NB-IOT与物联网

Posted 2020-09-01

1. 物联网的技术格局

• 短距离(智能家居/穿戴等) --- zigbee, wifi, BLE
• 长距离 (LPWA 低功耗广域) --- LORA, NB-IOT

关于LORA大致了解了一下情况 .

Lora 其实已经是一个很成熟的技术方案. 国外已经大范围使用,国内也有不少公司在基于LORA运营物联网系统.

LORA的系统结构 . 很好理解:

一个网关(基站) 可以连接大众低功耗终端 . 网关是终端和IP网络的转换桥梁. 看上去和wifi/zigbee没什么架构上的区别. 只不过距离长很多...

NB-IOT与LORA结构类似.

LORA与NB_IOT 适用的应用场景(低速,低频,多点,实时性不高,限制性移动,超长时间待机) 相同 .

其主要参数也没有量级上的区别.如传输速率 LORA(50Kb) NB-IOT (200Kb--这个应该是理论数据) , 电池 (10年/5000mah) 基站连接数10K+ ..

NB-IOT的优势在于运营商优势. 大量现成的基站, 经过升级改造就可以连接NB-IOT 终端了.

LORA的网关(基站)需要自行架设,或者购买其他运营商的基站.

LORA自搭网关只需要一次性出设备费用, NB-IOT则要长期给运营商交费.

LORA工作在免费频段, 国内是 470M-510M 区间.

国内有厂家实测LORA的传输距离, 目前看到有两个版本, 一个是4.6KM (参考 : http://blog.csdn.net/jiangjunjie_2005/article/details/48102279).

另外一个是21KM. 21KM的参数(带宽=125kHz,编码率=4/5,扩频因子=12,约300bps 网关发射功率17dBm) 参考 http://network.chinabyte.com/126/13850626.shtml

2. NB-IOT的技术特点

NB-IOT 设计的频带180KHZ . 下行子载波15KHZ OFDMA 正交频分多址. 与LTE兼容 . 上行 3.75KHZ 和15KHZ 两种子载波. 子载波带宽越小, 则功率谱密度越大,连接终端容量也越多.

覆盖能力增强.

目标: 相对GSM 约 20db增强 .

技术:功率谱密度7db(上行) + 重复发送增益(12db)+多天线增益(0-3db)

• 上行3.75Khz子载波, 提升7db功率谱密度.
• 重复发送, 提升12db
• 1T/2R 多天线接收, 提升3db.

超低功耗方面的设计

设计目标: 5000mAH 电池 使用时间10年.

相关省电技术 : eDRX 和PSM

eDRX

之前GSM有提到过DRX (不连续接收) 终端在固定频率和时隙才启动接收器收基站信息, eDRX是extended DRX . 针对物联网设备低频率上报数据和实时性要求低的特点, 可与基站协商DRX周期, 最大接收周期可以增加至2.9h. eDRX省电比DRX可提高 16倍.

PSM Power Saving Mode，节电模式

PSM是深度睡眠模式, 芯片其实一般都有休眠模式, 该模式下芯片主体基本不工作. RTC部分运行, 通过定时器唤醒. 对于对设备端没有实时控制要求, 或者单向数据低频上传的情况省电极为有用.

低成本方面的设计: FDD半双工(一套收发器), 信道/协议精简. 最大简化硬件设计资源.

单小区连接容量: 目标 50K . 连接数(容量)大是基于前期所述终端在线通信率不高,实时性不强.

NB-IOT部署方式

独立部署, LTE保护带部署, LTE带内部署.

180K带宽, 两边各10K保护带, 共200KHZ . 所谓部署方式主要是200K带宽在现有的基站频段的留出方式.

• 独立部署 200K 放在GSM预留频段.
• LTE保护带部署
• LTE带内部署 在LTE的频带中分200K出来.

关于NB-IOT模块

在形式上操作上与GSM/3G/LTE的模块差不多. 硬件上供电, 串口, 天线 . 软件上: AT指令.

目前华为/中兴/高通等NB-IOT的芯片还没有量产出货.

运营商也只是在局部做测试阶段.

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2017-02-21

参考文档

吴老司撩通信

NB_IoT的标准化_技术特点和产业发展

NB_IOT窄带物联网与LTE差异性分析