NB-IOT,窄带蜂窝物联网解决方案
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全【摘要】窄带物联网(NB-IoT)是一种新型的物联网通信技术，具有低功耗、广覆盖和低成本的特点，被广泛应用于智慧城市、工业、农业、健康医疗和智能家居等领域。
本文从不同领域的角度探讨了NB-IoT的应用与安全问题，详细阐述了其在智慧城市中的应用与安全、工业领域中的应用与安全、农业领域中的应用与安全、健康医疗领域中的应用与安全以及智能家居中的应用与安全。
未来，NB-IoT在各领域的应用和安全将继续发展，但也面临一些挑战，需要找到有效的解决方案。
该文章全面展示了NB-IoT应用与安全的现状和未来发展趋势，为读者提供了深入了解和思考的机会。
【关键词】关键词：窄带物联网(NB-IoT)、智慧城市、工业应用、农业领域、健康医疗、智能家居、安全、未来发展趋势、挑战、解决方案。
1. 引言1.1 窄带物联网(NB-IoT)应用与安全概述窄带物联网(NB-IoT)是一种低功耗广域网络技术，专门用于连接各种物联网设备，实现远程监控、数据传输和控制。
随着物联网技术的不断发展，NB-IoT在各个领域的应用也越来越广泛。
随之而来的安全问题也日益凸显。
NB-IoT在智慧城市中的应用涵盖了智能交通、环境监测、智能停车等方面。
但随之而来的安全风险包括通信数据的泄露、外部攻击等问题。
在工业领域，NB-IoT可以用于设备状态监测、远程控制等方面，但设备被入侵、数据被篡改也成为隐患。
在农业领域，NB-IoT可以用于农业物联网系统的建设，实现精准化农业。
对于种植数据的安全性和隐私保护也是亟待解决的问题。
在健康医疗领域，NB-IoT可以帮助实现远程医疗和疾病监测，但医疗数据的安全问题亟待解决。
NB-IoT的应用给我们带来了便利和效率提升，但同时也带来了诸多安全隐患。
未来的发展趋势是加强安全意识，提升设备和网络的安全性，保护用户数据的隐私。
挑战也包括技术突破、标准制定等方面的问题。
解决这些问题需要全社会的共同努力和更加严谨的安全管理措施。
蜂窝技术支持下的窄带物联网(NB-IoT) 技术性能及应用
蜂窝技术支持下的窄带物联网(NB-IoT)技术性能及应用作者：李景枫黄晓弟赵永峰来源：《中国新通信》 2018年第22期窄带物联网（NB-IoT）技术是万物连接的重要组成部分，它是以蜂窝技术为基础构建的，消耗宽带仅需180KHz 左右，就可以在UMTS 网络、GSM 网络、LTE 网络中进行直接的部署，能够有效的实现网络平滑升级和降低网络部署成本。
目前中国移动某地市分公司在实际工作中正在利用该技术实现万物连接，以期满足现代人们对通信方面的高要求和高标准。
一、蜂窝技术支持下的窄带物联网(NB-IoT) 技术性能1、信号高覆盖性能。
在频段相同的情况下，蜂窝技术支持下的NB-IoT 技术与目前应用的网络相比，大约增加了20dB，同时其信号覆盖的范围非常广，几乎达到目前信号覆盖面积的100 倍。
在信号传输过程中，通过合并接收的方式和信号重复传输方式来提高信号的质量。
如中国移动某地市分公司在对试点4G 覆盖测试过程中，其结果如下：PCI 为292MB/s，RSRP 为-107.7dBm，RSRQ 为-8，SINR 为3；而同一试点NB-IoT 技术覆盖测试结果为PCI 为189MB/s，RSRP 为-100dBm，RSRQ 为-11，SINR 为12。
同时还可以自动且灵活的调整信号重复传输的次数，而且能够使信号延伸至地下。
2、多连接性能。
NB-IoT 技术能够支撑大量的连接活动，它一个扇区支撑的连接可达十万个。
在基站相同的情况下，NB-IoT 技术与目前普遍使用的无线技术相比，能够提供50-100 倍的接入数量。
NB-IoT 技术的应用对上行等效功率有显著的提高效果，并且大大降低了空口信令开销，达到优化网络设备的目的，促使频谱效率的提高，从而增加信号通道的容量，实现多连接功能。
3、低功耗性能。
低功耗性能是NB-IoT 技术的一项重要性能指标，尤其适用于无法经常更换电池的设备或场合。
窄带物联网技术还能够有效降低终端芯片的繁琐度，使耗电量减少，并且将空口信令简化，从而提高信号传输的效率，同时增加了TAU/RAU 的周期，使发送位置更新的次数减少。
以蜂窝为基础的窄带物联网技术性能和实践
