NB-IoT技術(shù)的四大特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景

對(duì)于水務(wù)行業(yè)來說，供水管網(wǎng)中安裝運(yùn)行的水表使用環(huán)境比較復(fù)雜，高溫、低溫、井下安裝、長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水里、污水腐蝕等環(huán)境因素考驗(yàn)著水表的性能及使用壽命。由于水務(wù)行業(yè)對(duì)低功耗性能的關(guān)注，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)開始嶄露頭角，其中NB-IoT技術(shù)具備的低功耗、廣覆蓋、海量連接、低成本四個(gè)特點(diǎn)成功在電磁水表市場(chǎng)上占據(jù)一席之地。

在低功耗方面，NB-IoT無線傳輸模塊(以下簡(jiǎn)稱NB模塊)的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年，與超低功耗設(shè)計(jì)的電池供電型電磁水表使用壽命相當(dāng)。NB模塊可在省電模式下工作，能極大地降低電量消耗和延長(zhǎng)電池使用壽命。NB-IoT技術(shù)在通用移動(dòng)通信技術(shù)的非連續(xù)接收功能基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，采用功耗節(jié)省模式和增強(qiáng)型非連續(xù)接收模式。這兩種模式都是通過終端發(fā)起請(qǐng)求和移動(dòng)性管理實(shí)體核心網(wǎng)協(xié)商的方式來確定。在功耗節(jié)省模式下，NB模塊仍舊注冊(cè)在網(wǎng)，但不接收信令，從而使終端更長(zhǎng)時(shí)間駐留在深睡眠；在增強(qiáng)型非連續(xù)接收模式下，NB模塊延長(zhǎng)在空閑模式下的睡眠周期，減少信號(hào)接收單元不必要的啟動(dòng)。在電磁水表應(yīng)用場(chǎng)景中，有效結(jié)合兩種模式來降低無線傳輸功耗，延長(zhǎng)電池使用壽命。

在廣覆蓋方面，同頻段的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增益約20dB，相當(dāng)于提升100倍區(qū)域覆蓋能力。窄帶、重傳、低頻三大技術(shù)是NB-IoT技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)覆蓋能力的三劍客。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)上行載波帶寬為3.75kHz或15kHz，相比現(xiàn)有2G、3G、4G物理資源塊帶寬的180kHz，功率譜密度增益約為11dB，即log((200mW/15KHz)/(200mW/180KHz))=10.7dB，說明NB-IoT網(wǎng)絡(luò)單位帶寬所攜帶的能量比2G、3G、4G更高，因此，同等情況下可覆蓋更遠(yuǎn)距離。相比傳統(tǒng)方式，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)支持更多次數(shù)的重傳，重傳次數(shù)每翻一倍，速率就會(huì)減半，同時(shí)帶來3dB的增益，考慮邊緣場(chǎng)景下的速率以及小區(qū)容量，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)上行重傳次數(shù)最大一般限為16次，對(duì)應(yīng)9dB的增益。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)雖然可以部署于任何頻段，但考慮覆蓋需求，一般選擇1GHz以下的低頻頻段部署，相比高頻，低頻具有路徑損耗更低、繞射能力更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，更加適合遠(yuǎn)距離覆蓋。

因此，窄帶技術(shù)增益約11 dB和重傳技術(shù)增益約9 dB，讓NB-IoT網(wǎng)絡(luò)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)增益約20dB，再加上NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署在低頻頻段上，窄帶、重傳、低頻三大技術(shù)共同保證了NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋能力。而水表在井下安裝時(shí)，與智能手機(jī)相比，高度差導(dǎo)致信號(hào)差約4dB，如果再蓋上井蓋，將額外增加約10dB損耗，因此，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)增益約20dB后可保障水表井下安裝時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。

在海量連接方面，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接。NB-IoT網(wǎng)絡(luò)利用窄帶傳輸，其上行載波帶寬僅為3.75kHz或15kHz，在等效功率下，大大提升信道容量，再減小空口信令開銷，提升頻譜使用效率。NB-IoT技術(shù)在基站側(cè)進(jìn)行優(yōu)化，使用獨(dú)立的準(zhǔn)入擁塞控制，以及終端的上下行信息存儲(chǔ)；在核心網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)終端上下行信息存儲(chǔ)，且下行數(shù)據(jù)緩存，來實(shí)現(xiàn)海量連接。

在低成本方面，NB-IoT技術(shù)首先在協(xié)議棧的物理層、MAC層等進(jìn)行重大簡(jiǎn)化，降低運(yùn)算開銷。其次在運(yùn)營(yíng)商建網(wǎng)成本方面，由于射頻和天線可復(fù)用，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)就不需要重新建網(wǎng)。最后對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈來說，芯片在NB-IoT技術(shù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中處于基礎(chǔ)核心地位，現(xiàn)在主流的芯片和模組廠商都有明確的NB-IoT技術(shù)支持計(jì)劃，這將打造一個(gè)好的生態(tài)鏈發(fā)展環(huán)境，有助于下游應(yīng)用企業(yè)降低元器件材料成本。

由此可見，NB-IoT技術(shù)非常適用于電磁水表場(chǎng)景中低功耗、高網(wǎng)絡(luò)可靠性、低成本、小包數(shù)據(jù)傳輸、時(shí)延不敏感、非長(zhǎng)連接的通信場(chǎng)景。

審核編輯：湯梓紅