NB-IoT如何影響物聯網的未來

本文由碼農網 – 王勝原創翻譯，轉載請看清文末的轉載要求，歡迎參與我們的付費投稿計劃！

本文以NB-IoT標準的技術角度，暗示了低功耗裝置的未來距離大規模生產只有短短几年。

5G計劃在2020年部署，因此本文討論NB-IoT以及它對物聯網的重要技術背景。NB-IoT，即LTE Cat NB1，是關於以智慧方式聯接幾十億數量的裝置的技術。該技術節省成本，支援低成本的裝置使用低功耗，提供廣域覆蓋。LPWA（低功耗廣域覆蓋）技術是物聯網產業的理論基礎；它事實上聯接任何地點的裝置，並利用了已建立的行動通訊網路。

達到新MTC應用的主要標準之一，是部署無線接入網路，該網路能降低電池消耗，廣域覆蓋，有效驅動低成本裝置，符合各運營商的不同頻段需求。在MTC應用中，我們能發現這些應用，智慧抄表，財產監控，農業，車隊和物流管理。巨量MTC裝置通常只使用小量資料，並且一般位於無線訊號惡劣的地區，比如，森林，農場和地下室。

運營註冊的頻段容易保證覆蓋和執行。運營在非註冊的頻段會面臨對網路內許多裝置不可控的干擾。

電池和覆蓋範圍

基站密度和鏈路預算是影響行動通訊網路覆蓋的主要因素。和其它技術對比，比如，GPRS，WCDMA和LTE，NB-IoT的鏈路預算有20dB（譯者注：從下表可以看出，NB-IoT的鏈路預算比GPRS高20dB，這意味著，NB-IoT裝置在更弱的無線訊號下，依然能正確解碼，所以，NB-IoT比GPRS的覆蓋範圍更大。）的優勢並適於低資料速率。

下表我們列出各技術的鏈路預算：

NB-IoT	164dB
GPRS	144dB
LTE	142.7dB

這20dB的改善意味著犧牲了其它因素，比如MTC應用的要求，但事實也不完全如此。NB-IoT滿足延遲和電池壽命的要求。壽命依賴於裝置能有效的轉為睡眠模式，當不需要的時候，關閉電池的消耗。

像LTE一樣，NB-IoT使用兩個主要的RRC狀態，

RRC_IDLE	節省用於傳送測量報告的功耗和資源
RRC_CONNECTED	裝置直接接收和傳送資料

NB-IoT設計的靈活性

NB-IoT技術支援大範圍的資料速率。這依賴於通道質量，訊雜比和特定區域的資源數量。並且，每個裝置有特定的鏈路預算，可以集合多個裝置的功耗。

在某些情況下，NB-IoT裝置主要受訊號強度影響而不是頻寬。這些裝置關注於發射能量，針對窄帶裝置不失去效能。這種效率為其它裝置空餘出頻寬。NB-IoT採用tone音和子載頻而不是資源塊。它的頻寬是15KHz，和資源塊不一樣，資源塊是180KHz。

在不同的地區，無論好的和差的覆蓋區域，都可以通過增加頻寬來提高資料速率。通過分配多個tone音和子載頻，資料速率可以提高12倍。這種方法改善了容量。當裝置有好的覆蓋，資料速率就快。大多數時間，當NB-IoT裝置部署在高密度網格或位於原有的LTE覆蓋區域，就能達到良好覆蓋。

值得注意的是，NB-IoT具有高複用和適應性資料速率。3GPP規定目標容量為，每戶支援40個裝置，每個小區支援52,200個裝置（比如：倫敦等大城市）。模擬實驗已完成200,000個裝置每小區，4倍於原有目標。當然，釋出時，NB-IoT會達到資料速率要求。

關於裝置

可消費得起的調變解調器是感測器大規模部署的必要條件。檢測和上報像溫溼度的資料流程需要優化。對於以感測器為主的應用，資料速率和延遲可以降低。NB-IoT能有效滿足這些要求。NB-IoT裝置支援低物理層資料速率，在100kbps到200kbps之間，對於單音裝置，速率能更低。

還有其它可優化的方面。比如，LTE MBB需要兩根天線，而NB-IoT只需要一根接收天線。因此，基帶解調器只需要一個接收器。

窄帶的優勢之一（NB-IoT的頻寬200KHz相對於其它接入技術的頻寬1.4MHz到20MHz）是模數以及數模轉換，通道預測以及低快取的複雜性。

NB-IoT使工業更智慧

城市	監測一座城市需要很多方面並且要低成本。NB-IoT和LTE使得控制路燈，免費停車，環境監測等變的可能。如前所述，NB-IoT調變解調器具有競爭力的價格。比如，模組預計為5美元。
建築物	NB-IoT可以支援建築物的寬頻接入。安保可以通過LPWA網路使用感測器監測。
抄表	也許智慧抄表的主要要求是網路覆蓋。有時，抄表需要在訊號惡劣的地區，比如，偏遠地區和地下。NB-IoT通過規律的小資料傳送實現對煤氣和水錶的監測。這會導致更好的網路覆蓋。
消費者	Cat M1（有時是NB-IoT的替代物）。兩種技術都支援海量感測器，從大資料量到小資料量的活動。對於消費者，可穿戴是IoT的基石。IoT建立者面臨的主要挑戰之一是解決可持續商業模型。隨著時間的推移，維護感測器和裝置將比生產更昂貴。

結束語

希望你瞭解NB-IoT是什麼，如何工作，以及和其它LPWA技術的區別。新穎的IoT需求將在更好的網路下實現，裝置將實現一個更具吸引力的商業。