NB-IoT技术的四大特点及应用场景

对于水务行业来说，供水管网中安装运行的水表使用环境比较复杂，高温、低温、井下安装、长时间浸泡在水里、污水腐蚀等环境因素考验着水表的性能及使用寿命。由于水务行业对低功耗性能的关注，物联网技术中的低功耗广域网技术开始崭露头角，其中NB-IoT技术具备的低功耗、广覆盖、海量连接、低成本四个特点成功在电磁水表市场上占据一席之地。

在低功耗方面，NB-IoT无线传输模块(以下简称NB模块)的待机时间可长达10年，与超低功耗设计的电池供电型电磁水表使用寿命相当。NB模块可在省电模式下工作，能极大地降低电量消耗和延长电池使用寿命。NB-IoT技术在通用移动通信技术的非连续接收功能基础上进行优化，采用功耗节省模式和增强型非连续接收模式。这两种模式都是通过终端发起请求和移动性管理实体核心网协商的方式来确定。在功耗节省模式下，NB模块仍旧注册在网，但不接收信令，从而使终端更长时间驻留在深睡眠；在增强型非连续接收模式下，NB模块延长在空闲模式下的睡眠周期，减少信号接收单元不必要的启动。在电磁水表应用场景中，有效结合两种模式来降低无线传输功耗，延长电池使用寿命。

在广覆盖方面，同频段的NB-IoT网络比现有网络增益约20dB，相当于提升100倍区域覆盖能力。窄带、重传、低频三大技术是NB-IoT技术实现强覆盖能力的三剑客。NB-IoT网络上行载波带宽为3.75kHz或15kHz，相比现有2G、3G、4G物理资源块带宽的180kHz，功率谱密度增益约为11dB，即log((200mW/15KHz)/(200mW/180KHz))=10.7dB，说明NB-IoT网络单位带宽所携带的能量比2G、3G、4G更高，因此，同等情况下可覆盖更远距离。相比传统方式，NB-IoT网络支持更多次数的重传，重传次数每翻一倍，速率就会减半，同时带来3dB的增益，考虑边缘场景下的速率以及小区容量，NB-IoT网络上行重传次数最大一般限为16次，对应9dB的增益。NB-IoT网络虽然可以部署于任何频段，但考虑覆盖需求，一般选择1GHz以下的低频频段部署，相比高频，低频具有路径损耗更低、绕射能力更强等优点，更加适合远距离覆盖。

因此，窄带技术增益约11 dB和重传技术增益约9 dB，让NB-IoT网络比现有网络增益约20dB，再加上NB-IoT网络部署在低频频段上，窄带、重传、低频三大技术共同保证了NB-IoT网络的广覆盖能力。而水表在井下安装时，与智能手机相比，高度差导致信号差约4dB，如果再盖上井盖，将额外增加约10dB损耗，因此，NB-IoT网络增益约20dB后可保障水表井下安装时的数据传输。

在海量连接方面，NB-IoT网络一个扇区能够支持10万个连接。NB-IoT网络利用窄带传输，其上行载波带宽仅为3.75kHz或15kHz，在等效功率下，大大提升信道容量，再减小空口信令开销，提升频谱使用效率。NB-IoT技术在基站侧进行优化，使用独立的准入拥塞控制，以及终端的上下行信息存储；在核心网进行优化，实现终端上下行信息存储，且下行数据缓存，来实现海量连接。

在低成本方面，NB-IoT技术首先在协议栈的物理层、MAC层等进行重大简化，降低运算开销。其次在运营商建网成本方面，由于射频和天线可复用，NB-IoT网络就不需要重新建网。最后对于产业链来说，芯片在NB-IoT技术整个产业链中处于基础核心地位，现在主流的芯片和模组厂商都有明确的NB-IoT技术支持计划，这将打造一个好的生态链发展环境，有助于下游应用企业降低元器件材料成本。

由此可见，NB-IoT技术非常适用于电磁水表场景中低功耗、高网络可靠性、低成本、小包数据传输、时延不敏感、非长连接的通信场景。

审核编辑：汤梓红