以蜂窝为基础的窄带物联网技术性能和实践蜂窝网络是一种广泛应用于移动通信的无线网络技术，它的特点是将地理区域划分为大量的小区域，每个小区域由一个基站和若干用户设备组成。
随着物联网的迅速发展，蜂窝网络逐渐成为支持物联网通信的重要技术基础。
在蜂窝网络的基础上，发展出了一种新型的物联网技术——窄带物联网（NB-IoT）。
窄带物联网是一种低功耗、广覆盖、低成本的无线通信技术，其主要特点是精简通信协议、突出低功耗、长传输距离、多连接等特点。
NB-IoT技术基于蜂窝网络架构，利用已有网络提供大范围的覆盖率和相对较高的带宽，对于物联网应用而言，其通讯能力和覆盖面积较较其他技术有明显优势。
在NB-IoT技术的开发中，一些性能参数需要特别关注，这些参数包括：功耗、覆盖范围、连接密度、故障率等。
首先，功耗是NB-IoT技术的重要性能指标之一。
为充分满足物联网设备低功耗、长寿命的要求，NB-IoT技术所使用的几乎所有协议都经过优化设计，以达到在保证通信质量的前提下，尽可能的降低功耗。
其次，NB-IoT技术具有广阔的覆盖范围。
该技术利用了蜂窝网的优势，在传输距离较远的场景下依然可以保证较好的通信效果。
同时，NB-IoT技术在建设网络时，可以选择合适的部署方案，因此具有更强的定制性。
再次，NB-IoT技术具有较高的连接密度。
在低成本、低功耗、广覆盖的基础上，NB-IoT技术可以同时支持庞大、分散的终端连接，其中每个终端可能都需要进行不同程度的交互和传输，这对于物联网场景而言是极为重要的。
最后，NB-IoT技术的故障率可以得到充分的控制。
利用外界的抗干扰技术、自我检测、纠错等设计手段，窄带物联网技术不仅在覆盖区域和连接数量上有所优势，更是保证了系统的稳定性和可靠性。
在NB-IoT技术的实际应用中，该技术已得到了广泛的推广和应用。
目前，中国移动、中国联通、中国电信等运营商都已经开始了基于NB-IoT技术的商用网络建设，并且在水表、智能照明、智能家居等领域也有了大量的实际应用案例。
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全NB-IoT网络是一种新型的低功耗广域网技术，可以连接各种各样的智能设备，从传感器、计量设备到智能家电和医疗设备。
由于其较小的功率需求和广泛的覆盖范围，NB-IoT 网络已成为物联网领域的重要技术之一。
然而，随着物联网的广泛应用，NB-IoT网络面临着越来越多的安全挑战，如数据泄露、设备篡改和拒绝服务攻击等。
首先，NB-IoT网络中的安全问题主要涉及数据的机密性、完整性和可用性。
为了解决这些问题，可以采取多种安全措施，如身份验证、加密和密钥管理。
例如，采用基于SIM 卡的安全机制，可以保护设备的身份和通信隐私。
同时，使用加密技术可以防止数据被窃取或篡改。
此外，合理的密钥管理能够确保通信的安全性和完整性。
其次，NB-IoT网络的安全问题还包括设备的安全性和管理方面的问题。
在NB-IoT网络中，物联网设备通常实现精简的操作系统和应用程序，这使得它们容易成为攻击目标。
因此，需要采取其他安全措施来加强设备的安全性。
例如，使用防火墙和反病毒软件可以降低设备被攻击的风险。
此外，需要建立完善的物联网设备管理机制，包括设备注册、安装、配置和维护等方面，以提升设备的安全性。
最后，NB-IoT网络的安全问题还涉及连接的物理环境和网络架构。
物理环境的不安全因素，如电磁干扰、物理攻击和天气条件等，都会影响设备的安全性和网络的可靠性。
因此，需要对物理环境进行评估和规划，并采取必要的安全措施，如备用电源、防雷措施和物理隔离等。
此外，NB-IoT网络的网络架构也需要考虑安全性和可靠性问题。
例如，使用分层架构和高可靠性的数据中心等技术可以提高网络的可靠性和安全性。
总之，NB-IoT网络的应用和安全问题密切相关。
为了确保NB-IoT网络的安全性和可靠性，需要采取多种安全措施，包括身份验证、加密、密钥管理、设备安全性和管理、物理环境和网络架构等方面。
同时，还需要加强对NB-IoT网络的安全评估和监测，及时发现和解决安全漏洞和攻击事件，以确保物联网应用的安全和可持续发展。
NB-IoT 技术介绍及应用
随着物联网市场的不断扩大， NB-IoT 技术正在被大规模商用 ，尤其是在智能抄表、智能停车
、智能照明等领域。
产业发展趋势
01 02
跨界合作与创新
越来越多的厂商和运营商开始跨界合作，共同推动 NB-IoT 技术的发展 和创新。同时，新兴的商业模式也在不断涌现，如共享经济和平台经济 等。
