NB-IoT詳細解讀

2015年9月份，全球通信業(yè)對共同形成一個(gè)低功耗、廣域覆蓋(LPWA)的物聯(lián)網(wǎng)標準達成共識， NB-IoT標準應運而生。而今年，隨著(zhù)NB-IoT即將完成測試，正式進(jìn)入商用階段，業(yè)界對于它的關(guān)注度和討論也是逐漸升溫。

一、為什么NB-IoT會(huì )出現?

據預測，2016年全球將會(huì )使用64億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設備每天將有550萬(wàn)個(gè)設備連網(wǎng)，而“萬(wàn)物互聯(lián)”實(shí)現的基礎之一在于數據的傳輸，不同的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對數據傳輸能力和實(shí)時(shí)性都有著(zhù)不同要求。

根據傳輸速率的不同，可將物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行高、中、低速的區分：

高速率業(yè)務(wù)：主要使用3G、4G技術(shù)，例如車(chē)載物聯(lián)網(wǎng)設備和監控攝像頭， 對應的業(yè)務(wù)特點(diǎn)要求實(shí)時(shí)的數據傳輸;

中等速率業(yè)務(wù)：主要使用GPRS技術(shù)，例如居民小區或超市的儲物柜，使用頻率高但并非實(shí)時(shí)使用，對網(wǎng)絡(luò )傳輸速度的要求遠不及高速率業(yè)務(wù);

低速率業(yè)務(wù)：業(yè)界將低速率業(yè)務(wù)市場(chǎng)歸納為L(cháng)PWAN(Low Power Wide Area Network)市場(chǎng)，即低功耗廣域網(wǎng)。目前還沒(méi)有對應的蜂窩技術(shù)，多數情況下通過(guò)GPRS技術(shù)勉力支撐，從而帶來(lái)了成本高、影響低速率業(yè)務(wù)普及度低的問(wèn)題。

也就是說(shuō)目前低速率業(yè)務(wù)市場(chǎng)急需開(kāi)拓，而低速率業(yè)務(wù)市場(chǎng)其實(shí)是最大的市場(chǎng)，如建筑中的滅火器、科學(xué)研究中使用的各種監測器，此類(lèi)設備在生活中出現的頻次很低，但匯集起來(lái)總數卻很可觀(guān)，這些數據的收集用于各類(lèi)用途，比如改善城市設備的配置等等。

而NB-IoT就是一種新的窄帶蜂窩通信LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))技術(shù)，可以幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題。

二、NB-IoT的優(yōu)勢是什么?

作為一項應用于低速率業(yè)務(wù)中的技術(shù)，NB-IoT的優(yōu)勢不難想象：

強鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現有無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供50-100倍的接入數。一個(gè)扇區能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò )架構。舉例來(lái)說(shuō)，受限于帶寬，運營(yíng)商給家庭中每個(gè)路由器僅開(kāi)放8-16個(gè)接入口，而一個(gè)家庭中往往有多部手機、筆記本、平板電腦，未來(lái)要想實(shí)現全屋智能、上百種傳感設備需要聯(lián)網(wǎng)就成了一個(gè)棘手的難題。而NB-IoT足以輕松滿(mǎn)足未來(lái)智慧家庭中大量設備聯(lián)網(wǎng)需求。

高覆蓋：NB-IoT室內覆蓋能力強，比LTE提升20dB增益，相當于提升了100倍覆蓋區域能力。不僅可以滿(mǎn)足農村這樣的廣覆蓋需求，對于廠(chǎng)區、地下車(chē)庫、井蓋這類(lèi)對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。以井蓋監測為例，過(guò)去GPRS的方式需要伸出一根天線(xiàn)，車(chē)輛來(lái)往極易損壞，而NB-IoT只要部署得當，就可以很好的解決這一難題。

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(chǎng)合，如安置于高山荒野偏遠地區中的各類(lèi)傳感監測設備，它們不可能像智能手機一天一充電，長(cháng)達幾年的電池使用壽命是最本質(zhì)的需求。NB-IoT聚焦小數據量、小速率應用，因此NB-IoT設備功耗可以做到非常小，設備續航時(shí)間可以從過(guò)去的幾個(gè)月大幅提升到幾年。

