5G通信技術下NB-IoT的發展與商用

張晉

【摘要】? ? 隨著5G通信技術的發展和物聯網等專業技術的成熟，萬物互聯的社會需求日益增加。市場對高新通信技術提出了新的需求，物聯網的優勢越來越受到關注并得到廣泛的應用。NB-IoT是物聯網的關鍵技術之一，本文介紹了NB-IoT的現狀、技術及優缺點，并對它在5G技術下的發展與商用進行了分析和討論。

【關鍵詞】? ? 5G? ? 物聯網? ? NB-IoT（窄帶物聯網技術）

前言

目前，我國正處在通信飛速發展的時代。2019年6月6日，工信部正式向中國移動、中國聯通、中國電信和中國廣電發放了5G商業許可證，我國正式進入了5G商用元年，我國也是繼韓國、美國、瑞士、英國等國家后，全球首批提供5G商用服務的國家。

從上世紀八十年代末我們手持大哥大跨入1G時代，1G我們擺脫了電話線實現了邊走邊聊;2G我們實現了短信功能;3G我們除了電腦外還可以用手機上網看圖片瀏覽新聞;在4G，網絡的速度已經達到幾十甚至數百兆比特。體育賽事的現場直播和隨意瀏覽高清視頻已基本沒有障礙，4G基本滿足了用戶的需求，與4G相比，5G網絡的傳輸速度進一步提高。

事實上，網絡速度的進一步提高只是5G的特征之一，甚至不是最重要的特征。

作為5G、eMBB（增強型移動寬帶）、URLLC（高可靠性低時延連接）、MMTC（海量物聯）的應用，這三個關鍵詞是由專業通信角度對5G定義的三種應用場景。

提到mMTC（海量物聯）就不得不提到IoT，IoT（Internet of Things，物聯網），物聯網在4G時代就已經較多的應用，大家也一定不覺得陌生，在許多物聯網技術中，NB-IoT物聯網技術無疑是目前在全國最主流的技術之一。然而從4G的發展來看NB-IoT還沒有非常完善的商業模式，本文結合當前技術發展，討論5G通信技術下NB-IoT的發展與商用。

一、NB-IoT網絡概述

NB-IoT網絡即窄帶物聯網技術（NarrowBand -Internet of Things），NB-IoT萬物互聯網絡的一個重要分支，NB-IoT技術專注于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯網范疇，是一種可在世界范圍內廣泛使用并推廣的新技術。NB-IoT采用非授權頻段，可以采用帶內、保護帶或獨立波三種方式進行部署。NB-IoT構建在蜂窩網絡中，僅消耗約180kHz帶寬，可直接在GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡中進行大范圍的部署，以降低部署成本、實現平滑升級。目前聯通、電信、移動已在各大城市部署了大量NB-IoT基站，并進行了一些商化應用，解決了物與網的互聯。

二、NB-IoT在我國商用的瓶頸

從當前世界NB-IoT技術和5G全球化部署的情況來看，我國NB-IoT技術大規模的進行商用所面臨的問題和瓶頸來源于以下三個方面：

首先，是來自芯片方面的瓶頸。

目前我國芯片的研發企業由于缺乏相關技術人才，創新服務能力不足，再加上芯片設計周期長、風險高等因素，導致國內企業不愿意投入資源進行研發與設計。國產芯片供給難以匹配，依賴進口不僅制約了國內芯片行業本身的發展，并且由于成本的因素，導致NB-IoT技術推廣遇到阻礙。

其次，是來自終端的瓶頸。

NB-IoT技術所面臨的終端的瓶頸也主要實在成本方面的。只有在成本足夠低的情況下，對于推廣NB-IoT技術更可行更商業化。但由于目前NB-IoT適用范圍沒達到一定的規模，致使數據流在終端產生的較少，且對該技術受成本的影響高于其他相關技術，因此終端的發展及經濟程度也成為NB-IoT技術廣泛發展商用的一個瓶頸。

最后，是來自產業鏈的瓶頸。

NB-IoT產業鏈和市場成熟度與LoRa相比，存在一定滯后。NB-IoT產業鏈在2017年初步成熟，2018年小規模商用，NB-IoT產業鏈短期無法成熟，給了其他同類技術比如LoRa迅速發展的空間，同時也使得NB-IoT技術自我的發展和商用有了一定的制約。

三、NB-IoT網絡在5G的技術優勢

從事物的兩面性來看，NB-IoT在技術上的優勢還是能夠突破上述的瓶頸制約。NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋物聯網市場，具有功耗少、連接點多、覆蓋面積廣、傳輸速率低、消耗成本低、易于優化架構等特點，或許會成為結束碎片化、統一物聯網產業的一個方法。NB-IoT網絡在5G中的主要技術優勢體現在以下三個方面：

1、大連接、接入能力增強。

NB-IoT網絡支持海量的低吞吐量終端，每小區支持用戶5萬個鏈接，小包化的傳輸模式優化了空口開銷，減少無線資源占用，支持更多用戶。

2、低功耗，低陳本、兼容性設計。

NB-IoT網絡部署的基站天線可以和現有的LTE網絡以即將到來的5G網絡共用，在終端測，5Wh的電池可供終端使用10年，同時低寬帶、低功耗和低速率等技術使得NB-IoT在成本上的縮減，也是從經濟角度來講的優勢。

