NB-IOT关键技术
NB-IoT技术详解(DOC)
众所周知，有望弥补物联网碎片化缺陷的NB-IoT技术，已在各国政府、企业的引领下形成了完备的产业链。对于读者来说，不管是了解NB-IoT技术，还是出于别的诉求，特别需要一本能够深入浅出的书籍来解读其关键技术、标准化进展、应用前景等。
——方敏厦门分享云科技有限公司创始人
序
当一个新技术出现在人们的视野并被业界认可时，就会有“好事者”不辞劳顿、伏案疾书，编写一本针对该技术的书籍，力求为读者展现全面并且翔实的内容。
《NB-IoT技术详解与行业应用》就是近期我看到的这样一本书。
首先，我必须对作者解运洲先生对新技术的敏锐捕捉力和未来应用的准确理解力表示钦佩。解先生作为“中国NB-IoT产业联盟”的秘书长，在繁忙的工作之余，通过自己对物联网技术的研究总结以及与行业精英交流的积累，在短期内形成了这样一本能够将读者引入NB-IoT最新知识海洋的入门之书，读者可快速获得对NB-IoT这一新技术及其应用快速、准确、全面的理解。
——骆兴芳江西师范大学教授
智能家电的目的是为消费者提供人性化的便利，不是带来使用的烦躁，因此无感的应用场景才是智能家电的至高境界。家电企业在增加智能化功能的同时，目的是提升产品档次、掌握设备的工作状况、搜集设备的使用大数据，进而提高产品质量和服务水平。目前大多数的智能家电采用WiFi连接，除了智能电视的连接率超过70%之外，其他像空调、冰箱、洗衣机的连接率不足5%。厂家辛辛苦苦增加的智能功能，到消费者手里变成了没多大用的多余功能。不仅没有带来便利性，反而增加了消费者的使用门槛，进而与厂家的初衷背道而驰。NB-IoT技术的优势给智能家电企业带来了曙光，尤其是白色家电的智能化管理，在消费者不需要无线配置的情况下，既可以通过手机便捷控制，又可以让厂家真正掌握自己产品的全生命工作周期。
NBIOT关键技术及应用PPT课件
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NB-IoT关键技术与特点
控制面优化
✓ 通过NAS消息传送数据包，减少终端、无线和网络信令； ✓ 两种转发机制：1) UE—MME—SCEF—CIoT Services ;
2) UE—MME—SGW/PGW —CIoT Services
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NB-IoT关键技术与特点
NB IOT技术特点
✓ 海量连接 NB-IoT一个小区能够支持5万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功
耗和优化的网络架构； ✓ 深度覆盖
NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍， 就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到； ✓ 超低功耗
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NB-IoT关键技术与特点
PSM省电模式（续）
如果周期性TAU为10分钟，设备每周上传一次数据，这样，两节5号电池可以用 132月（11年）之久。
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NB-IoT关键技术与特点
扩展的不连续接收(DRX)
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NB-IoT关键技术与特点
终端简化方案
为了降低设备复杂性和减小设备成本，NB-IoT定义了一系列的简化方案，主要包括
：
✓ 简化协议栈、简化RF；
✓ 简化基带处理复杂度，Re相lea对se 8于普通ReLleTaEse，8 基带R复ele杂ase度12降低R1e0le%ase，13射频降R低ele约ase6153%。
NBIOT技术及优化
NB-IOT技术及优化目录关键技术NB-IOT属于LPWA技术的一种，它具备强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点。
强覆盖：较GSM有20db增益，1、采用提升IOT终端的发射功率谱密度（PSD，Power spectral density ）；2、通过重复发送，获得时间分集增益，并采用低阶调制方式，提高解调性能，增强覆盖；3、天线分集增益，对于1T2R来说，比1T1R会有3db的增益。
20db= 7db（功率谱密度提升）+ 12db（重传增益）+ 0-3db （多天线增益）低成本：NB-IOT基于成本考虑，对FDD-LTE的全双工方式进行阉割，仅支持半双工。
带来的好处当然是终端实现简单，影响是终端无法同时收发上下行，无法同时接收公共信息与用户信息。
◢上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；◢基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送；◢H-FDD与F-FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送与接收，终端相对全双工FDD终端可以简化，只保留一套收发信机即可，从而节省双工器的成本；NB-IOT终端工作带宽仅为传统LTE的1个PRB带宽（180K），带宽小使得NB不需要复杂的均衡算法。
