NB-IoT傳輸特點(diǎn)及工作狀態(tài)

NB-IoT的概念

NB-IoT是屬于窄帶物聯(lián)網(wǎng)，NB-IoT技術(shù)是基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)通信，不同于傳統(tǒng)的2G/3G/4G。NB-IoT帶寬大概只有180KHz，所占用的帶寬是非常小的，而且其使用License頻段，可采取帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波三種部署方式，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存，并且能夠直接部署在GSM、UMTS或LTE網(wǎng)絡(luò)，即2/3/4G的網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的復(fù)用，降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

作為世界上覆蓋面最大的網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)特的接入能力。因此，與WiFi、藍(lán)牙、ZigBee等無線連接方式相比，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的NB-物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)更有前景，并逐漸被作為開啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵，在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)已經(jīng)商業(yè)化。

NB-IoT通信特點(diǎn)

NB-IoT具有超大覆蓋范圍，相較于4G/GPRS網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)20db左右強(qiáng)度，具有更遠(yuǎn)的傳輸距離。其原理主要依靠：1、縮小帶寬，提升功率譜密度；2、重復(fù)發(fā)送，獲得時(shí)間分集增益。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)可接入超多連接，相比現(xiàn)有無線技術(shù)，同一基站下增多了50-100倍的接入數(shù)，每小區(qū)可以達(dá)到50K連接，真是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)所必須的海量連接。其原理在于：1、基于時(shí)延不敏感的特點(diǎn)，采用話務(wù)模型，保存更多接入設(shè)備的上下文，在休眠態(tài)和激活態(tài)之間切換；2、窄帶物聯(lián)網(wǎng)的上行調(diào)度顆粒小，資源利用率更高；3、減少空口信令交互，提升頻譜密度。

超低功耗終端在99%的時(shí)間內(nèi)均處在休眠態(tài)，并集成多種節(jié)電技術(shù)，具有超常待機(jī)時(shí)間。3

NB-IoT因其適用的超低成本：NB-IoT無需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是復(fù)用的。場景，還具有低速率和低移動(dòng)性的特點(diǎn)。

1、低速率。多點(diǎn)上行速率僅為56kbps，理想下行速率為21.25kbps；

2、低移動(dòng)性。僅支持終端設(shè)備在30km/h的移動(dòng)速率下實(shí)現(xiàn)小區(qū)切換，遠(yuǎn)低于4G支持250km/h的速率（高鐵專網(wǎng)可達(dá)450km/h）。

NB-IoT傳輸特點(diǎn)

NB-IoT的工作狀態(tài)：

NB-IoT在默認(rèn)狀態(tài)下，存在三種工作狀態(tài)，三種狀態(tài)會(huì)根據(jù)不同的配置參數(shù)進(jìn)行切換，筆者認(rèn)為這三種狀態(tài)較深刻地影響了NB-IoT的特性，如其對(duì)比傳統(tǒng)GPRS的低功耗特性，均可以從中獲得解釋，同時(shí)在后續(xù)對(duì)NB-IoT的使用和相關(guān)程序的設(shè)計(jì)時(shí)，也需要根據(jù)開發(fā)的需求與產(chǎn)品特性對(duì)這三種工作狀態(tài)進(jìn)行合適的定制。

三種工作狀態(tài)如下：

Connected（連接態(tài)）：

模塊注冊(cè)入網(wǎng)后處于該狀態(tài)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時(shí)間后會(huì)進(jìn)入Idle模式，時(shí)間可配置。

Idle（空閑態(tài)）：

可收發(fā)數(shù)據(jù)，且接收下行數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)入Connected狀態(tài)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時(shí)會(huì)進(jìn)入PSM模式，時(shí)間可配置。

PSM（節(jié)能模式）：

此模式下終端關(guān)閉收發(fā)信號(hào)機(jī)，不監(jiān)聽無線側(cè)的尋呼，因此雖然依舊注冊(cè)在網(wǎng)絡(luò)，但信令不可達(dá)，無法收到下行數(shù)據(jù)，功率很小。

持續(xù)時(shí)間由核心網(wǎng)配置（T3412），有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或TAU周期結(jié)束時(shí)會(huì)進(jìn)入Connected態(tài)。

NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過程可以總結(jié)如下：

①終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于Connected態(tài)，啟動(dòng)“不活動(dòng)計(jì)時(shí)器”，默認(rèn)20秒，可配置范圍為1s~3600s；

②“不活動(dòng)計(jì)時(shí)器”超時(shí)，終端進(jìn)入Idle態(tài)，啟動(dòng)及或定時(shí)器（Active-Timer【T3324】），超時(shí)時(shí)間配置范圍為2秒~186分鐘；

③Active-Timer超時(shí)，終端進(jìn)入PSM狀態(tài)，TAU周期結(jié)束時(shí)進(jìn)入Connected態(tài)，TAU周期【T3412】配置范圍為54分鐘~310小時(shí)。

【PS：TAU周期指的是從Idle開始到PSM模式結(jié)束】

NB-IoT終端在不同工作狀態(tài)下的情況剖析：

1、NB-IoT發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)處于激活態(tài)，在超過“不活動(dòng)計(jì)數(shù)器”配置的超時(shí)時(shí)間后，會(huì)進(jìn)入Idle空閑態(tài)；

2、空閑態(tài)引入了eDRX機(jī)制，在一個(gè)完整的Idle過程中，包含了若干個(gè)eDRX周期，eDRX周期可以通過定時(shí)器配置，范圍為20.48秒~2.92小時(shí)，而每個(gè)eDRX周期中又包含了若干個(gè)DRX尋呼周期；

3、若干個(gè)DRX尋呼周期組成一個(gè)尋呼時(shí)間窗口（PTW），尋呼時(shí)間窗口可由定時(shí)器設(shè)置，范圍為2.56s~40.96s，取值大小決定了窗口的大小和尋呼的次數(shù)；

4、在ActiveTimer超時(shí)后，NB-IoT終端由空閑態(tài)進(jìn)入PSM態(tài)，在此狀態(tài)中，終端不進(jìn)行尋呼，不接受下行數(shù)據(jù)，處于休眠狀態(tài)；

5、TAUTimer從終端進(jìn)入空閑態(tài)時(shí)便開始計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)器超時(shí)后終端會(huì)從PSM狀態(tài)退出，發(fā)起TAU操作，回到激活態(tài)（對(duì)應(yīng)圖中①）；

6、當(dāng)終端處于PSM態(tài)時(shí)，也可以通過主動(dòng)發(fā)送上行數(shù)據(jù)令終端回到激活態(tài)（對(duì)應(yīng)圖中②）。

應(yīng)用場景

NB-IoT垂直行業(yè)主要集中交通行業(yè)、物流行業(yè)、衛(wèi)生醫(yī)療、商品零售行業(yè)、智能抄表、公共設(shè)施、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)制造、企業(yè)能耗管理、企業(yè)安全防護(hù)、智慧停車、智能抄表、智慧路燈等多種應(yīng)用場景。
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