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物聯網的無線通訊技術

物聯網的無線通訊技術很多,主要分為兩類:一類是Zigbee、WiFi、藍芽、Z-wave等短距離通訊技術;另一類是LPWAN(low-power Wide-Area Network,低功耗廣域網),即廣域網通訊技術。LPWA又可分為兩類:一類是工作於未授權頻譜的LoRa、SigFox等技術;另一類是工作於授權頻譜下,3GPP支援的2/3/4G蜂窩通訊技術,比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

 

按照網路傳輸速率分類,如圖。

 


由上圖可知,高速率業務主要使用3G、4G技術;中等速率業務主要使用GPRS技術。低速率業務目前還沒有很好的蜂窩技術來滿足,而它卻有著豐富多樣的應用場景,很多情況下只能使用GPRS技術勉力支撐。


所以基於對對蜂窩物聯網這一趨勢和需求的敏銳洞察,2013年初,華為與業內有共識的運營商、裝置廠商、晶片廠商一起開展了廣泛而深入的需求和技術研討,並迅速達成了推動窄帶蜂窩物聯網產業發展的共識,NB-IoT研究正式開始。NB-IoT標準具體演變歷史是怎樣的?你接著往下看。

NB-IoT標準演變歷史
2013年初,華為與相關業內廠商、運營商展開窄帶蜂窩物聯網發展,並起名為LTE-M(LTE for Machine to Machine)。在LTE-M的技術方案選擇上,當時主要有兩種思路:一種是基於現有GSM演進思路;另一種是華為提出的新空口思路,當時名稱為NB-M2M。

 

2014年5月,由沃達豐,中國移動,Orange,Telecom Italy,華為,諾基亞等公司支援的SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things” 在3GPP GERAN工作組立項,LTE-M的名字演變為Cellular IoT,簡稱CIoT。

 

2015年4月,PCG(Project Coordination Group)會議上做了一件重要的決定:CIoT在GERAN做完SI之後,WI階段要到RAN立項並完成相關協議。


2015年5月,華為和高通在共識的基礎上,共同宣佈了一種融合的解決方案,即上行採用FDMA多址方式,下行採用OFDM多址方式,融合之後的方案名字叫做NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)。

 

2015年8月10日,在GERAN SI階段最後一次會議,愛立信聯合幾家公司提出了NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念。

 

2015年9月,RAN#69次會議上經過激烈討論,各方最終達成了一致,NB-CIoT和NB-LTE兩個技術方案進行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演進到了NB-IoT(Narrow Band IoT)。

 

2016年6月16日,NB-IoT R核心協議在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四個工作組均已凍結。效能規範在3GPP RAN4工作組,計劃在9月份結束。效能規範NB-IoT與eMTC同時進行,計劃同時完成。

 


NB-IoT解決方案的實際應用展示
下面介紹幾個NB-IoT相關應用,讓你更加深刻的瞭解它的含義。

 
(1)華為/中國聯通的NB-IoT智慧停車解決方案:基於華為NB-IoT模組推出的這套智慧停車系統將能實現預定、轉租停車位等功能,低功耗和高穿透能力使得這個方案更具可靠性。目前該停車系統已經在上海迪士尼試商用。

 

 

(2)中興通訊/中國移動的智慧井蓋:該方案通過全方位監管井蓋狀態,在井蓋被開啟、移位等情況下,可實現及時警告。NB-IoT技術具有的低成本、廣覆蓋、低功率、大連線等特徵,能有效提高智慧井蓋監控系統的覆蓋區域,消除覆蓋死角,降低建設維護成本。

 

(3)中國移動/愛立信/英特爾的環境檢測應用:採用了英特爾最新的NB-IoT晶片(XMM7115),可以實時監測到環境的PM值、溫度、溼度、光感亮度等。

 

 

NB-IoT發展與挑戰
首先說一下NB-IoT解決方案的優勢與價值:1,覆蓋廣且深:比GPRS覆蓋增強20dB+;2,低功耗:基於AA電池,使用壽命可超過10年;3,低成本;4,大連線:50k+使用者容量/200kHz小區。

 

NB-IoT技術的憑藉著以上優勢吸引了全球主流運營商和裝置商的親睞,隨著標準的凍結,在今年9月份NB-IoT將會迎來商用。據相關報道,中國聯通計劃今年底明年初推進重點城市的NB-IoT的商用部署。此外,工信部也在4月召開了窄帶IoT工作推進會,欲在年底建設基於NB-IoT標準的規模外場實驗。據相關市場調查,今年年底全球將有50家主流運營商支援NB-IoT,NB-IoT未來將覆蓋物聯網聯接的1/4,到2020年M2M裝置可達到70億個連線數。

 

NB-IoT作為一個全新標準的技術,受到來自Sigfox和LoRa技術的競爭壓力(產業鏈較為成熟,商業化應用較早)。不過Sigfox和LoRa屬於非授權頻段,不被運營商和裝置商看好。儘管NB-IoT市場前景廣闊,但火熱背後也存在著價格戰。NB-IoT成本極低,大規模應用下成本將降至1美元,目前單個連線模組還停留在5美元。而藍芽、Thread、ZigBee三種標準的芯片價格在2美元左右,僅支援其中一種標準的芯片價格還不到1美元,這種價格差距讓企業思考NB-IoT時不得不考慮成本優勢問題,雖然運營商正在積極推動,最終要真正實現技術的產品化還有很長的一段路要走。