低成本：與LoRa相比，NB-IoT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線(xiàn)基本上都是復用的。以中國移動(dòng)為例，900MHZ里面有一個(gè)比較寬的頻帶，只需要清出來(lái)一部分2G的頻段，就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IoT的同時(shí)部署。低速率、低功耗、低帶寬同樣給NB-IoT芯片以及模塊帶來(lái)低成本優(yōu)勢。模塊預期價(jià)格不超過(guò)5美元。

不過(guò)，NB-IoT仍有著(zhù)自身的局限性。在成本方面，NB-IoT模組成本未來(lái)有望降至5美元之內，但目前支持藍牙、Thread、ZigBee三種標準的芯片價(jià)格僅在2美元左右，僅支持其中一種標準的芯片價(jià)格不到1美元。巨大的價(jià)格差距無(wú)疑將讓企業(yè)部署NB-IoT產(chǎn)生顧慮。

此外，大部分物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景如智能門(mén)鎖、數據監測等并不需要實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，僅需近場(chǎng)通信或者通過(guò)有線(xiàn)方式便可完成。若更換NB-IoT，是否物有所值?

三、NB-IoT的產(chǎn)業(yè)鏈

相對于傳統產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)比較龐大，需要從縱向產(chǎn)業(yè)鏈和橫向技術(shù)標準兩個(gè)維度多個(gè)環(huán)節進(jìn)行分析。

對于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )，從縱向來(lái)看，目前已形成從“底層芯片—模組—終端—運營(yíng)商—應用”的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

而其中，芯片在NB-IoT整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中處于基礎核心地位，現在幾乎所有主流的芯片和模組廠(chǎng)商都有明確的NB-IoT支持計劃。

華為收購公司Neul的芯片實(shí)現的比較早，已有測試樣片;

高通的芯片預計會(huì )在2016年四季度階段發(fā)布，而且高通的芯片是NB-IoT和eMTC雙模的芯片;

Intel的芯片預計今年四季度會(huì )提供第一批的芯片，但是主要是以測試為主，商用芯片也是在明年年初發(fā)布;

MTK的芯片也在研發(fā)當中，明年上半年會(huì )發(fā)布;

中興微、大唐的芯片也都在研發(fā)當中。

下面我們就選取華為和高通兩家來(lái)具體聊聊。

1、 華為

作為NB-IoT的積極參與者華為而言，NB-IoT是一個(gè)大戰略，據說(shuō)華為所有的部門(mén)都積極參與其中。

其實(shí)早在2014年，華為就斥資2500萬(wàn)美元收購了英國領(lǐng)先的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)芯片和解決方案提供商Neul，還計劃以Neul為中心，打造一個(gè)全球級物聯(lián)網(wǎng)。

不出所料，在標準公布后，Neul即將在本月底火速推出NB-IoT商用芯片，這將會(huì )是業(yè)內第一款正式商用的NB-IoT芯片，而且其芯片價(jià)格向短距離通信芯片價(jià)格靠近。

據悉，華為推出的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(gè)ARM-M0內核，每個(gè)M0內核分別負責應用、安全、通信功能，這樣在方便進(jìn)行功能管理的同時(shí)降低成本和功耗，后續推出的芯片還將會(huì )集成Soft SIM，進(jìn)一步降低成本。

另外，在九月底提供第一批芯片之后，華為還將會(huì )和ublox、移遠合作提供第一批的商用模組，商用模組大概是在10月中旬或下旬發(fā)布。第一批提供的量并不大，明年年初將大規模商用。

除了芯片以外，華為在NB-IoT領(lǐng)域的布局可謂是全方位覆蓋式的。

在今年的世界移動(dòng)大會(huì )物聯(lián)網(wǎng)峰會(huì )上，華為正式面向全球發(fā)布了端到端NB-IoT解決方案，主要包括：Huawei Lite OS與NB-IoT芯片使能的智能化終端方案、平滑演進(jìn)到NB-IoT的eNodeB基站、可支持Core in a Box或NFV切片靈活部署的IoT Packet Core、基于云化架構并具有大數據能力的IoT聯(lián)接管理平臺等，滿(mǎn)足了運營(yíng)商IoT業(yè)務(wù)低功耗廣域覆蓋的核心需求。

