深度研究NB-IOT

  NB-CIoT在增强室内覆盖、支持巨量低速率终端、减少终端复杂度、降低功耗和时延、与GSM/UMTS/LTE的干扰共存、对GSM/EDGE基站的硬件影响等方面均满足研究设想的指标要求,最关键的是NB-CIoT模块的成本估算甚至可以低于GSM模块,而NB-LTE成本虽然比eMTC低但还是会高于GSM模块。

  NB-CIoT和NB-LTE的更详细对比可查阅3GPP文档 RP-151550。NB-IoT在3GPP的大致立项过程如表1所示。

  表1 NB-IoT的立项过程

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  3.2 NB-IoT的标准进展

  NB-IoT的3GPP标准核心部分将在2016年6月冻结,2016年9月将完成性能部分的标准制定,最后的一致性测试标准也将在2016年12月完成,详细情况如表2所示。

  表2 NB-IoT标准工作组的时间计划

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  4、NB-IoT技术的主要特性

  3GPP NB-IoT工作项目总体上确定将定义一种对于E-UTRAN非后向兼容、有较大变动的蜂窝物联网无线接入新技术,以解决室内覆盖增强、支持巨量低速率设备接入、低时延敏感、超低设备成本、低功耗和网络架构优化等问题。

  由于NB-IoT标准还在制定中,很多提案仍在讨论和提交,不同场景下的仿真结果也尚未总结,如保护带和带内部署方式下的覆盖指标。

  本章节将主要基于相关工作组的项目目标描述和TR45.820的仿真数据,介绍一些NB-IoT的特性。

  (1)灵活部署、窄带、低速率、低成本、高容量已确定的部分目标要求如下:

  宜支持3 种部署方式: 独立部署、保护带部署、带内部署,如图2所示。

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  图2 NB-IoT的3种不同部署方式

  独立部署模式:可以利用单独的频带,适合用于GSM频段的重耕;Guard-band模式:可以利用LTE系统中边缘无用频带;

  带内模式:可以利用LTE载波中间的任何资源块。

  RF带宽180kHz(上行/下行)(考虑两边保护带,也被描述为200kHz)。

  下行:OFDMA,子载波间隔15kHz。

  上行:SC-FDMA,Single-tone:3.75kHz/15kHz,Multi-tone:15kHz。

  仅需支持半双工。

  终端支持对Single-tone和Multi-tone能力的指示。

  MAC/RLC/PDCP/RRC层处理基于已有的LTE流程和协议,物理层进行相关优化。

  设计单独的同步信号。

  TR45.820中对速率的预期指标要求是上下行至少支持160kbps,目前NB-IoT速率预估的范围为下行小于250kbps,上行小于250kbps(Multi-tone)/20kbps(Single-tone)。

  根据TR45.820中典型业务模型下的仿真测试数据,单小区可支持5万个NB-IoT终端接入。

  终端模块的成本对于物联网技术发展至关重要,特别是巨量接入的物联网应用场景,而NB-IoT模块的成本预估可控制在5美金以内,甚至更低。

  (2)覆盖增强、低时延敏感

  根据TR45.820的仿真数据,可以确定在独立部署方式下,NB-IoT覆盖能力应也可达164dB,带内部署和保护带部署还有待仿真测试。

  NB-IoT为实现覆盖增强采用了重传(可达200次)和低阶调制等机制,目前是否NB-IoT不需支持16QAM仍在被讨论中。

  同时在耦合耗损达164dB的环境下,如果提供可靠的数据传输,由于大量数据重传将导致时延增加,TR45.820中仿真测试了异常报告业务场景、保证99%可靠性、不同耦合耗损环境下的时延(区分有无头压缩),结果如表3所示。

  表3 异常报告业务场景、保证99%可靠性、不同耦合耗损环境下的时延

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  目前3GPP IoT设想允许时延约为10s,但实际可以支持更低时延,如6s左右(最大耦合耗损环境),更详细可查阅TR45.820中NB-CIoT的仿真结果。

  (3)不支持连接态的移动性管理

  NB-IoT最初就被设想为适用于移动性支持不强的应用场景(如智能抄表、智能停车),同时也可简化终端的复杂度、降低终端功耗,Rel-13中NB-IoT将不支持连接态的移动性管理,包括相关测量、测量报告、切换等。