带宽变小后，也间接导致原有宽带信道、物理层流程简化。
下面仅粗略讲解，以后单独成系列篇讲解物理层。
下行取消了PCFICH、PHICH后将使得下行数据传输的流程与原LTE形成很大的区别，同样一旦上行取消了PUCCH，那么必然要解决上行控制消息如何反馈的问题，这也将与现网LTE有很大的不同。
终端侧RF进行了阉割，主流NB终端支持1根天线（协议规定NRS支持1或者2天线端口）天线模式也就从原来的1T /2R变成了现在的1T/1R，天线本身复杂度，当然也包括天线算法都将有效降低FD全双工阉割为HD半双工，收发器从FDD-LTE的两套减少到只需要一套低采样率，低速率，可以使得缓存Flash/RAM要求小（28 kByte）低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现直接砍掉IMS协议栈，这也就意味着NB将不支持语音（注意实际上eMTC是可以支持的）各层均进行优化PHY物理层：信道重新设计，降低基本信道的运算开销。
NB-IoT技术介绍
M2M终端
CloudEdge
Active timer Active timer
Start
Expiration
TAU/RAU timer Expiration/MO
Active
Idle
省电模式
PSM
Active
M2M终端
W
•Tx(23dBm): 200m •Rx: 80mW •Idle: 3mW
NB-IOT部署
独立部署（Stand alone operation）
不依赖LTE，与LTE可以完全解耦，适用于重耕GSM频段
保护带部署（Guard band operation）
适用于LTE频段。不占LTE资源，利用LTE边缘保护频带中未使用 的180KHz带宽的资源块利
带内部署（In-band operation）
态转移到空闲状态后，该定时器开始运行；当定时器终止时， 若是TAU周期为1小时，而1个星期发送一 设备进入省电模式。省电模式中，UE不再监听寻呼信号，近 次数据，两个2A电池可以使用超过136个
Rel.8 1s
n
Rel.1
2
3.7 4.5 4.9 4.9 4.9
2h 1 day 4.9 4.9
PSM为一种特殊的终端状态，可以最小化电力的消耗，一般 认为比空闲模式（Idle Mode）下更省电。
1hour 1 day 1 week
8.1 13.8 17.0 17.8 17.9 17.9 17.9 13.2 39.1 84.9 108.0 110.8 111.1 111.3 13.5 42.0 99.4 132.1 136.2 136.6 137.0
• 2016年4月，伦敦 M2M 大会上华为宣布与沃达丰成立NBIoT开放实验室。
运营商部署NB-IoT网络关键性技术研究
代通信中对用户传输的信息进行预先的程序过滤，能够将不法分析利用通信技术发布的黄色和敏感信息进行过滤与智能识别，检查通信网络中存在的违法乱纪行为，消除安全隐患，确保通信的安全性。
同时对于通信用户，应该树立自我保护意识，熟练的掌握各种网络安全知识，了解国家有关通信网络使用安全法律法规，严于律己。
并合理的使用通信网络安全技术，保证通信的安全性，保证自身合法利益不受侵害。
三、结语现代科学技术的快速发展，使得普通人对现代通信技术的掌握程度提高，再加上现代攻击手段的不断演变和更新，网络安全隐患彻底清除掉。
因此，应对现代通信网络系统进行实时的监测，并逐步形成现代通信网络安全防护体系，在对现代通信网络系统进行防护的同时，加强对网络的安全评估，充分发挥安全防护服务体系的优势，最大限度的降低网络安全隐患的出现，保证通信网络系统的稳定、安全的运行，实现经济与社会效益的最大化目标。
作者单位：广东和新科技有限公司运营商部署NB-IoT网络关键性技术研究文｜周腾，林光奇一、引言目前大众消费市场日趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。
根据市场调研机构IDC 、Machina Research 、McKinsey 等报告测算，未来5～10年物联网（IoT ,Internet of Things ）连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展，到2019年物联网连接将超过传统2G/3G/4G 连接数，2020年物联网全球市场规模500亿，中国市场突破100亿。
（见图1）因此，全球主流运营商将IoT 产业作为营收增长新引擎，不断加大投入进行研究验证。
例如，Vodafone 自建并运营了全球第三大M2M 平台（GDSP ），计划2019年实现M2MSIM 卡在全球90%以上区域的无缝漫游。
AT&T 已认证2600多种IoT 设备，联网IoT 设备约2500万台，过去2年IoT 用户数增加2.5倍，并重点布局物联网、物流跟踪管理、智慧电网等业务。
NB-IoT基本原理与eMTC对比介绍
终端上报支持的能力，网络侧统一调度
HUISAIWLIECIOTNECSHENMOLICOOGNIEDS UCOC.T,OLTRD.