另外在上個(gè)月舉辦的第二屆中國NB-IoT產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟高峰論壇上，華為的NB-IoT項目負責人許海平更是表示了華為正在建設的開(kāi)放實(shí)驗室將更好地為NB-IoT端到端業(yè)務(wù)服務(wù)。“從今年開(kāi)始，華為在全球設立了七個(gè)開(kāi)放實(shí)驗室，現已開(kāi)放了兩個(gè)，一個(gè)是沃達豐，另外一個(gè)是華為的上研所。開(kāi)放實(shí)驗室主要是搭建整套的端到端NB-IoT環(huán)境，提供NB-IoT的芯片和模組，和一些關(guān)系比較密切的合作廠(chǎng)商一起來(lái)做端到端的對接，包括芯片模組的集成、后端的聯(lián)接管理平臺、業(yè)務(wù)服務(wù)器的對接等。沃達豐的開(kāi)放實(shí)驗室主要是針對的歐洲的合作廠(chǎng)商，上海的實(shí)驗室主要是針對中國區的，九月份還將在韓國成立一個(gè)open lab，意大利等國家也會(huì )相繼推進(jìn)。”

2、高通

高通認為在未來(lái)5年里，從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)說(shuō)，LTE依然是發(fā)展基礎。3GPP Release 13下引入的NB-IoT將繼續隨著(zhù)3GPP的發(fā)展而演進(jìn)，大規模物聯(lián)網(wǎng)(Massive IoT)所需的低成本、低功耗等將依靠LTE NB-IoT技術(shù)從蜂窩連接的方面推動(dòng)其發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)發(fā)展打好基礎。

高通今年年初推了的MDM 9x07，支持Cat 4，最高支持150Mbps;另外一個(gè)是MDM 92071，支持Cat 1的標準;還有去年10月推出的MDM 9206，支持CatM1，后期通過(guò)軟件升級可以支持NB-IoT。模塊OEM廠(chǎng)商預計將于2017年初發(fā)布基于MDM 9206、支持Cat M1的模塊，而對于Cat NB1的支持預計在此之后不久，通過(guò)軟件升級的方式實(shí)現。

另外，在目前的Release 13中，NB-IoT不支持VoLTE，不過(guò)在未來(lái)的Release 14中，高通就會(huì )嘗試增加語(yǔ)音功能的支持。隨著(zhù)NBIoT不斷演進(jìn)，高通希望它能為適用于5G的物聯(lián)網(wǎng)標準打下基礎。

講完了芯片廠(chǎng)商，下面來(lái)講講運營(yíng)商。

從去年開(kāi)始，包括中國、韓國、歐洲、中東、北美的多家主流運營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)展了基于pre-standard 的NB-IoT技術(shù)的試點(diǎn)，并開(kāi)啟了端到端的技術(shù)和業(yè)務(wù)驗證。

1、中國電信

中國電信正在積極跟進(jìn)NB-IoT技術(shù)發(fā)展，并正式立項對NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)、終端和業(yè)務(wù)開(kāi)展研發(fā)。在具體部署方案上，將基于全覆蓋的800M LTE網(wǎng)絡(luò )部署NB-IoT;基站同時(shí)支持LTE和NB-IoT與800MLTE基站共享基帶、射頻及天饋資源。同時(shí)，為了規避可能的頻率干擾，并考慮LTE800后續演進(jìn)的靈活性，優(yōu)先考慮獨立工作模式。

另外，在今年7月召開(kāi)的“2016年天翼智能終端交易博覽會(huì )”上，中國電信聯(lián)合高通、華為、中興、英特爾、博世、SAP、IBM、愛(ài)立信、深創(chuàng )投、中科院上海微系統所、北郵和東南大學(xué)12家單位,共同發(fā)起成立“天翼物聯(lián)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。

2、中國移動(dòng)

對于中國移動(dòng)來(lái)說(shuō)，其公眾物聯(lián)網(wǎng)平臺自2014年11月底正式商用,截至今年6月,用戶(hù)已超過(guò)2700萬(wàn)。目前，中國移動(dòng)正加快推進(jìn)全球統一標準窄帶物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)成熟和物聯(lián)網(wǎng)應用創(chuàng )新，構建物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放實(shí)驗室，促進(jìn)芯片和模組成熟發(fā)展，打造一張低成本、低功耗、廣覆蓋、高可靠的公共物聯(lián)網(wǎng)，力爭2017年實(shí)現商用。為了建設NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)，預計在2016年年底至2017年年中，中移動(dòng)將會(huì )獲得FDD牌照，并且允許重耕現有的900MHz、1800MHz頻段。

