，区分覆盖等级。
  LTE FDD：上行基于SINR测量选择初始MCS，下行基于UE上报的CQI选择初始MCS。

   

RRC连接管理

  

NB-IoT：CP优化传输没有PDCP层， NAS消息会携带数据。UP优化传输有PDCP层，与LTE FDD无差异。
  LTE FDD：有PDCP层，NAS消息携带消息内容，而不是数据。

   

系统消息广播

  

NB-IoT：支撑MIB、SIB1、SIB2、SIB3、SIB4、SIB5、SIB14、SIB16LTE  
  FDD：支撑MIB、SIB1~SIB20

   

随机接入

  

NB-IoT：支撑区分三种不同覆盖等级 的接入。
  LTE FDD：只支撑一种覆盖等级的接入。

   

寻呼

  

NB-IoT：支撑普通寻呼，支撑基于覆 盖等级和推荐小区列表的扩展寻呼。
  LTE FDD：仅支撑普通寻呼。

   

35km覆盖范围

  

仅NB-IoT支撑。

   

准入控制

  

NB-IoT：主要根据RRC建立原因值进 行准入控制。
  LTE FDD：主要根据ARP进行准入控制。

   

拥塞控制

  

NB-IoT：支撑基于SIB14的拥塞控制。
  LTE FDD：支撑基于SIB2的拥塞控制。

   

基本调度

  

NB-IoT：初始调度区分覆盖等级，不 支撑下行测量上报，下行基于ACK/NACK反馈结果调整MCS和重复次数。
  LTE FDD：仅支撑一种覆盖等级调度，支撑下行测量上报，可以基于下行测量上报结果调整下行MCS。

   

上行功率控制

  

NB-IoT：包含NPUSCH功控和NPRACH功控，仅支撑开环功控。
  LTE FDD：包含PUSCH功控、PUCCH功控、SRS功控和PRACH功控，支撑开环功控和闭环功控。

   

DRX

  

NB-IoT：支撑长周期DRX。
  LTE FDD：不支撑长周期DRX。

   

小区选择与重选

  

NB-IoT：不支撑按优先级的小区重选，节省UE耗电。
  LTE FDD：支撑按优先级的小区重选。

   

上行2天线接收分集

  

NB-IoT：仅支撑MRC接收机技术。
  LTE FDD：支撑MRC和IRC接收机技术。

   

MIMO

  

NB-IoT：终端为1T1R，不支撑MIMO，NRS天线端口最大支撑2Port，支撑SFBC。
  LTE FDD：支撑MIMO，CRS天线端口最大支撑4Port，支撑SFBC和FSTD。

   

NB-IoT覆盖扩展

  

仅NB-IoT支撑。

   

Multi- tone

  

仅NB-IoT支撑。

   

上行4天线接收分集

  

NB-IoT：仅支撑MRC接收机技术。LTE  FDD：支撑MRC和IRC接收机技术。

   

HARQ进程

  

NB-IoT：上下行最大可支撑两个HARQ 进程。
  LTE FDD：上下行最大支撑八个HARQ进 程。

   

小区选择

  

NB-IoT：仅支撑DMRS测量进行协作小区选择。
  LTE FDD：可通过A3事件、SRS测量进行协作小区选择。

   

多载波

  

仅NB-IoT支撑。

表1-3 NB-IOT与FDDLTE主要技术特性对比

NB-IoT与LTE(FDD)的功能比较：

                              

图1-3：NB-IoT与LTE(FDD)的功能比较