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5G——NB-IoT技术简介

编辑:笑笑  时间:2023-09-22 09:25  来源:简易百科   阅读量:15531   

引言

从2G到4G时代,移动通信网络都只是为了连接人而生。但随着万物互联时代的到来,移动通信网络需面向连接物而演进。为此,3GPP在Release 13制定了NB-IoT标准来应对现阶段的物联网需求,本文重点介绍NB-IOT的发展史和基本原理。

1. NBIOT基本概念

NB-IoT,窄带物联网,是一种专为万物互联打造的蜂窝网络连接技术。顾名思义,NB-IoT所占用的带宽很窄,只需约180KHz,而且其使用License频段,可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式,与现有网络共存,并且能够直接部署在GSM、UMTS或LTE网络,即2/3/4G的网络上,实现现有网络的复用,降低部署成本,实现平滑升级。

3GPP在Release 13定义了三种蜂窝物联网标准:EC-GSM、eMTC和NB-IoT(Cat-NB1)。如图1所示,NB-IoT (Cat-NB1)尽管和LTE紧密相关,且可集成于现有的LTE系统之上,但认为是独立的新空口技术。

图1

图2

3 .NB-IOT四大优势3.1 广覆盖

相比现有的GSM、宽带LTE等网络覆盖增强了20dB,信号的传输覆盖范围更大,能覆盖到深层地下GSM网络无法覆盖到的地方。其原理主要依靠:1、缩小带宽,提升功率谱密度;2、重复发送,获得时间分集增益。

3.2 大连接

相比现有无线技术,同一基站下增多了50-100倍的接入数,每小区可以达到50K连接,真是实现万物互联所必须的海量连接。其原理在于:1、基于时延不敏感的特点,采用话务模型,保存更多接入设备的上下文,在休眠态和激活态之间切换;2、窄带物联网的上行调度颗粒小,资源利用率更高;3、减少空口信令交互,提升频谱密度。

3.3 低功耗

终端在99%的时间内均处在休眠态,并集成多种节电技术,待机时间可达10年。1、PSM低功耗模式,即在idle空闲态下增加PSM态 ,相当于关机,由定时器控制呼醒,耗能更低;2、eDRX扩展的非连续接收省电模式,采用更长的寻呼周期,eDRX是DRX耗电量的1/16。

3.4 低成本

硬件可剪裁,软件按需简化,确保了NB-IoT的成本低廉,NB-IoT通信单模块成本不足5美元。

图3

4. NB-IoT网络架构

NB-IoT 的网络架构包括:NB-IoT 终端、演进的统一陆地无线接入网络 基站、归属用户签约服务器(HSS)、移动性管理实体(MME)、 服务网关(SGW)、公用数据网(PDN)网关(PGW)、服务能力开放单元(SCEF)、 第三方服务能力服务器(SCS)和第三方应用服务器(AS)。和现有 4G 网络 相比,NB-IoT 网络主要增加了业务能力开放单元(SCEF)来优化小数据传输和 支持非 IP 数据传输。为了减少物理网元的数量,可以将 MME、S-GW 和 P-GW 等核心网网元合一部署,称之为蜂窝物联网服务网关节点(C-SGN)。 NB-IoT 系统基本延用了基于 4G LTE/演进的分组核心网(EPC)网络架构, 并结合 NB-IoT 系统的大连接、小数据、低功耗、低成本、深度覆盖等特点对现有 4G 网络架构和处理流程进行了优化。

图4

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