3、中國聯(lián)通

中國聯(lián)通在2015年7月，建成并開(kāi)放全球第一個(gè)NB-IoT新技術(shù)示范點(diǎn);2016年上半年上海迪斯尼物聯(lián)網(wǎng)啟動(dòng)商用; 2015年-2016年開(kāi)展了NB-IoT業(yè)務(wù)試點(diǎn)及試驗，目前正推進(jìn)重點(diǎn)城市(北京、上海、廣州、深圳、銀川、長(cháng)沙、福州)的NB-IoT商用部署，計劃在2017年實(shí)現規模商用，2018年則將開(kāi)始全面推進(jìn)國家范圍內的商用部署。

中國聯(lián)通部署在900MHz、1800MHz頻段，用于NB-IoT和VoLTE。在900 MHz采用DSSS動(dòng)態(tài)頻譜解決方案，在1800MHz連續覆蓋區域，部署5MHz帶寬的LTE，在沒(méi)有1800MHz連續覆蓋的區域，帶寬自動(dòng)縮窄到 3MHz，但中心頻點(diǎn)保持不變，兩側空出的頻譜，自動(dòng)部署14個(gè)GSM頻點(diǎn)。

從橫向來(lái)看，產(chǎn)業(yè)鏈每一環(huán)節都有NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu等不同技術(shù)標準的廠(chǎng)商存在。

說(shuō)到這些，不得不重提下之前的LPWAN，NB-IoT、LoRa、Sigfox、ZETA、Ingenu都是LPWAN的分支。

像Lora、Sigfox等，屬于工作在非授權頻段的技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)大多是非標、自定義實(shí)現;而像GSM、CDMA、WCDMA等較成熟的2G/3G蜂窩通信技術(shù)是工作在授權頻段的技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)基本都在3GPP(主要制定GSM、WCDMA、LTE及其演進(jìn)技術(shù)的相關(guān)標準)或3GPP2(主要制定CDMA相關(guān)標準)等國際標準組織進(jìn)行了標準定義。

下面我們會(huì )選取目前已形成較為完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)的NB-IoT和LoRa兩種技術(shù)標準，對每一環(huán)節的市場(chǎng)集中度進(jìn)行大體預估，集中度的大小反映在下圖對應矩形框的長(cháng)度，長(cháng)度越長(cháng)，集中度越高，長(cháng)度越短，集中度越小。(集中度越高表示市場(chǎng)壟斷率越高)

在底層芯片領(lǐng)域，眾所周知，當前華為海思、高通、英特爾、MTK、中興微電子、大唐、展訊等廠(chǎng)商已有NB-IoT芯片的研發(fā)計劃和實(shí)施步驟，原有LTE芯片能力的廠(chǎng)商均可參與，沒(méi)法形成前2-3家壟斷大部分市場(chǎng)，不過(guò)由于這一領(lǐng)域的廠(chǎng)商數量并不多，因此也不會(huì )形成大量市場(chǎng)參與者，市場(chǎng)集中度會(huì )保持在50%以下;而在LoRa陣營(yíng)中，目前射頻芯片供應集中在Semtech一家廠(chǎng)商，占據絕大多數市場(chǎng)份額，從而形成大于80%的市場(chǎng)集中度。

在模組環(huán)節，由于具備渠道、技術(shù)、規模的優(yōu)勢，很多NB-IoT模組的出貨量應該掌握在原來(lái)?yè)碛?G/3G/LTE模組產(chǎn)品線(xiàn)的廠(chǎng)商手中，這一群數量相對較多，再加上一些新的廠(chǎng)商進(jìn)入該領(lǐng)域，故也無(wú)法形成較高的市場(chǎng)集中度;在LoRa模組群體中，原有廠(chǎng)商多為中小企業(yè)，在LoRa應用越來(lái)越多的情況下，還有不少廠(chǎng)商入局，使得整個(gè)市場(chǎng)形成相對充分競爭狀態(tài)，市場(chǎng)集中度較低。

在終端環(huán)節中，由于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)是大量行業(yè)、消費終端所需要的，而終端的種類(lèi)多種多樣，無(wú)法形成少數企業(yè)擁有大規模終端的市場(chǎng)，因此終端市場(chǎng)極為分散，市場(chǎng)集中度較低。

