NB-IoT如何影响物联网的未来

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本文以NB-IoT标准的技术角度,暗示了低功耗设备的未来距离大规模生产只有短短几年。

5G计划在2020年部署,因此本文讨论NB-IoT以及它对物联网的重要技术背景。NB-IoT,即LTE Cat NB1,是关于以智能方式联接几十亿数量的设备的技术。该技术节省成本,支持低成本的设备使用低功耗,提供广域覆盖。LPWA(低功耗广域覆盖)技术是物联网产业的理论基础;它事实上联接任何地点的设备,并利用了已建立的移动通信网络。

达到新MTC应用的主要标准之一,是部署无线接入网络,该网络能降低电池消耗,广域覆盖,有效驱动低成本设备,符合各运营商的不同频段需求。在MTC应用中,我们能发现这些应用,智能抄表,财产监控,农业,车队和物流管理。巨量MTC设备通常只使用小量数据,并且一般位于无线信号恶劣的地区,比如,森林,农场和地下室。

运营注册的频段容易保证覆盖和运行。运营在非注册的频段会面临对网络内许多设备不可控的干扰。

电池和覆盖范围

基站密度和链路预算是影响移动通信网络覆盖的主要因素。和其它技术对比,比如,GPRS,WCDMA和LTE,NB-IoT的链路预算有20dB(译者注:从下表可以看出,NB-IoT的链路预算比GPRS高20dB,这意味着,NB-IoT设备在更弱的无线信号下,依然能正确解码,所以,NB-IoT比GPRS的覆盖范围更大。)的优势并适于低数据速率。

下表我们列出各技术的链路预算:

NB-IoT 164dB
GPRS 144dB
LTE 142.7dB

这20dB的改善意味着牺牲了其它因素,比如MTC应用的要求,但事实也不完全如此。NB-IoT满足延迟和电池寿命的要求。寿命依赖于设备能有效的转为睡眠模式,当不需要的时候,关闭电池的消耗。

像LTE一样,NB-IoT使用两个主要的RRC状态,

RRC_IDLE 节省用于发送测量报告的功耗和资源
RRC_CONNECTED 设备直接接收和发送数据

NB-IoT设计的灵活性

NB-IoT技术支持大范围的数据速率。这依赖于信道质量,信噪比和特定区域的资源数量。并且,每个设备有特定的链路预算,可以集合多个设备的功耗。

在某些情况下,NB-IoT设备主要受信号强度影响而不是带宽。这些设备关注于发射能量,针对窄带设备不失去效能。这种效率为其它设备空余出带宽。NB-IoT采用tone音和子载频而不是资源块。它的带宽是15KHz,和资源块不一样,资源块是180KHz。

在不同的地区,无论好的和差的覆盖区域,都可以通过增加带宽来提高数据速率。通过分配多个tone音和子载频,数据速率可以提高12倍。这种方法改善了容量。当设备有好的覆盖,数据速率就快。大多数时间,当NB-IoT设备部署在高密度网格或位于原有的LTE覆盖区域,就能达到良好覆盖。

值得注意的是,NB-IoT具有高复用和适应性数据速率。3GPP规定目标容量为,每户支持40个设备,每个小区支持52,200个设备(比如:伦敦等大城市)。模拟实验已完成200,000个设备每小区,4倍于原有目标。当然,发布时,NB-IoT会达到数据速率要求。

关于设备

可消费得起的调制解调器是传感器大规模部署的必要条件。检测和上报像温湿度的数据流程需要优化。对于以传感器为主的应用,数据速率和延迟可以降低。NB-IoT能有效满足这些要求。NB-IoT设备支持低物理层数据速率,在100kbps到200kbps之间,对于单音设备,速率能更低。

还有其它可优化的方面。比如,LTE MBB需要两根天线,而NB-IoT只需要一根接收天线。因此,基带解调器只需要一个接收器。

窄带的优势之一(NB-IoT的带宽200KHz相对于其它接入技术的带宽1.4MHz到20MHz)是模数以及数模转换,信道预测以及低缓存的复杂性。

NB-IoT使工业更智能

城市 监测一座城市需要很多方面并且要低成本。NB-IoT和LTE使得控制路灯,免费停车,环境监测等变的可能。如前所述,NB-IoT调制解调器具有竞争力的价格。比如,模组预计为5美元。
建筑物 NB-IoT可以支持建筑物的宽带接入。安保可以通过LPWA网络使用传感器监测。
抄表 也许智能抄表的主要要求是网络覆盖。有时,抄表需要在信号恶劣的地区,比如,偏远地区和地下。NB-IoT通过规律的小数据传送实现对煤气和水表的监测。这会导致更好的网络覆盖。
消费者 Cat M1(有时是NB-IoT的替代物)。两种技术都支持海量传感器,从大数据量到小数据量的活动。对于消费者,可穿戴是IoT的基石。IoT创建者面临的主要挑战之一是解决可持续商业模型。随着时间的推移,维护传感器和设备将比生产更昂贵。

结束语

希望你了解NB-IoT是什么,如何工作,以及和其它LPWA技术的区别。新颖的IoT需求将在更好的网络下实现,设备将实现一个更具吸引力的商业。

译文链接:http://www.codeceo.com/article/nb-iot.html
英文原文:How NB-IoT Will Impact the Future of IoT
翻译作者:码农网 – 王胜
转载必须在正文中标注并保留原文链接、译文链接和译者等信息。]

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