HUAWEI CON1F0IDENTIAL
Single RAN G/U/L/NB IoT
1
NB IoT 新建
Gb/IuP S/S1/MI
Single EPC GU/L
MI 2 IoT EPC 3
行业终端
• 传感器接口 • 应用驻留
NB-IoT 模块
• 无线连接 • 软SIM • 传感器接口 • 应用驻留
基站
• 低成本站点解决方案 • 新空口支持Massive
IoT连接
1 重用站点基础设施，降低部署成本
核心网
• 移动性/安全/连接管理 • 无SIM卡终端安全接入 • 终端节能特性 • 时延不敏感终端适配 • 拥塞控制和流量调度 • 计费使能
2 支持接口优化，优化30%以上信令开销，支持终端节电和降成本。
3 基于CloudEdge平台优化的IoT专用核心网，可与现网组pool，降低每连接成本
HUAWEI CONFIDENTIAL
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信道映射
HUISAIWLIECIOTNECSHENMOLICOOGNIEDS UCOC.T,OLTRD.
HUAWEI CONFIDENTIAL
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上行物理信道： PRACH和PUSCH
• PRACH使用3.75KHz载波，不同的覆盖等级下，使用不同的MCS(速率不同，扩频因子不同，重复次数） • PUSCH使用15KHz、3.75KHz或者15KHz与3.75KHz共存的方式
《基于NB-IoT的印染车间环境监测系统设计》范文
《基于NB-IoT的印染车间环境监测系统设计》篇一一、引言随着工业 4.0的到来，智能制造业快速发展，印染车间环境监测成为提高生产效率、降低能耗、保护环境的重要手段。
NB-IoT（窄带物联网）技术的出现，为印染车间的环境监测提供了新的解决方案。
本文将详细介绍基于NB-IoT的印染车间环境监测系统设计，包括系统架构、关键技术、系统实现及优势等方面。
二、系统架构设计1. 整体架构基于NB-IoT的印染车间环境监测系统主要由感知层、网络层、平台层和应用层四部分组成。
感知层负责采集印染车间的环境数据，如温度、湿度、氧气浓度、有害气体浓度等；网络层通过NB-IoT技术将感知层的数据传输至平台层；平台层对数据进行处理、存储和分析，为应用层提供数据支持；应用层则根据平台层提供的数据，实现远程监控、报警、数据分析等功能。
2. 感知层设计感知层主要包括各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
这些传感器应具有高精度、低功耗、易于集成等特点，能够实时采集印染车间的环境数据。
此外，还需考虑传感器的布置位置，以确保数据的准确性和全面性。
3. 网络层设计网络层采用NB-IoT技术进行数据传输。
NB-IoT具有覆盖广、连接数多、功耗低等优点，能够满足印染车间环境监测的通信需求。
在网络层设计中，需考虑通信协议的选择、通信距离、通信速率等因素，以确保数据的稳定传输。
4. 平台层设计平台层是整个系统的核心，负责数据的处理、存储和分析。
平台应具有高可靠性、高并发处理能力、数据安全保护等特点。
此外，平台还应提供友好的用户界面，方便用户进行远程监控、数据分析等操作。
三、关键技术1. 数据采集与传输技术数据采集与传输技术是整个系统的基础。
传感器应具有高精度、低功耗的特点，能够实时采集印染车间的环境数据。
NB-IoT 技术则负责将数据稳定、可靠地传输至平台层。
2. 数据处理与存储技术平台层需要对采集到的数据进行处理、存储和分析。
NB-IOT技术及优化
NB-IOT技术及优化 NB-IOT技术及优化目录1.NB-IOT关键技术51.1强覆盖：51.2低成本：51.3小功耗：71.4大连接：82.NB-IOT帧结构92.1下行物理层结构92.2上行物理层结构10上行资源单元RU113.NB-IOT网络架构123.1CP和UP传输方案133.2CP和UP方案传输路径对比 143.3CP和UP协议栈对比143.3.1CP方案的控制面协议栈143.3.2UP方案的控制面协议栈152.4状态转换154.信令流程18CP传输方案端到端信令流程 184.2RRC连接建立过程204.3UP传输方案端到端信令流程 224.4RRC挂起流程（SuspendConnectionprocedure）244.5RRC恢复流程（ResumeConnectionprocedure）254.6CP/UP方案网络协商流程265.