IoT技术深度解析

1、引言

NB-IoT是技术演进和市场竞争的综合产物，由于未来的市场被一致看好，设备厂商在标准制定过程中曾激烈争夺市场份额，但预期达到的特性指标仍是基本一致的，标准也仍在加速制定中。

2、NB-IoT技术的背景

2.1 物联网通信技术分类

物联网通信技术有很多种，从传输距离上区分，可以分为两类：

一类是短距离通信技术，代表技术有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，典型的应用场景如智能家居;

另一类是广域网通信技术，业界一般定义为LPWAN（低功耗广域网），典型的应用场景如智能抄表。

LPWAN技术又可分为两类：一类是工作在非授权频段的技术，如Lora、Sigfox等，这类技术大多是非标、自定义实现;

一类是工作在授权频段的技术，如GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G/3G蜂窝通信技术，以及目前逐渐部署应用、支持不同category终端类型的LTE及其演进技术，这类技术基本都在3GPP（主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演进技术的相关标准）或3GPP2（主要制定CDMA相关标准）等国际标准组织进行了标准定义。

NB-IoT即是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信LPWAN技术。

2.2 3GPP MTC技术的发展

在NB-IoT提出之前，业界都非常认可未来IoT万物互联的发展趋势，M2M通信前景也被3GPP视为标准生态壮大的重要机遇，而在万物互联的时代，具备低成本、低功耗、广覆盖、低速率特点的LPWAN技术将扮演重要角色，故3GPP也一直在推动相关机器类通信MTC技术的发展，且主要致力于在两个方向上。

方向一：面对非3GPP技术挑战，开展GSM技术的进一步演进和全新接入技术的研究。

长期以来，3GPP制式运营商的物联网业务主要依靠成本低廉的GPRS模块，然而由于Lora、Sigfox等新技术的出现，GPRS模块在成本、功耗和覆盖方面的传统优势受到威胁，于是在2014年3月的GERAN #62会议上3GPP提出成立新的研究项目“FS_IoT_LC”，研究演进GERAN系统和新接入系统的可行性，以支持更低复杂度、更低成本、更低功耗、更强覆盖等增强特性。

方向二：考虑未来替代2G/3G物联网模块，研究低成本、演进的LTE-MTC技术。

进入LTE及演进技术发展阶段后，3GPP也定义了许多可适用物联网不同业务需求场景的终端类型，Rel-8版本已定义不同速率的 catogery1-5的终端类型，在之后的版本演进中，在新定义支持高带宽、高速率的catogery 6、catogery 9等终端类型的同时，也新定义了更低成本、支持更低功耗的catogery 0（Rel-12）终端类型。在Cat.0的基础上，在2014年9月的RAN #65会议中3GPP提出成立新的SI“LTE_MTCe2_L1”研究，进一步研究更低成本、更低功耗、更强覆盖的LTE-MTC技术。

NB-IoT正是源于方向一中全新接入技术的研究。此外，除了上述两个方向，3GPP同样一直在研究更低功耗的节电技术，以及在系统架构和网络侧同步更新支持相关演进技术。

3、NB-IoT技术在国际上的标准化情况

3.1 NB-IoT的立项过程

在3GPP标准制定中，增加一个新技术的典型流程是先成立一个SI，通过研究项目得出技术报告，根据技术报告的研究成果，在同一个Release版本或下一个Release版本中成立一个相关的工作项目，通过工作项目输出技术标准。NB-IoT的制定过程也是如此，如图1所示。

图1 3GPP Rel-13中IoT相关项目关系简图

如图1所示，在GERAN组“FS_IoT_LC”的研究项目中，主要有3项技术被提出，分别是：扩展覆盖GSM技术EC-GSM（Extended Coverage-GSM），NBCIoT技术和NB-LTE技术。

其中NB-CIoT由华为、高通和Neul联合提出（Neul为英国物联网公司，在2014年9月被华为收购），NB-LTE由爱立信、中兴、诺基亚等厂商联合提出，最终在2015年9月的RAN#69次全会经过激烈讨论，最终协商统一为一种技术方案，即NB-IoT。

NB-CIoT和NB-LTE相比：

前者对于LTE而言相当于提出了一种全新的空口技术，意味着与旧版LTE网络存在兼容问题，在网络侧理论上改动较大; 而后者倾向和现有LTE网络尽量兼容。

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

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。