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      5G很遙遠,但NB-IoT已成物聯網當紅辣子雞

      發布日期:2017-03-23 訪問量:1230

      NB-IoT全稱是窄帶物聯網,可直接在現有的 GSM、UMTS 或 LTE 網絡中進行部署,占用極低的帶寬來連接大量低功耗設備,實現降低成本和平滑過渡的目標,目前已經是萬物互聯概念中的重要分支。根據規劃路線圖,5G將會在2020年正式商用,而本文將討論NB-IoT 的未來,以及相關的技術規格對物聯網的重要影響。

      NB-IoT,也被稱為 LTE Cat NB1,它可以更智能的方式來連接數十億臺設備。它具有極高的性價比,支持低成本設備低功耗連接,并提供更寬廣的覆蓋范圍。作為物聯網行業規模經濟的有效可行理論,低功耗廣域網 (LPWA) 技術幾乎能夠覆蓋所有地方,并且能夠和現有的移動網絡兼容運作。

      新型 MTC(機器型態通訊)應用的主要需求就是,部署低功耗、覆蓋更廣范圍、為低成本設備高效供電、匹配各家運營商不同頻段的無線電接入網絡。通常情況下,這些 MTC 應用包括智能計量、物業監控、農業、船隊和物流管理等領域。雖然這些設備所產生的數據往往非常小,但它們通常安裝在信號覆蓋的盲區,例如森林、農場或者地下室,現有的短距離通信網絡和移動蜂窩網絡都無法覆蓋這些區域,而NB-IoT就是為解決這一問題而問世的。

      在授權的頻譜下工作,更能確保覆蓋率和性能,但運行在未授權頻譜下容易出現各種不可控風險,會對網絡中運行的諸多設備整體性能產生影響。

      電池和覆蓋性能

      網點密度和鏈路預算是影響移動網絡覆蓋率的兩大主要因素。相比較 GPRS、WCDMA 和 LTE 等技術,NB-IoT的鏈路預算多20dB,而且能夠在更低的數據覆蓋情況下運行。

      通信技術的鏈路預算對比:

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      20dB 的改進同時也意味著在某些方面做出犧牲,例如降低對 MTC 應用的要求,但也帶來了很多的優勢。NB-IoT能夠滿足速率延遲和電池壽命的需求。壽命取決于高效設備如何切換進入「睡眠模式」,從而在閑置狀態下關閉電池的部分元件。

      與 LTE 相同,NB-IoT使用兩個主要的RRC協議狀態:

      ● RRC_idle:節省用于發送測量報告的電力和資源

      ● RRC_connected:設備直接發送和接收數據

      NB-IoT 設計靈活性

      特別需要指出的是,NB-IoT技術能夠提供一定范圍的數據傳輸速率。這取決于信道質量,或者信噪比和指定區域(帶寬)的資源數量。此外,每個設備也有自己的功率預算,而且數臺設備能夠整合功率。

      除了帶寬的影響因素之外,在某些情境中NB-IoT設備更容易受到信號強度的影響。這些設備可以在不損失性能的情況下,通過將傳輸能量聚集形成更窄的帶寬,進而為其他設備節省了更多帶寬資源。而且 NB-IoT 傳輸的并非資源塊,而是多頻傳輸或者子載波。NB-IoT 的帶寬為 15kHz,而資源塊的有效帶寬為 180kHz,它由12個帶寬為15kHz的子載波組成,兩者存在顯著差。

      無論信號強弱,針對信號覆蓋范圍內的不同情況,我們都可以通過增加帶寬的方式來提升數據傳輸速度。通過給設備分配多頻或者子載波,數據傳輸速度最高可提升12倍。在這種理想狀態下,設備處于強信號覆蓋范圍內,數據的傳輸速率也是非常的快。而在現實環境下,最佳狀態是 NB-IoT 設備周圍有密集的基站,或者大部分設備位于原始 LTE 覆蓋范圍內。

      值得注意的是,在設計 NB-IoT 的時候就要求良好的復用性,并能適應各種傳輸速率。3GPP(標準化機構)提出的設計目標容量是每戶人家 40 臺設備,或者是每個小區52200 個(以倫敦城市為例);而在模擬運行中,每個小區能夠連接200,000臺設備,是原定目標的4倍。顯然,在正式發布的時候 NB-IoT 將會滿足數據傳輸速率的要求。

      關于設備

      要部署大規模傳感器顯然離不開通信模組。不同參數(如溫度和濕度)的監測和反饋過程必須要經過優化。對于重度依賴傳感器的場景應用,數據傳輸速率以及延遲都應該更低,NB-IoT 能夠滿足這些需求。NB-IoT 設備已經證明了能夠在更低峰值的物理層數據傳輸(100-200kbps 范圍)中工作,甚至能夠支持單頻傳輸。此外 NB-IoT 設備還有其他優勢。例如 LTE MBB 需要兩根天線,而 NB-IoT 只需要一根接收天線。

      窄帶(NB-IoT 為 200kHz,而其他技術從 1.4MHZ 到 20MHZ 不等)的另一個優勢,是數模轉換的復雜度、信道估計和更低的緩沖。

      NB-IoT 要連接萬物

      ● 智慧城市:

      花更少的錢來追蹤城市各方面的需求。NB-IoT 和 LTE 讓控制路燈、免費停車位、環境條件等成為可能。正如上文中所提及的,NB-IoT 通訊模塊具備極具競爭力的價格優勢。這些模塊,售價預估在 5 美元左右。

      ● 智能樓宇:

      NB-IoT 能夠為建筑的寬帶連接提供支持。使用 LPWA 網絡直接連接傳感器到監控系統中,從而增強安全。

      ● 計量:

      智能計量的主要需求是網絡覆蓋。有些時候,儀表需要安裝到偏遠的農村地區或者地下。通過常規和小數據傳輸,NB-IoT 能夠很好的監控燃氣表和水表。

      ● 消費市場:

      Cat M1,有時候稱之為 NB-IoT 替代者。兩項技術都能支持大規模傳感器,支持各種活動程度的數據連接。對于消費者來說,可穿戴設備是物聯網的基石。物聯網的一個主要挑戰是如何探索出可持續的商業發展模型。相比較重新生產,傳感器和設備的維護費用可能會更貴。

      小結

      希望到這里你已經對 NB-IoT 有了更深入的了解,知道它是如何運作,又和其他 LPWAN 的技術有什么差別。全新的物聯網規劃將會在更好的網絡和設備下啟動,幫助創造一個極具吸引力的業務。

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