覆盖优化285.1弱覆盖285.2SINR差285.3重叠覆盖问题点285.4覆盖指标要求:286.重选优化286.1重选时延统计方法：296.2判断小区重选是否成功： 296.3重选成功率统计：296.4脱网重搜时延统计：29参数优化：30覆盖等级门限30SIB1重复次数30SIB2周期30同频重选测量门限配置标示 31同频小区重选指示31加密算法优先级31完整性保护算法优先级32MIB和SIB加扰开关33eDRX开关定时器T30033定时器T31034UE不活动定时器341.NB-IOT关键技术NB-IOT属于LPWA技术的一种，它具备强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点。
1.1强覆盖：较GSM有20db增益，1、采用提升IOT终端的发射功率谱密度（PSD，Powerspectraldensity）；2、通过重复发送，获得时间分集增益，并采用低阶调制方式，提高解调性能，增强覆盖；3、天线分集增益，对于1T2R来说，比1T1R会有3db的增益。
论NB-IoT技术及应用前景
论NB-IoT技术及应用前景作者：丁聪来源：《中国新通信》 2017年第20期丁聪【摘要】目前，科技的发展日新月异，其中 NB-IoT 技术发展迅猛，正在各个领域逐步得到广泛的应用，应用前景一片广阔，探讨 NB-IoT 技术特点及分析其对公共事业、智慧城市、智慧建筑、环境等多个场景的具体应用，促进 NB-IoT 技术的发展。
【关键词】 NB-IoT 技术特点应用前景引言：随着经济的发展，社会联系越来越紧密， NB-IOT 技术应运而生，并迅速席卷了整个社会，为人们的生活、生产提供了更便捷的服务，NB-IoT 技术与其应用进一步推动了物联网发展的进程，有着相当广阔的市场前景。
一、NB-IoT 技术特点1、海量连接。
NB-IoT 将现有 2G、3G、4G 的上行容量最高提升至了 100 倍，如果频率在200kHz，每个基站小区支持的 NB-IoT 终端接入达 5 万个。
2、超低功耗。
NB-IoT主要针对小速率、小数据量的应用，所以设备功耗非常小，电池的使用寿命长达 5 年以上，对于不能经常更换电池的场合特别适用。
3、覆盖广且深。
NB-IoT 的覆盖面是其他望尘莫及的，信号不强的、难以到达的地方，如一些地下建筑等，NB-IoT 信号也能覆盖，不仅如此， NB-IoT 的覆盖能力可以达到164 dB 。
4、成本低。
NB-IoT 的射频、天线是复用的，不需要重新建网，减少了成本的投入。
同时NB-IoT 芯片的低功耗、低速率、低带宽的特点也使之具有低成本的优势。
5、安全性高。
安全性是网络使用的关键，NB-IoT 在4G 网络安全能力的基础上，利用双向鉴权，进一步保证用户数据的安全性能。
二、NB-IoT 关键技术1、LTE 技术。
它的射频带特比宽，最大时可以达到 200赫兹；调制解调器运行时采用的是正交相移键控的办法；除此之外，它还采用二进制相移键控的办法控制解调器，用单屏波进行分割。
2、频谱资源。
NB-IoT 对物联网、现代通信技术帮助也很大。
NBIoT简介
NB-IoT SigFox/LoRa 短距无线，如ZigBee
LPWA(Low Power Wide Area, 低功耗广覆盖)应用占整个物联网连接规模接近70%
NB-IoT为窄带低速大连接数物联网场景提供最佳解决方案
用 户覆 数盖 增增 加强
吞吐量
覆盖能力
终端寿命
移动性
时延
5G
>10Mbps
LTE覆盖 标准
不敏感
<500km/h
<1ms
成本 不敏感
容量 不敏感
LTE-M
<1Mbps
155dB
5~10 years <350km/h
<100ms
$5~10 /模组
（18k）
NB-IoT <200Kbps
164dB
~10 years
终端种类多、批量小，开发门槛高，通信
模块成本高，综合成本高
物联网市场分类和竞争技术
2020年全球CIoT连接占比分布
5% 高速率
(>10Mbps)
视频监控、智慧 医疗、智慧城市
等
25% 中速率 (1-10Mbps)
智能建筑，电梯卫士，低 端M2M汇聚等
70%
低速率 (~200kbps)
抁表，停车，物流监控，农林 牧渔，传感，追踪业务等
目录
CONTENTS
1 物联网发展趋势及中国电信NB-IoT网络 发展规划
2 NB-IoT技术简介 3 NB-IoT技术优势 4 NB-IoT典型应用及典型解决方案
