NB-IoT简介

窄带物联网技术NB-IOT应用交流材料中国电信股份有限公司宜昌分公司2020年4月目录CONTENTS物联网发展趋势及中国电信NB-IoT网络发展规划4321NB-IoT技术优势NB-IoT技术简介NB-IoT典型应用及典型解决方案MassiveIoT应用特点当前采用2/3/4G承载物联网应用的主要问题终端功耗过高（使用5Wh电池，2G终端待现网能力差距2/3G无法满足海量终端应用需求（每200kHz带宽下：2G：2.5万3G：3万）典型场景网络覆盖不足，例如：室内的无线抄表、边远地区的环境监控和地下资源监控（4G规划指标穿透1层墙）终端种类多、批量小，开发门槛高，通信模块成本高，综合成本高海量终端增强型能源效率低成本低数据吞吐量静态应用场景广覆盖近期主流物联网应用对通信技术提出新的需求中速率(1-10Mbps)智能建筑，电梯卫士，低端M2M汇聚等低速率(~200kbps)抁表，停车，物流监控，农林牧渔，传感，追踪业务等LPWA高速率(10Mbps)视频监控、智慧医疗、智慧城市等MTC/eMTC/LTE-V2G:GPRS|CDMA2K1X4G:LTE/LTE-A3G:HSPA/EVDO/TDSWiFi802.11技术网络要求2020年全球CIoT连接占比分布NB-IoTSigFox/LoRa短距无线，如ZigBee5%25%70%网络接入技术•高速率(10Mbps)•中速率(1-10Mbps)•低功耗•低速率(~200Kbps)•深度覆盖(20dB)•低功耗(10年)•低成本(5$)物联网市场分类和竞争技术LPWA(LowPowerWideArea,低功耗广覆盖)应用占整个物联网连接规模接近70%LTE-MNB-IoTLTE覆盖标准155dB164dB~10years5~10years不敏感1Mbps200Kbps10Mbps500km/h350km/h不敏感$5~10/模组不敏感（18k）50k$5/模组1msLoRa37.5Kbps10yearsN/A$7/模组10K5G155dB100ms10S30Km/h吞吐量覆盖能力终端寿命移动性时延成本容量用户数增加覆盖增强移动性增强速率提升GSA统计已有24个运营商确定NB-IOT建设计划，预计2017年底将会有20个NB-IoT网络实现商用30km/hNB-IoT为窄带低速大连接数物联网场景提供最佳解决方案中国电信利用800M频段重耕时机将在国内率先全网商用NB-IoT目录CONTENTS物联网发展趋势及中国电信NB-IoT网络发展规划NB-IoT技术优势NB-IoT技术简介4321NB-IoT典型应用及典型解决方案什么是NB-IoT？NB-IoT——Narrowband-InternetofThings即窄带物联网Frequency200kHz180kHz=48subcarriersSubcarrierspacing=3.75kHz10kHz(Guardband)10kHz(Guardband)Stand-lone：独立载波组网一个载波带宽下行12个15Khz子载波上行3.75Khz或15Khz200Khz小区峰值速率上行最大:261.6kbps下行最大:226.6kbpsNB-IOT的三种部署方式Guardband：利用LTE系统边缘保护带上没有使用的资源块In-band：利用LTE系统中的资源块NB-IoT的关键技术——窄带传输NB-IoT的关键技术：窄带传输下行使用NB-OFDMA（正交频分多址）系统，使用72个频宽为2.5KHz的子载波(Subcarrier)传输，使频谱有更高的使用效率，并在同一个蜂窝网络允许大量的设备同时使用，提供更广的覆盖范围，其能够使用在一个LTE的资源区块（ResourceBlock,RB）内（180kHz频宽），或者是在没有使用到之RB旁的保护间隔(GP)，亦或是使用独立出来的一个专用频谱；上行使用的是FDMA的系统搭配GMSK(高斯最小频移键控)或者是PSK（相移键控）的调制，其可以提高频谱的使用效率，并且降低元件的复杂度；NB-OFDMA频谱NB-IoT的关键技术——eDRXNB-IoT的关键技术：eDRX(EnhancedDiscontinuousReception,延长的非连续接收模式）在R13标准，定义改进eDRX，其为延长原本DRX的时间，使UE在DRX的次数及频率上可以减少，以达到更省电的目的，但UE在进行长时间的DRX周期后，本身的计时器可能会发生不准确的情况，就会让UE与核心网之间发生不同步的情况，因此基站必须时常与UE进行同步，而在UE离开eDRX模式时，也要发出多笔传呼讯号，让UE在时间不同时依旧可以收到传呼讯号。扩展的LongDRX可使LTE-M和NB-IoT的电池使用寿命超过10年，同时保持了机械工业过程监控或家庭自动化等用例所需的下行链路的可达性。NB-IoT的关键技术——半双工HalfDuplexNB-IoT的关键技术：半双工HalfDuplex半双工模式在3GPPR8时定义，R12时列出typeA与typeB两种类型，其中TypeB为Cat.0专用。typeA下，UE在发送上行信号时，其前面一个子帧(Subframe)的下行信号中最后一个符元(Symbol)不接收，用来作为保护间隔(GuardPeriod,GP)；typeB下，UE在发送上行信号时，其前面的子帧与后面的子帧都不接收下行信号，使得保护间隔增大，对于设备的要求更加得降低，并且也使讯号的可靠性上升。UE-Category半双工方式Category1TypeACategory2TypeACategory3TypeACategory4TypeACategory5TypeACategory6TypeACategory7TypeACategory8TypeACategory9TypeACategory10TypeA...Category0TypeBCat.MNB-IOT$半双工只需要多一个切换器去改变发送或接收的模式，比起全双工(FullDuplex)所需的元件，成本更为低廉，并且也能够降低电力的消耗。