其他应用场景
总结词
持续拓展、不断创新。
详细描述
随着技术的不断发展和创新，NB-IoT 的应 用场景也将不断拓展和创新。未来，NBIoT 技术有望在更广泛的领域得到应用，如 智能家居、智能穿戴设备、智能医疗等。同 时，NB-IoT 技术还可以与其他技术相结合 ，如云计算、大数据、人工智能等，实现更 加智能化和高效化的应用。
详细描述
通过 NB-IoT 技术，可以实现智能化、网络化和实时化的停车管理。车辆可以实时监测停车位使用情况，自动预 约停车位，实现快速进出，提高停车效率。同时，NB-IoT 技术还可以实时监测车位使用情况，为车主提供更加 便捷的停车服务。
智慧路灯
总结词
智能化、节能、环保。
详细描述
NB-IoT 技术在智慧路灯领域的应用可以实现智能化、节能和环保的目标。通过 NB-IoT 技术，可以 实时监测路灯的使用情况，自动调节亮度，提高能源利用效率，减少能源浪费。同时，NB-IoT 技术 还可以实现路灯故障的实时监测和报警，提高维护效率和管理水平。
产业链的完善
随着 NB-IoT 技术的不断发展，整个产业链也在不断完善。从芯片设计 到设备制造，再到应用开发和服务提供，每个环节都在不断进步。
03
国际化发展
NB-IoT 技术正在逐渐走向国际化。国内厂商和运营商正在积极拓展海
窄带物联网简介演示
产业链的瓶颈与机遇
瓶颈
目前窄带物联网产业链上下游企业数量相对较少，且各环节 之间尚未形成高效的协同机制，导致产业发展相对缓慢。
机遇
随着5G技术的不断普及和成熟，窄带物联网作为5G的重要应 用场景之一，将迎来更加广阔的发展空间。同时，政府政策 的支持和行业客户对窄带物联网技术的认可也将进一步推动 产业链的发展。
04
芯片模组
窄带物联网芯片模组是整个产 业链的核心，主要负责数据处
理和通信。
终端设备
终端设备厂商根据客户需求定 制开发窄带物联网终端，并提
供相应的解决方案。
网络基础设施
主要包括运营商和网络设备厂 商，负责搭建窄带物联网网络
基础设施。
服务提供商
包括平台提供商、数据分析服 务商等，为行业客户提供专业 的窄带物联网应用解决方案。
产业链上下游企业及产品
芯片模组
包括华为、中兴、英特尔等企 业，主要产品包括NB-IoT芯片
、通信模组等。
终端设备
如宏电、映翰通等企业，主要 产品包括各类行业终端设备， 如智能水表、智能电表等。
网络基础设施
如中国移动、中国电信、中国 联通等运营商，以及华为、中 兴等网络设备厂商。
服务提供商
如阿里云、腾讯云等平台提供 商，以及艾森智能等数破方向
低功耗技术
为了延长设备续航时间和降低运营成本，窄带物联网将继续致力 于开发更低功耗的技术和设备。
增强型安全性
随着物联网设备的应用越来越广泛，窄带物联网将加强安全性方面 的研究和投入，提高设备的安全性和可靠性。
大规模连接技术
为了满足物联网设备的大规模连接需求，窄带物联网将进一步研究 和开发大规模连接技术，提高设备的连接能力和效率。
nbiot组网方案
nbiot组网方案NB-IoT组网方案随着物联网技术的快速发展，NB-IoT（Narrowband Internet of Things）作为一种低功耗、低成本、宽覆盖范围的无线通信技术，受到了广泛的关注和应用。
它为物联网设备提供了更多的连接和通信选择，实现了大规模的物联网应用。
本文将介绍NB-IoT的组网方案。
1. NB-IoT简介NB-IoT是一种窄带物联网技术，专为物联网设备提供低功耗、广覆盖范围和大规模连接等特性。
它基于现有的LTE网络，通过减小带宽和数据传输速度，增加了设备的通信范围和连续使用时间。
2. NB-IoT的组网方式NB-IoT可以采用三种主要的组网方式：独立组网（In-Band）、蜂窝式组网（Guard-Band）和裂项式组网（Standalone）。
a) 独立组网（In-Band）：独立组网是指NB-IoT与LTE共享频段，使用同一个基站进行通信。
这种组网方式适用于需要与LTE设备同时存在的场景。
物联网设备可以通过与LTE设备共享基础设施，实现更低成本和更高效的部署。
b) 蜂窝式组网（Guard-Band）：蜂窝式组网是指NB-IoT通过使用空闲的频段来传输数据，与LTE设备相互独立。
这种组网方式适合于特定的频段已被占用，无法与LTE设备共享的场景。
NB-IoT与LTE设备互不干扰，可以实现更稳定的通信。
c) 裂项式组网（Standalone）：裂项式组网是指NB-IoT与LTE设备使用不同的频段进行通信，彼此独立存在。
