面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT，Narrow Band Internet of Things）系統(tǒng)，是利用蜂窩移動通信技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的一種通信系統(tǒng)。當(dāng)然，NB-IoT屬于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，它使用了數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)物-物互聯(lián)。之所以選擇數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，主要是因?yàn)樵摼W(wǎng)絡(luò)的廣域覆蓋性。這樣，物聯(lián)網(wǎng)終端可以實(shí)現(xiàn)廣數(shù)量連接和廣地域連接，為物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用提供了一種技術(shù)策略。

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一、引述

1、NB-IoT的概念

面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT），簡稱窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）。在我國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）的定義是：基于E-UTRAN技術(shù)，使用180kHz的載波傳輸頻帶，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的一種蜂窩數(shù)據(jù)連接技術(shù)，具備廣覆蓋、支持海量連接、支持低時(shí)延敏感、低功率的特點(diǎn)。由該定義可知，一是，在我國，NB-IoT利用的是第四代蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，即LTE的演進(jìn)無線接入網(wǎng)（E-UTRAN）和演進(jìn)的分組域核心網(wǎng)（EPC）。理論上，NB-IoT也可以部署在GSM網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)上的。二是，之所以稱為窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是因?yàn)樗皇褂?/span>LTE無線網(wǎng)絡(luò)的180kHz載波帶寬來傳輸數(shù)據(jù)，僅為用戶提供數(shù)據(jù)包較小、收發(fā)不頻繁的數(shù)據(jù)包（包括IP數(shù)據(jù)包或非IP數(shù)據(jù)包）。三是，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）具有下表1-1所表述的特點(diǎn)（包括優(yōu)、缺點(diǎn)），特別適用于低功耗廣覆蓋（LPWA，Low Power Wide Area）類業(yè)務(wù)的開展部署。

表 1-1：面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT）的特點(diǎn)

2、關(guān)于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的概念

事實(shí)上，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（C- IoT，Cellular- IoT）技術(shù)的一種。蜂窩通信技術(shù)是大家比較熟悉的概念，即它是通過將地理區(qū)域劃分為多個(gè)小區(qū)（形象地稱之為蜂窩），實(shí)現(xiàn)設(shè)備（包括可移動設(shè)備）之間通信的一種無線通信技術(shù)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（C- IoT）則是利用蜂窩無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中就包括窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）技術(shù)系統(tǒng)、基于增強(qiáng)機(jī)器類通信（eMTC）技術(shù)系統(tǒng)等。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（C- IoT）對推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到極大的推動作用。NB-IoT技術(shù)與基于eMTC技術(shù)作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的主流技術(shù)，是由3GPP推動與制定、基于授權(quán)頻段的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其依托運(yùn)營商的LTE等公用移動通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、規(guī)模部署，具備低功耗、廣覆蓋、大連接等特征。NB-IoT技術(shù)可用于數(shù)據(jù)速率低、靜止或低速移動的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，eMTC技術(shù)適用于數(shù)據(jù)速率較高、移動性較強(qiáng)的場景。

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3、NB-IoT技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

由于NB-IoT是基于LTE網(wǎng)絡(luò)，因此NB-IoT技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足3GPP關(guān)于LTE網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)范，特別是對于LTE的演進(jìn)無線接入網(wǎng)（E-UTRAN）應(yīng)滿足R13版本的要求（見3GPP TS36.300 v 13.5.0的規(guī)定）。

由于NB-IoT系統(tǒng)支持的功能是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，對LTE系統(tǒng)功能的簡化（裁剪了大量的LTE的系統(tǒng)功能），為此，我國信息通信標(biāo)準(zhǔn)化部門，依據(jù)3GPP的相關(guān)規(guī)范，編制制定了NB-IoT技術(shù)的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為我國NB-IoT系統(tǒng)的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

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二、NB-IoT的架構(gòu)

面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT）系統(tǒng)的架構(gòu)如下圖2-0所示。它主要是由NB-IoT終端或設(shè)備、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)和NB-IoT管理平臺等所構(gòu)成。

圖 2-0：NB-IoT的架構(gòu)

