本文主要講了什么內容?基于蜂窩的物聯網連接由于設備功耗大、部署成本高等劣勢，目前在移動網絡上承載的物聯網連接只占到總數的6%。以NB-IoT為代表的低功耗廣域網(LPWA)具有低成本、廣覆蓋的特點，在未來低速率物聯網業務中扮演著重要角色。文章從標準化進展、頻率部署方式等方面對NB-IoT技術進行了分析，給出了中國聯通窄帶物聯網的網絡架構和部署方案，為中國聯通NB-IoT的內外場測試及商用部署提供參考。

　　一 引言

　　據IDC預測，到2020年，全球物聯網連接將達到300億;到2025年，全球物聯網連接將達到700億。然而，根據Machina Research咨詢報告顯示，現在大量的物與物連接，是通過藍牙、Wi-Fi等短距通訊技術承載的，基于蜂窩通信技術(2/3/4G)的物聯網設備由于終端設備功耗大、部署成本高等劣勢，目前真正承載在移動網絡上物與物的連接只占到連接總數的6%。針對這種情況，為了解決廣覆蓋和低成本、低功耗兩難的問題，有必要專為物聯網連接設計新的通信技術以增強網絡能力，由此，低功率廣域網LPWA應運而生。

　　作為LPWA典型代表之一的窄帶物聯網NB-IoT是面向低功耗、深度覆蓋的全球統一標準，已于2016年6月在3GPP完成核心標準凍結。NB-IoT定位于“低頻、小包、時延不敏感”的物聯網業務，并且工作于授權頻段，具有干擾小、可靠性高等優勢，未來將承接大量物聯網接入業務。

　　本文將在第1節對NB-IoT進行介紹，包括NB-IoT的標準化情況、頻率部署方式、系統需求和NB-IoT的優勢;第2節將介紹中國聯通NB-IoT的網絡架構;第3節給出中國聯通NB-IoT的部署方案;最后，對蜂窩物聯網技術演進進行總結。

　　二 窄帶物聯網介紹

　　1、標準化進展

　　由于市場對物聯網業務需求急迫，各運營商、設備廠商、芯片廠商紛紛積極推進窄帶蜂窩物聯網的標準化工作。

　　從2014年5月起，NB-IoT經歷了多次融合和更替。2016年6月16日3GPP RAN全會第72次會議上，NB-IoT核心協議在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四個工作組均完成凍結。在R13標準中，NB作為一個全新標準的技術，其空口技術相比LTE進行了重新設計：180kHz窄帶系統和上行3.75kHz的子載波間隔能有效提高網絡覆蓋，從而滿足鏈路預算至少比GSM高20dB以上的設計目標;UE僅支持半雙工，且增加了PSM和eDRX功能，能有效降低終端功耗，節約終端成本。如圖1所示。

　　圖1 NB-IoT標準化進展

　　3GPP R14新增定位功能、SC-P2M下行廣播功能、非連接態移動性增強功能，可以滿足更多場景需要，提高網絡可靠性。

　　2、頻率部署方式

　　3GPP NB-IoT工作項目總體上確定將定義一種對于E-UTRAN非后向兼容、有較大變動的蜂窩物聯網無線接入新技術，增強室內覆蓋、支持大量的低吞吐量設備、低延遲敏感度、超低成本、低功耗設備和(優化)網路體系架構。

　　NB-IoT支持3種頻率部署方式，如圖2所示。

　　圖2 NB-IoT頻率部署方式

　　1)獨立部署Standalone：利用目前GERAN系統占用的資源，替代目前的一個或多個GSM載波。

　　2)保護帶部署Guard-Band：利用目前LTE載波保護帶上沒有使用的資源塊。

　　3)帶內部署In-Band：利用LTE載波內的資源塊。

　　3、NB-IoT系統需求

　　1)下行和上行鏈路終端射頻帶寬都是180kHz。

　　2)下行鏈路是OFDMA方式，對于3種操作模式都是15kHz的子載波間隔。

　　3)對于上行鏈路：支持Singletone和Multi-tone傳輸。

　　對于Single-tone傳輸，網絡可配置子載波間隔為3.75kHz和15kHz。

　　對于Multi-tone傳輸采用基于15kHz子載波間隔的SC-FDMA。

　　UE需要指示對Single-tone和Multi-tone傳輸的支持能力。

　　4)NB-IoT終端只需要支持半雙工操作，在R13階段不需要支持TDD，但要求保證對TDD前向兼容的能力。

　　4、NB-IoT優勢

　　1)大鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無線技術提供50~100倍的接入數。一個扇區能夠支持10萬個連接。

　　2)深度覆蓋：NB-IoT室內覆蓋能力強，比LTE提升20dB增益，相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿足農村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