这种组网方式适用于NB-IoT设备需要独立于LTE网络的场景，例如低功耗设备的远程监测和控制。
3. NB-IoT组网方案的优势NB-IoT组网方案具有以下几个显著的优势：a) 低功耗：NB-IoT采用了低功耗的设计，延长了设备的使用时间，适合于长期运行和低功耗需求的物联网应用。
b) 宽覆盖范围：NB-IoT通过调整系统参数和增加覆盖基站的密度，实现了广域的覆盖范围，可以应用于城市和偏远地区的物联网应用。
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全
窄带物联网(NB-IoT)应用与安全窄带物联网（NB-IoT）是一种低功耗，宽覆盖范围的无线技术，专为物联网应用而设计。
它可以为各种设备和传感器提供连接，包括智能电表、智能家居设备、环境监测设备等。
NB-IoT具有低功耗、长电池寿命、广覆盖、安全性高等特点，使其成为物联网应用的理想选择。
在NB-IoT应用中，安全是一个重要的考虑因素。
由于物联网设备通常涉及到个人隐私和敏感数据，安全措施必不可少。
以下是几种常见的NB-IoT应用和安全性方面的考虑：1. 智能电表：NB-IoT可以用于智能电表的远程监控和管理。
通过NB-IoT连接，能够实时监测用电量和用电状态，同时支持远程控制电表。
为了确保数据的安全性，应采取加密措施，保护用户的隐私数据。
必须建立安全的身份验证和访问控制机制，以防止未经授权的访问。
2. 智能家居设备：NB-IoT可以用于智能家居设备的连接，如智能照明、安全系统、温度控制等。
这些设备可以远程控制和监测，但必须保证连接的安全性。
合适的安全措施包括设备身份验证、数据加密和访问控制。
更新设备的固件和操作系统也是很重要的，以修补安全漏洞和提高系统的安全性。
3. 环境监测设备：NB-IoT在环境监测设备中的应用也非常广泛。
空气质量监测设备、水质监测设备等。
这些设备可以通过NB-IoT发送数据并与云平台进行连接。
为了保护数据的安全性，可以采取数据加密措施，同时也需要对设备进行身份验证，以确保数据的来源可信。
对设备进行密钥管理和访问控制也是重要的安全考虑。
在NB-IoT应用中，安全性的考虑十分重要。
通过加密措施、身份验证、访问控制和设备更新等安全措施，可以保护用户的隐私和敏感数据。
监控设备的安全漏洞和及时修补也是确保NB-IoT应用安全性的关键。
最好的方法是综合采取多种安全措施，以提高整个系统的安全性，并防止潜在的安全威胁。
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M2M成为收入占比低于1%但增长 快速，平均每季度增长约7% 传统业务趋于饱和，物联网成为业 务发展必然选择
VDF 2015年财报总收入 £ 42,227m M2M收入 £372m 增长 +25%
4
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智能抄表/资产跟踪/车联网是运营商物联网发展的主要方向
Application
中文正文和一级目录: 20pt 子目录(2-5级):18pt 频域 全文最小≧16pt 颜色:黑色 字体: 微软雅黑
式， single tone（单个子载波）: 15K 或3.75K Multi tone（多个子载波）:15K
Page 15 Huawei Confidential
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HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
低功耗
10 年电池寿命
•简化协议 , 芯片功耗低 •功放效率高 •发射/接收时间短
大连接
50K连接数每小区
•频谱效率高 •小包数据发送特征 •终端极低激活比
低成本
5$ 模组成本
•简化射频硬件 •简化协议降低成本 •减小基带复杂度
•编码增益 子目录(2-5 级):18pt
全文最小≧16pt 颜色:黑色 字体: 微软雅黑
BB
PMU
RF
BB
PMU
MB PA
BB
PMU
Flash/RAM
Flash /RAM
Flash/ RAM
MMMB: 多模多频段PA MB: 多频段 BB: 基带 PMU: 电源管理单元 PA: Power Amplifier SOC: System on Chip
