淺談華為nb iot芯片及解決方案

　　國際標準組織3GPP計劃在今年6月凍結并發(fā)布基于蜂窩網(wǎng)絡的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術標準NB-IoT。在標準公布后，作為主導方的華為海思將于今年9月底火速推出NB-IoT商用芯片，這將會是業(yè)內第一款正式商用的NB-IoT芯片，而且其芯片價格向短距離通信芯片價格靠近。萬物互聯(lián)的實現(xiàn)又添一大利器，物聯(lián)網(wǎng)普及腳步加速。

　　NB-IoT可以說是一種革新性技術。它支持海量連接、有深度覆蓋能力、功耗低，這些與生俱來的優(yōu)勢讓它非常適合于傳感、計量、監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)應用，適用于智能抄表、智能停車、車輛跟蹤、物流監(jiān)控、智慧農林牧漁業(yè)以及智能穿戴、智慧家庭、智慧社區(qū)等等領域。這些領域對廣覆蓋、低功耗、低成本的需求非常明確，目前廣泛商用的2G/3G/4G及其他無線技術都無法滿足這些挑戰(zhàn)。

　　許多人拿它與Wi-Fi、藍牙、Zigbee等無線技術相提并論，不過Wi-Fi、藍牙、Zigbee面向短距離互聯(lián)應用，而NB-IoT是長距離廣域的通信技術，兩者之間不在一個層級上，沒有可比性。物聯(lián)網(wǎng)的世界不可能一個標準打天下，短距離與長距離多種通信技術共存是最合理和最能解決問題的手段，而NB-IoT正是長距離物聯(lián)技術之中的佼佼者。

　　華為海思NB-IoT優(yōu)勢：

　　NB-IoT優(yōu)勢一：海量連接

　　NB-IoT比2G/3G/4G有50~100倍的上行容量提升，這也就意味著，在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術提供50~100倍的接入數(shù)。舉個簡單的例子，某小區(qū)網(wǎng)絡由一個基站覆蓋，使用原有無線網(wǎng)絡只能支持每個家庭中5個終端接入，可能4個手機、1個平板電腦就占滿了，那么以后各種智能家電以及許許多多傳感設備需要聯(lián)網(wǎng)時就難以接入了。而NB-IoT至少提供50倍接入數(shù)量即250個終端接入，足以滿足未來智慧家庭中大量設備聯(lián)網(wǎng)需求。

　　優(yōu)勢二：深度覆蓋

　　NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到。利用這一優(yōu)勢，沃達豐的NB-IoT實驗局正在開展地下車庫指示的項目。傳統(tǒng)地下車庫內導航定位系統(tǒng)網(wǎng)絡構建需要WiFi、藍牙等局域無線技術的支持，這個導航指示網(wǎng)絡也只限于本停車場使用。如果使用深度覆蓋的NB-IoT網(wǎng)絡，只需外掛定位模塊即可，而且可以構建跨區(qū)域的停車指示和導航。

　　優(yōu)勢三：超低功耗

　　低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應用一項重要指標，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設備和場合，如安置于高山荒野偏遠地區(qū)中的各類傳感監(jiān)測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長達幾年的電池使用壽命是最本質的需求。在電池技術無法取得突破的前提下只能通過降低設備功耗以延長電池供電時間。

　　通信設備消耗的能量往往與數(shù)據(jù)量或速率相關，即單位時間內發(fā)出數(shù)據(jù)包的大小決定了功耗的大小。數(shù)據(jù)量小，設備的調制解調器和功放就可以調到非常小的水平。NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小。另外，為了進一步降低功耗，延長電池使用時間，NB-IoT引入了超長DRX（非連續(xù)接收）省電技術和PSM省電態(tài)模式。NB-IoT可以讓設備時時在線，但是通過減少不必要的信令和在PSM狀態(tài)時不接受尋呼信息來達到省電目的。這樣可以保障電池5年以上的使用壽命。

　　優(yōu)勢四：低成本

　　低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢。速率低就不需要大緩存，所以可以緩存小、DSP配置低;低功耗，意味著RF設計要求低，小PA就能實現(xiàn);因為低帶寬，就不要復雜的均衡算法……這些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相關，尺寸越小，成本越低，模塊的成本也隨之變低。