什么是NB-IoT？
NB-IoT——Narrow band- Internet of Things即窄带物联网
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NB-IoT是什么
为了应对日渐强烈的物联网需求，于是国际移动通信标准化组织3GPP决定制订一个新的蜂窝物联网(CIOT：Cellular Internet of Thing)的标准。
这个新标准要实现四个目标：
超强覆盖，相对于原来GPRS系统，增加20dB的信号增益
超低功耗，终端节点要能达到10年的电池寿命
超低成本，终端芯片的目标定价为1美元，模块定价为2美元
超大连接，200kHz小区容量可达100k用户设备
针对这些目标，很多通信公司及运营商都提出了自己设计的空中接口的建议方案，希望被3GPP标准化组织采纳为正式标准。
在2015年9月的RAN #69会议上，经过一番激烈PK，最终确定了蜂窝物联网的空中接口方案为NB-IoT。
这个NB-IoT空口标准是由华为、高通、沃达丰主导的NB-CloT建议以及爱立信、诺基亚主导的NB-LTE建议融合而成，其中NB-CIoT的成分要更多一些，换句话说就是华为和高通在NB-IoT领域所拥有的核心专利数量更多。
NB-IoT关键知识点
NB-IoT是一个空中接口标准，这个标准主要是在终端与基站eNB之间的约定，包括物理层与数据链路层的一些设计规定。
考虑到与LTE的兼容性，NB-IoT标准与LTE的空口标准有很多相同或相似之处。
比如NB-IoT沿用LTE定义的频段号，Release 13为NB-IoT指定了14个频段。
NB-IoT的多址技术，上行采用SC-FDMA，下行采用OFDMA;下行发射功率为43dBm, 上行为23dBm。
调制方式以QPSK和BPSK为主。
Release 13 NB-IoT仅支持FDD半双工type-B模式，FDD意味着上行和下行在频率上分开，半双工意味着UE不会同时处理接收和发送。
CIoT接入网架构图
CIoT的接入网构架与LTE一样，没有改变。
eNB同样是通过S1接口连接到
MME(Mobility Management Entity)和S-GW(Serving GateWay)。
如果要说CIoT接入网与LTE有何不同，那就是S1接口上传送的是NB-IoT消息和数据。
NB-IoT如何实现低功耗
NB-IoT比起GPRS来说，最大的特点是低功耗。
除了本身NB-IoT的传输速率比较
低以外，NB-IoT引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，也是省电的主要原因。
在PSM模式下，NB-IoT终端仍旧注册在网，但不接受信令，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。
另外eDRX省电技术延长终端在空闲模式下的睡眠周期，减少信号接收单元不必要的启动。
总的来说，这些措施就是让终端的睡眠时间更多，睡眠质量更好，从而功耗也就更低。
NB-IoT如何部署
NB-IoT占用180KHz带宽，这与在LTE帧结构中一个资源块的带宽是一样的。
NB-IoT 有以下三种可能的部署方式：
1)独立部署(Stand alone operation)
适用于重耕GSM频段。
GSM的信道带宽为200KHz，这对NB-IoT 180KHz的带宽足够了，两边还留出来10KHz的保护间隔。
2)保护带部署(Guard band operation)
适用于LTE频段。
利用LTE频段边缘的保护频带来部署NB-IoT。
3)带内部署(In-band operation)
适用于LTE频段。
直接利用LTE载波中间的资源块来部署NB-IoT。
NB-IoT的应用
对于远距离高速数据传输，LTE网络以及未来的5G网络可以满足这方面的需求;而对于远距离低速数据传输，特别是非实时低频次数据传输，则是NB-IoT系统的用武之地。
NB-IoT非常适合应用于无线抄表(Metering)、传感跟踪(Sensor Tracking)这些领域，通过物联网技术在这些领域的实施，可以大大降低管理成本，让网络管理者可以随时掌握各种运营数据。
随着三大运营商在国内积极推进NB-IoT网络的基础设施建设，以及NB-IoT芯片的成本降低，我们将会看到越来越多NB-IoT的应用落地。
虽然NB-IoT技术面临着像LoRa技术的竞争，但在国内，我相信NB-IoT技术一定会成为物联网领域的最主流技术。