• • • •
SOC方案 半双工/单天线/更少的内存 窄带/上行单载波 处理协议简化
500K
保护带要求200K
UMTS
5M 中心频率间隔2.6M NB-IOT 大于 100K 中文正文和一级目录: 20pt 子目录(2-5级):18pt 全文最小≧16pt 颜色:黑色 字体: 微软雅黑 LTE 5M以上带宽 保护带要求200K LTE 5M带宽，实际保护带250K
LTE 10M带宽
AP
CEMA
LA
North America
WE
亚太、北美、西欧市场空间大，总和超过80%
Page 3 Huawei Confidential
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HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
物联网是未来确定性高增长的业务
物联网技术在行业应用比例逐年提高 物联网业务比例虽然还小，但增长迅速
Application
Consumer electronics Energy Industrial automation Security Transport & logistics Vehicle telematics
Application
Service management Transportation Connected medical Asser management Remote monitoring
NB-IOT频谱方案：
频率部署方式一： standalone
GSM GSM GSM GSM
NB-IOT
频率部署方式二：LTE Guard Band/In-band 部署 （LTE 10M带宽+支持，5M及以下保护带不足以支持）
GSM
GSM
100K
NB-IOT
100K
NB-IOT LTE频谱 模板要求 100K
•Tx(23dBm): 200mW •Rx: 80mW
Voice/Data
NB-IOT PSM State
Data Wake up
•Idle: 3mW
•PSM: 0.015mW
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海量连接能力
话务模型
15 分钟~1 天
海量连接的特有系统设计
xx byte
NB-IOT网关
业务 平台
DL Data
~50k设备/小区
独立的准入拥塞控制 终端上下文信息存储
终端上下文存储 下行数据缓存
对时延不敏感
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Huawei Confidential
低成本芯片/模组
Cat-4
2RX 1TX MMMB PA
Cat-0
SOC 1RX 1TX RF
NB-IOT
1RX 1TX RF PA
可与现蜂窝网融合演进的低成本电 信级的高可靠性、高安全性广域物 联网技术 需独立建网、无执照波段的高风险 局域网物联技术
100Mbps
WiFi （短距覆 盖）
UMTS/LTE （高成本覆 盖） GSM
低成本
大覆盖
100kbps
中文正文和一级目录: 20pt 子目录(2-5级):18pt 全文最小≧16pt
NB-IOT，窄带蜂窝物联网解决方案
基于LTE的一个演进模式
200KHz Narrow Band Air Interface
•<100kbps •低频、小包、时延不敏感 •低成本终端（模块<5$)
支持灵活的部署
Standalone C/U/L
200KHz 200KHz
GSM
•覆盖地下管网，深度室内… •电池供电，要求长的电池寿命
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Huawei Confidential
LPWA开启低功率广覆盖物联网市场，NB IoT具备技术比较优势
移动物联网技术的不同定位
速率
NB IoT相对短距通信/私有技术优势明显
高安全性 低时延 高可靠性 高速率 低功耗 高频谱效率 NB IOT 短距通信 （WiFi等） 私有技术 （LoRa等） 网络定位
20pt
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HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.