　　據(jù)悉海思推出的NB-IoT芯片在硬幣大小的尺寸內集成了BB和AP、Flash和電池管理，并預留傳感器集成功能。其中AP包含三個ARM-M0內核，每個M0內核分別負責應用、安全、通信功能，這樣在方便進行功能管理的同時降低成本和功耗，后續(xù)推出的芯片還將會集成Soft SIM，進一步降低成本。

　　優(yōu)勢五：穩(wěn)定可靠

　　NB-IoT直接部署于GSM網(wǎng)絡、UMTS網(wǎng)絡或LTE網(wǎng)絡，即可與現(xiàn)有網(wǎng)絡基站復用以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級，但是使用單獨的180KHz頻段，不占用現(xiàn)有網(wǎng)絡的語音和數(shù)據(jù)帶寬，保證傳統(tǒng)業(yè)務和未來物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務可同時穩(wěn)定、可靠的進行。以智能抄表應用為例，與采用有線PLC抄表數(shù)據(jù)回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保證數(shù)據(jù)成功回收率達99%，可靠性大幅提高。

　　華為NB-IOT芯片解決方案

　　針對物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)架構，華為提出“1+2+1”物聯(lián)網(wǎng)解決方案。1個開源物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)Huawei LiteOS，這是一款適用物聯(lián)網(wǎng)智能終端運行的操作系統(tǒng)，具有對硬件資源要求低、低功耗（節(jié)能）、安全及能靈活應用的特點；2種連接方式，包括有線和無線連接，如敏捷物聯(lián)網(wǎng)絡（物聯(lián)網(wǎng)關、控制器）、智慧家庭網(wǎng)關和eLTE/NB-IOT/5G等方式；1個統(tǒng)一開放的聯(lián)接管理平臺，包含數(shù)據(jù)管理、設備管理和運營管理。

　　引領窄帶無線物聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展

　　物聯(lián)網(wǎng)有一類需求：連接數(shù)多，但數(shù)據(jù)量小，功耗要求低（電池壽命延長至10年），靈敏度要求高（高于LTE標準20dB）的業(yè)務，如智能抄表，智能停車，智能環(huán)境監(jiān)控，智能路燈，手環(huán)，物流監(jiān)控等等。目前4G網(wǎng)絡無法支持，因此華為提出NB-IOT解決方案去滿足這類需求。在全球移動寬帶論壇上，華為首次發(fā)布了NB-IOT端到端解決方案，引領全球窄帶無線物聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展。同時，聯(lián)合14家行業(yè)領軍企業(yè)和機構成立NB-IOT聯(lián)盟，共同推進產業(yè)鏈發(fā)展壯大。

　　為了應對物聯(lián)網(wǎng)，NB-IOT對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行幾個方面的優(yōu)化：

　　超強覆蓋

　　NB-IOT專門為物聯(lián)網(wǎng)特別是LPWA連接進行設計，通過TTI Bundling和超窄帶寬，相比GSM有20dB+增益，意味著更少站點可以覆蓋更廣區(qū)域和強穿透性，可穿透樓層到達地下室，這將使隱蔽位置的設備如水電表，以及要求廣覆蓋的寵物跟蹤等業(yè)務得到應用。

　　超低成本

　　華為提供Single RAN解決方案，支持在現(xiàn)有網(wǎng)絡設備上升級改造，從而降低網(wǎng)絡建設和維護成本。NB-IOT的芯片是專門為物聯(lián)網(wǎng)設備設計的，只針對窄帶、低速率、并針對物聯(lián)網(wǎng)需求只支持單天線、半雙工方式，另外簡化了信令處理，大幅降低終端芯片價格到幾美金。

　　超低功耗

　　針對小包、偶發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應用場景，NB-IOT設計獨特的DRX特性，終端在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，立刻進入一種休眠狀態(tài)，不在進行任何通信活動，等到它有上報數(shù)據(jù)的請求的時刻，它會喚醒它自己，隨后發(fā)送數(shù)據(jù)，然后又進入睡眠狀態(tài)。按照物聯(lián)網(wǎng)終端的行為習慣，將會達到99%的時間在休眠狀態(tài)，使得功耗會非常低，實現(xiàn)了設備超低功耗，兩節(jié)5號電池的電量可以使用10年以上。