　　3 ) 低功耗： NB - IoT借助PSM(Power Saving Mode，節電模式)和eDRX可實現更長待機。其中PSM技術是R12中新增的功能，在此模式下，終端仍舊注冊在網但信令不可達，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的。eDRX是R13中新增的功能，進一步延長終端在空閑模式下的睡眠周期，減少接收單元不必要的啟動，相對于PSM，大幅度提升了下行可達性。

　　4)低成本：與LoRa相比，NBIoT無需重新建網，射頻和天線基本上都是復用的。可以直接進行GSM/UMTS/LTE和NB-IoT的同時部署。模塊預期價格不超過5美元。

　　三 中國聯通窄帶物聯網網絡架構

　　1、NB-IoT網絡總體架構

　　NB-IoT的網絡架構和4G網絡架構基本一致，但針對NB-IoT優化流程，在架構上面也有所增強。圖3描述了NB-IoT網絡的總體架構。

　　圖3 NB-IoT網絡總體架構

　　圖6 中國聯通遠期網絡演進架構

　　四 中國聯通窄帶物聯網部署方案

　　1、頻率選擇策略

　　1)900&1800MHz覆蓋性能分析

　　(1)鏈路預算(如表1所示)。在Standalone部署方式下，考慮密集城區、城區、農村、郊區典型覆蓋場景下，采用HATA傳播模型，在典型穿透損耗基礎上，對N900MHz、N1800MHz覆蓋性能進行仿真，其對比結果如表2。

　　表1 N900&N1800鏈路預算假定條件

　　表2 N900&N1800鏈路預算結果

　　密集城區場景，滿足99%覆蓋率，900MHz和1800MHz頻段站間距分別為670米和390米;普通城區場景，滿足99%覆蓋率，900MHz和1 800MHz頻段站間距分別為1 560千米和900米;若降低覆蓋率要求至95%，NB-IoT在900MHz和1 800MHz頻段站間距要求顯著增大。

　　N900比N1800覆蓋性能有一定優勢，其覆蓋徑比為1.6~2被，密集城區/普通城區/ 農村廣覆蓋區域覆蓋半徑比分別為1.6~1.7/1.6~1.8/1.8~2.0倍。

　　(2)L900和L1800深度覆蓋性能。

　　佛山城區升級部署兩個L900站點，對L1800和L900覆蓋性能進行對比，四種室內深度覆蓋測試場景：商辦樓宇(央城大夏為框架結構)、新居民住宅(尚輝苑為新式住宅、框架結構、千戶型 )、居民住宅(果房公寓為老式住宅、磚混結構)、沿街商鋪(口腔醫院為鋼結構)。測試驗證結果如表3，在室內深度覆蓋區域，L900平均RSRP值比L1800普遍高10dB以上，尤其對于老式住宅室內極深的深度覆蓋場景，L900比L1800滲透率極強，高近20dB。

　　表3 L900和L1800深度覆蓋性能對比

　　(3)L900(3M與5M)與L1800深度覆蓋業務性能(如表4)。

　　表4 L900(3M與5M)與L1800深度覆蓋業務性能對比

　　在深度覆蓋場景進行業務性能對比測試，L900比L1800信號質量好10dB左右，L1800在RSRP=-110和-120四個場景下脫網，L900則性能很好。

　　L1800：RSRP均值為-111dBm，SINR均值為0.2dB，下載平均速率為11699/bps，上傳平均速率為7036/bps。

　　L900 - 5M：RSRP均值為-102dBm，SINR均值為1.4dB，下載平均速率為4 688/bps，上傳平均速率為4267/bps。

　　L900 - 3M：RSRP均值為-103dBm，SINR均值為1.3dB，下載平均速率為2353/bps，上傳平均速率為2108/bps。

　　五 結束語

　　面對人-人用戶紅利終結、流量經營“剪刀差”持續擴大的現實，全球通信業不約而同地將未來發展戰略聚焦于充滿無限想象空間的萬物互聯“新風口”，一個匯聚人與人、物與物、人與物全方位連接的超級大市場。NB-IoT是物聯網領域新興連接技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，具備覆蓋廣、多連接、低功耗、低成本等優勢。NB-IoT可直接“疊加”部署于GSM、UMTS或LTE網絡，相比其他物聯網技術，NB-IoT頗受電信運營商青睞

　　中國聯通也早早瞄準物聯網發展潛力，將其作為六大創新戰略之一，并在多個城市啟動基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外場規模組網試驗，以及6個以上業務應用示范。在正式商用方面，中國聯通計劃在2017年推進重點城市的NB-IoT商用部署，2018年則將開始全面推進國家范圍內的商用部署。此外，中國聯通也將繼續秉承開放的姿態，與各產業鏈伙伴積極合作，共同開拓物聯網產業新空間，在創新中發展，共享萬物互聯的新時代。