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Huawei Confidential
20dB 覆盖增益
功率谱密度
典型应用 2G/3G/4G
平均功率= 200mW/180kHz 定义了最大16次重传 9~12dB
重传
180 KHz
物联网终端:200mw
NB-IOT
Guard Band 支持SingleRAN平滑演进
LTE
200KHz
In Band
LTE
180KHz
GSM/UMTS/LTE/NB-IOT
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NB-IOT四大优势，专门定位“低频、小包、时延不敏感”物联网业务
广覆盖
20dB 增益
•窄带功率谱密度提升
中文正文和一级目录 : •重传次数： 16次
Sigfox
国内无可用频段 独立建设网络，成本投入大 Sigfox建网，与运营商等合作运营 200KHz 上行：DBPSK/下行：GFSK 上行：100pbs/下行： 600bps
GUL牌照波段，安全性高 与现蜂窝网融合演进，成本低 运营商经营，广域物联 200KHz 下行：OFDMA/上行：SC-FDMA 上行: 14.7~48kbps/下行: ~150kbps
Huawei Confidential
LPWA主流技术：NB IoT成本、可靠性等多方面优势明显
NB-IoT
频谱安全性 建网成本 运营模式 信道带宽 调制方式
中文正文和一级目录: 子目录(2-5级):18pt 全文最小≧16pt
LoRa
无执照波段，难以协调 独立建设网络 多个局域网运营 7.8 KHz—500 kHz多种带宽 LoRa（线性扩频调制） 0.018kbps~37.5kbps
中文正文和一级目录: 20pt 子目录(2-5级):18pt 全文最小≧16pt 颜色:黑色 字体: 微软雅黑
市场空间
$1,800 $1,600 $1,400
数据来源: IDC
$ Billions
$1,200 $1,000 $800 $600 $400 $200 $0 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Asia/Pacific North America CEMA Western Europe Latin America
NB-IOT解决方案介绍
Narrow Band IoT(窄带蜂窝物联网)
目录
LPWA市场需求和NB-IOT解决方案
NB-IOT标准和产业进展
应用案例探讨
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Huawei Confidential
2020年IoT总连接将达到300亿，市场空间达到1.7万亿美金
总连接数
80,000,000,000 70,000,000,000 60,000,000,000 50,000,000,000 40,000,000,000 30,000,000,000 20,000,000,000 10,000,000,000 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025
网络技术
市场机会
车载娱乐系统空间大
3G/4G
GPRS/CDMA退网前， eMTC难以有替代机会
Sensors, Meters, Tracking, Logistics, Smart Parking, Smart agriculture …
NB-IOT， SigFox， LoRa
空白市场，由于缺乏针对性 技术，没有很好的的满足
数据包 (每个包100 byte)
17dB
平均功率= 200mW/3.75kHz
3.75 KHz
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Huawei Confidential
10 年电池寿命: Power Saving Mode
没有Power Saving Mode的情况