1、NB-IoT終端

NB-IoT終端或稱NB-IoT設(shè)備，根據(jù)其用途和功能的不同可分為多種類型。NB-IoT終端包含有射頻模塊，能夠與LTE網(wǎng)絡(luò)中的基站進(jìn)行收發(fā)交互。終端根據(jù)其連接設(shè)備的不同應(yīng)提供響應(yīng)的兼容性接口，如空中接口、USB接口等。NB-IoT終端的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖2-1所示，它包含能進(jìn)行無線信號收發(fā)、基帶處理和高層應(yīng)用的ME設(shè)備和一個(gè)可以保存數(shù)據(jù)、程序和安全身份識別的智能卡（UICC）。UICC可以是可插拔SIM/USIM、貼片式SIM/USIM（eUICC）或其它SIM形態(tài)中的一種或多種。MT設(shè)備邏輯上可以進(jìn)一步分為更小的單元設(shè)備，分別是負(fù)責(zé)無線接收和發(fā)送及相關(guān)功能的MT設(shè)備和負(fù)責(zé)允許端到端高層應(yīng)用的TE設(shè)備。MT設(shè)備和TE設(shè)備之間可以通過多種物理方式（有線或無線）實(shí)現(xiàn)連接。

圖 2-1：NB-IoT終端的邏輯結(jié)構(gòu)

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2、NB-IoT網(wǎng)絡(luò)

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)是經(jīng)過簡化的LTE網(wǎng)絡(luò)，包括其無線接入網(wǎng)（E-UTRAN）和核心網(wǎng)（EPC）。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)及與NB-IoT終端間的關(guān)系如下圖2-2所示。基站（eNB）與核心網(wǎng)通過S1接口連接；基站與基站間通過X2接口連接；基站與NB-IoT終端通過空中接口（Uu接口）連接。

圖 2-2：NB-IoT網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)

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3、NB-IoT管理平臺

NB-IoT管理平臺是一個(gè)基于NB-IoT技術(shù)，為各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供連接、數(shù)據(jù)采集和傳輸、服務(wù)管理的綜合性平臺，它可以提供NB-IoT應(yīng)用的智能化管理。該平臺往往采用模塊化設(shè)計(jì)、層次化結(jié)構(gòu)，通常包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)模塊等，同時(shí)可以把數(shù)據(jù)開放給第三方應(yīng)用系統(tǒng)。NB-IoT管理平臺在不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用會有所不同。

三、NB-IoT系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

1、工作模式

依據(jù)我國NB-IoT系統(tǒng)的相關(guān)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）的工作模式分為：獨(dú)立工作模式、帶內(nèi)工作模式和保護(hù)帶工作模式，其具體含義詳見下表3-1，也可用下圖3-1所示。由圖表可知，所謂NB-IoT的工作模式，是指NB-IoT系統(tǒng)空中接口（基站與終端共同遵守）的對工作頻率的部署模式。各電信運(yùn)營商可根據(jù)各自的使用策略及未來的發(fā)展規(guī)劃合理選擇其工作模式。

表 3-1：NB-IoT系統(tǒng)工作模式的含義

圖 3-1：NB-IoT系統(tǒng)工作模式的圖示

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2、工作頻率的配置

依據(jù)3GPP R13版本中的規(guī)定，NB-IoT系統(tǒng)可使用的頻段為14個(gè)（其中頻段號沿用了LTE定義的頻段號），具體詳見下表3-2-1；在我國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 3335《面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入（NB-IoT） 基站設(shè)備技術(shù)要求》中規(guī)定，NB-IoT基站設(shè)備在不同工作模式下的系統(tǒng)帶寬配置應(yīng)符合下表3-2-2的要求。NB-IoT系統(tǒng)基于半雙工頻分復(fù)用（DH-FDD）的模式進(jìn)行工作。其單頻點(diǎn)工作帶寬180kHz，可采用異頻組網(wǎng)、單載波同頻組網(wǎng)和多載波同頻組網(wǎng)的組網(wǎng)模式。高干擾的局部區(qū)域可采用異頻組網(wǎng)；高業(yè)務(wù)連接密度區(qū)域可采用多載波組網(wǎng)。

表 3-2-1：3GPP R13版本規(guī)定的NB-IoT系統(tǒng)可使用的頻段一覽表

表 3-2-2：NB-IoT基站設(shè)備在不同工作模式下的系統(tǒng)帶寬配置

需要指出的是：關(guān)于NB-IoT系統(tǒng)使用的工作頻段還應(yīng)遵循國家無線電管理部門對該技術(shù)使用頻段的許可要求。

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四、NB-IoT系統(tǒng)的應(yīng)用

由于NB-IoT系統(tǒng)本身具有的特點(diǎn)（見表1-1），使得其在我們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛地、大量的應(yīng)用，涉及到眾多領(lǐng)域，下表4羅列了相關(guān)應(yīng)用場景（10個(gè)）。當(dāng)然，未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，將在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

表 4：NB-IoT系統(tǒng)的應(yīng)用場景

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