NB-IOT关键技术分析

NB-IOT(NarrowBand Internet of Things，窄带IoT)是一种基于蜂窝的窄带物联网技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接。NB-IOT在物联网应用广泛，许多领域都充分给予好评。那么NB-IOT设计有哪些关键技术呢？

NB-IoT相比GSM提升了20dB的增益，其MCL(Maximum Coupling Loss，最大耦合路损)达到164dB，以期望能覆盖到地下车库、地下室以及地下管道等信号难以到达的地方。为了支持广/深覆盖，其关键技术点包括：

关键技术点1：高功率谱密度，上行功率谱密度增强17dB;

关键技术点2：重复传输+编码带来6~16dB的增益。NB-IoT为实现覆盖增强采用了重复传输(可达200次)和低阶调制(只支持BPSK和QPSK)等机制(但这样做会降低吞吐量，需要在二者之间做权衡);

关键技术点3：通过引入单子载波(single-tone)NPUSCH传输和π/2 BPSK调制以保持接近0dB的PAPR，从而减少功率放大器(Power Amplifier，简称PA)的回退，增强了上行覆盖。

为了降低功耗，NB-IoT在设计时考虑了多种关键技术：

关键技术1：芯片复杂度降低，工作电流小;

关键技术2：空口信令简化，减小单次数据传输功耗。设备消耗的能量与数据量或速率有关，单位时间内发出的数据包大小决定了功耗的大小。通过减少不必要的信令来达到省电目的;

关键技术3：基于覆盖等级的控制和接入，减少单次数据传输时间;

关键技术4：PSM(节能模式)，终端功耗仅15uW;在PSM模式下，终端仍旧注册在网，但信令不可达，从而使终端更长时间驻留在深睡眠以达到省电的目的。在PSM状态，终端不接收寻呼信息;

关键技术5：eDRX(扩展DRX)，减少终端监听网络的频率;eDRX省电技术进一步延长终端在空闲态和连接态下的睡眠周期，减少接收单元不必要的启动。并且相对于PSM，大幅度提升了下行可达性;

关键技术6：使用长周期TAU，减少终端发送位置更新的次数;

关键技术7：移动性管理方面，只支持IDLE态下的小区选择和重选，而不支持连接态下的handover，包括相关测量、测量报告、切换等，从而减少了相关开销。

低速率、低功耗、低带宽带来的是低成本优势。低成本芯片关键技术主要包括：

关键技术1：180kHz窄带系统，基带复杂度低，不需要复杂的均衡算法;

关键技术2：小带宽带来的低采样率，缓存Flash/RAM要求小，DSP配置低;

关键技术3：使用单天线、半双工FDD传输，RF成本低;

关键技术4：峰均比低，功放效率高，23dBm发射功率可支持单片SoC内置功放PA，进一步降低成本;

关键技术5：协议栈简化(500kByte)，减少片内FLASH/RAM。

大容量连接用户：NB-IoT比2G/3G/4G有50~100倍的上行容量提升，在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。200KHz频率下，根据仿真测试数据，单小区可支持5万个NB-IoT终端接入。其关键技术点包括：

关键技术1：窄带技术：上行等效功率(36信道*23dBm)提升，大大提升信道容量;

关键技术2：减小空口信令开销，提升频谱效率;

关键技术3：基站优化。包括独立的准入拥塞控制和终端上下文信息存储;

关键技术4：核心网优化。包括终端上下文存储以及下行数据缓存。