3、覆蓋能力強。

從覆蓋能力的角度來分析，NB-IoT網絡的覆蓋能力比現有GPRS網絡增強20dbB左右的增益，可以很好的提升室內覆蓋穿透能力和室外的覆蓋范圍。

四、NB-IoT商用現狀及5G部署后的發展

優勢技術勢必會推動其產業鏈的發展，目前NB-IoT推動了智能產業的大發展，衍生出了智能生產、智慧城市、智能農業、智能家居、智能醫療、智能教育抄表等領域。因為該技術可以直接在GSM、UMTS或LTE網絡中進行"疊加"，所以與其他的物聯網技術相比，NB-IoT更容易受到電信運營商的選擇。該技術在運營商、設備供應商、終端芯片制造商等的合力發展推行下，在短時間內便可以取得進一步的發展。

近年來，我國非常重視在細分領域中推廣NB-IoT的應用。2018年，基于NB-IoT的MTM（機器與機器）連接超過1億。大膽的推測在5G進行商用之后，到達2022年的總連接數將達到9.5億。預計全球將有770億設備將在2011年之前與物聯網連接，那么粗略估計市場規模產生的市值將超過萬億美元，其中NB-IoT技術將覆蓋連接30%的物聯網，完成230億的連接。

根據目前物聯網的應用情況，在5G大規模商用后，相比當前4G中以娛樂和性能為導向的物聯網應用，最終到了5G時代將會發展到面向各種物聯網低端終端、大范圍廣域部署，如智能水務、智能農業、智能物流、智能照明、智能停車、智能追蹤為代表的智能家居、智能城市、智能生產等領域，如下：

1、NB-IoT智能水務在5G部署后的發展：

傳統水務在現有2G/3G/4G網絡模式下規劃、維護復雜，成本高;覆蓋距離和容量有限，干擾嚴重，質量差;耗電高，電池壽命導致產品更換頻繁，2G逐漸退網，3G/4G終端模組成本高;智能水務更易于部署，免網絡維護，大幅提高電池續航能力，在高可靠的5G網絡下，可以實現海量終端在線監控。

2、NB-IoT智能農業在5G部署后的發展：

傳統通信技術下的農業技術60%農業區域網絡覆蓋不足，GPRS/UMTS功耗/成本較高，短距通信技術網絡配置復雜;NB-IoT智能農業在5G中相對GSM覆蓋范圍增至7倍，超低功耗長達10年電池壽命，甚至可以達到即插即用無需網絡配置。

3、NB-IoT智能物流在5G部署后的發展：

傳統網絡下物流大面積自建網絡維護成本高，局限在區域使用，不支持遠距離和漫游，容量受限，可靠性、安全性低，覆蓋不足導致上報失敗率高，同時因電池使用周期短，導致運作成本增高;NB-IoT智能物流技術減少40%海關清關時間，日常工作量減少45%，貨物追蹤準確率提升至70%-90%，貨物轉運效率提升至30%。

4、NB-IoT智能路燈在5G部署后的發展：

傳統路燈PLC電力線組網對電纜要求高，施工難度大，電力線傳輸干擾嚴重，傳輸距離有限，需密集布放，數據上報失敗率可達20%，存在數據錯誤、難以矯正等問題，傳統Zigbee兩跳組網成本高傳播距離短、干擾嚴重，Mesh組網容量受限，超過200盞燈有廣播風暴;NB-IoT智能路燈采用跳組網技術，易部署易維護，高可靠電信網絡，低成本，可以完成遠程控制每路燈開關、實時獲取路燈狀態、遠程配置路燈開關及明亮度，遠程故障排除，遠程軟件升級。

5、NB-IoT智能停車在5G部署后的發展：

傳統停車管理方式一般采用短距兩跳方案、有線結合紅外檢測方案、人工管理等，其中短距兩跳中繼器方案部署困難，維護成本高、信號干擾嚴重質量差等缺點，有限集合紅外傳輸方案僅限于室內使用且安裝布線復雜，維護成本高，人工管理方案計費容易流失、管理難度大、工作時間長;NB-IoT智能停車選用一跳方案容易部署，遠程管理易維護，授權頻譜無干擾，高可靠電信網絡，優質覆蓋。

以上示例僅是NB-IoT智能應用的一隅，隨著現階段5G部署的加速，該技術會在我們的社會發展、城市應用、人民生活中發揮其積極的一面，實現萬物皆智能。

五、結束語

當今社會是一個萬物互聯飛速發展的社會，伴隨著經濟全球化的迅速發展，電子信息技術在人們的生活中發揮著越來越重要的作用。Nb-IoT和5G的融合使其具有許多復雜的特性。也體現在更詳細的產品中，人與事物、人與人，事物與事物都有更強的溝通和各種聯系，所得到的數據也成為專家們參考某一領域的基礎。

隨著新能源的發展，5G將更多地釋放能量，同時NB-IoT也將為整個社會提供更多的發展能力，為人類的發展創造出更多的社會價值和經濟價值。

參? 考? 文? 獻

[1]馬超，《5G移動通信技術下的物聯網時代》，通信設計與應用，2018

[2]陳志欽，《基于物聯網的智慧教室系統設計與實現》，江西師范大學，2018

[3]王水平，《江西新經濟產業發展戰略研究》，江西財經大學，2018

[4]素文，《NB-IoT迎來商用元年，萬億級市場啟航》，人民郵電，2017

[5]劉世波 等，《NB-IoT 在智能家居中的應用 》，建筑工程技術與設計，2018

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[7]張余明 等，《一種基于窄帶物聯網（NBIOT）智慧泊車前端系 統的設計》，數字化用戶，2018

[8]黃征宇，《物聯網芯片國產化“困局”》，中國信息化，2013