NB-IoT的关键技术——半双工HalfDuplexPSM（PowerSavingMode，省电模式）PSM为一种特殊的终端状态，可以最小化电力的消耗，一般认为比空闲模式（IdleMode）下更省电。若终端支持PSM，在Attach或TAU(跟踪区更新)的过程中，会向网络申请一个启动计时器(ActiveTimer)，当设备从连接状态转移到空闲状态后，该定时器开始运行；当定时器终止时，设备进入省电模式。省电模式中，UE不再监听寻呼信号，近似于关机的状态，但UE还是注册在网络中，因此不需要重新连接或建立分组数据网络的连接，直到UE要再对外发送数据，或者TAU的周期到了，才会恢复到连接的状态。TAUCycle/Trans.Cycle2.56sRel.810.241s1min10minRel.121h2h1day15min3.74.54.94.94.94.94.91hour8.113.817.017.817.917.917.91day13.239.184.9108.0110.8111.1111.31week13.542.099.4132.1136.2136.6137.01month13.642.3101.6135.9140.2140.7141.11year13.642.5102.3137.1141.4141.9142.3终端在不同的TAU周期与传送周期的耗电情况（月）若是TAU周期为1小时，而1个星期发送一次数据，两个2A电池可以使用超过136个月，相当于11年左右目录CONTENTS4321物联网发展趋势及中国电信NB-IoT网络发展规划NB-IoT技术优势NB-IoT技术简介NB-IoT典型应用及典型解决方案NB-IoT的四大优势20dB增益1$芯片成本•简化射频硬件•简化协议降低成本•减小基带复杂度10年电池寿命100K连接数每小区•频谱效率高•小包数据发送特征•终端极低激活比深覆盖•窄带功率谱密度提升•重传次数•编码增益•简化协议,芯片功耗低•功放效率高•发射/接收时间短低功耗大连接低成本深覆盖：比LTE覆盖高20dB功率谱密度=200mW/180kHz180KHzIOT终端:200mw3.75KHz注：由于GSM终端发射功率最大可以到33dBm,NB-IOT发射功率最大23dBm,所以实际NB-IOT终端比GSM终端功率谱密度高7dBDataPackage(e.g100byte)2G/3G/LTE终端发射功率功率谱密度=200mW/3.75kHzNB-IOT终端最多重复16次技术点1：功率谱密度增强+17dB技术点2：重复+3~12dB48倍NB-IOT功率谱密度高低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年•Tx(23dBm):200mW•Rx:80mW•Idle:3mW•PSM:0.015mWActiveIdlePSMActivetimerActivetimerStartExpirationTAU/RAUtimerExpiration/MOPSM和长周期定时器ActiveM2M终端CloudEdgeMME基亍终端分组/业务特征下发定时器给终端：Readytimer/Activetimer/RAUtimerExtendedLongDRXDRXCycleeDRXCycleM2M终端MMEeDRX协商，MME决策省电模式减少IDLE态寺呼侦听次数PSM省电模式PSM省电模式终端空闲时关闭收发信机99%时间在PSM状态PSM下只占用1%功耗eDRX扩展动态接收增大IDLE态寻呼信道侦听周期延长定时周期根据终端业务模型，灵活适配长周期位置更新定时器RAU/TAU，减少唤醒次数大连接：100K用户容量*/200kHz小区话务模型海量连接的特有系统设计15分钟~1天100byte对时延不敏感关键技术1：窄带技术上行等效功率提升，大大提升信道容量~100k设备/小区关键技术2：减小空口信令开销，提升频谱效率蜂窝物联核心网业务平台DLData关键技术4：核心网优化终端上下文存储下行数据缓存关键技术3：基站优化独立的准入拥塞控制终端上下文信息存储NB-IoT基站*典型值，与应用类型和话务模型相关低成本：终端模组成本低至5$协议栈优化500kBytePA:PowerAmplifierSOC:SystemonChipCat-4LTEBB2RX1TXRFPMUFlash/RAMBB1RX1TXRFPMUFlash/RAMBB1RX1TXRFPMUFlash/RAMCat-0MTCNB-IOTMMMB:多模多频段PAMB:多频段BB:基带PMU:电源管理单元低复杂度基带终端协议简化精简射频单天线，半双工高效功放上行峰均比低，功放效率高SOC可内置PA精简电源管理小容量存储目录CONTENTS4321物联网发展趋势及中国电信NB-IoT网络发展规划NB-IoT技术优势NB-IoT技术简介NB-IoT典型应用及典型解决方案典型应用：智慧城市a智能停车行业应用：监测车位是否有车，将车位信息上报到平台，通过引导屏和终端引导车主停车。停车场APP业务特点：低速率小包业务为主移动性：不要求时延：不敏感能耗：敏感成本：敏感可靠性：90定位：不要求公共/安全c行业应用：智能垃圾箱：太阳能供电，实时监控垃圾箱是否满。城市路灯监控：下发路灯配置信息，上报故障告警信息。智能垃圾箱路灯监测业务特点：低速率小包业务为主移动性：不要求时延：不敏感能耗：不敏感（太阳能）成本：敏感可靠性：90定位：不要求智能抄表b业务特点：低频小包为主（1次/天）移动性：不要求时延：不敏感能耗：敏感成本：敏感可靠性：99%定位：不要求行业应用：水、电、气表自动抄表。典型应用：智慧工业天线Modem控制器发动机控制器多重监视器液压控制器数据服务器Web应用服务器Internet用户（顾客，代理店，当地法人，小松制作所