在通訊設備和平臺環(huán)節中，由于華為、愛(ài)立信、中興、諾基亞等通訊設備廠(chǎng)商是NB-IoT標準的核心參與者和推動(dòng)者，在蜂窩通信市場(chǎng)上，這些主流設備廠(chǎng)商占據絕大多數市場(chǎng)份額，在NB-IoT的商用中，也不可避免占據絕大多數份額，可以說(shuō)在這一環(huán)節的市場(chǎng)集中度較高，可能達到80%以上;而對于LoRa來(lái)說(shuō)，一開(kāi)始就有大量中小企業(yè)參與LoRa基站設備和管理平臺的研發(fā)和生產(chǎn)，目前具備整體方案提供能力的廠(chǎng)商很多，因此并不能形成高市場(chǎng)集中度，而在國內中興通訊發(fā)起的中國LoRa應用聯(lián)盟(CLAA)推出的共享模式或在一定程度提升設備和平臺的集中度，但仍然不會(huì )達到NB-IoT在這一環(huán)節的高集中度。

在運營(yíng)商環(huán)節，主流運營(yíng)商非常明確會(huì )部署并運營(yíng)NB-IoT網(wǎng)絡(luò )，也就是說(shuō)，未來(lái)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)仍將集中在三大運營(yíng)商手里，所以這一領(lǐng)域的市場(chǎng)集中度為100%;而對于LoRa網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)來(lái)說(shuō)，由于要滿(mǎn)足各類(lèi)政企行業(yè)用戶(hù)多樣化的需求，將來(lái)可能會(huì )出現多種形式的運營(yíng)商，包括CLAA的跨地域云網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、行業(yè)級網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、企業(yè)私網(wǎng)運營(yíng)商等，因此市場(chǎng)集中度非常低。

至于應用環(huán)節，不論是NB-IoT還是LoRa網(wǎng)絡(luò )，均要面對成千上萬(wàn)多樣化的應用需求。這些物聯(lián)網(wǎng)的應用沒(méi)法形成如傳統通信時(shí)代數億級同質(zhì)化應用業(yè)務(wù)，而是碎片化特點(diǎn)突出，即時(shí)同一行業(yè)中也有千差萬(wàn)別的需求，因此應用環(huán)節不會(huì )形成高度的市場(chǎng)集中態(tài)勢。

總結來(lái)看，非常明顯的是NB-IoT的產(chǎn)業(yè)鏈上多個(gè)環(huán)節具有高度市場(chǎng)集中度，可以看出這一領(lǐng)域更多是巨頭主導;LoRa產(chǎn)業(yè)鏈上芯片環(huán)節形成高度市場(chǎng)集中度，其他環(huán)節皆是大量參與者的形態(tài)。

四、NB-IoT市場(chǎng)投資機會(huì )

目前NB-IoT市場(chǎng)炒作非常熱，產(chǎn)業(yè)鏈也包含了許多不同的硬件：芯片、模塊、終端設備等等，可以說(shuō)給各個(gè)層面的企業(yè)及產(chǎn)業(yè)資本提供很大的機會(huì )，縱觀(guān)這些投資機會(huì )，DR君覺(jué)得以下兩個(gè)創(chuàng )投領(lǐng)域非常值得關(guān)注：

1、傳感器

NB-IoT無(wú)疑促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，讓傳感器可以深入到細分市場(chǎng)，帶來(lái)巨大的商業(yè)機會(huì )。全球傳感器產(chǎn)業(yè)到2020年前后將擁有接近3000億美元的市場(chǎng)規模，而有券商認為，中國企業(yè)將在這個(gè)千億級的傳感器市場(chǎng)中占有三分之一的份額，發(fā)展空間巨大。

2、應用

雖然底層硬件非常重要，但真正讓這些裝置發(fā)揮加值效果，體現數據的價(jià)值和利益分享的價(jià)值，還是需要為了特定服務(wù)目的開(kāi)發(fā)的應用軟件，這些更是未來(lái)巨大的市場(chǎng)，將為進(jìn)入該領(lǐng)域的業(yè)者和資本提供更大的機會(huì )。

相比面向娛樂(lè )和性能的物聯(lián)網(wǎng)應用，NB-IoT面向低端物聯(lián)網(wǎng)終端，更適合廣泛部署，在以智能抄表、智能停車(chē)、智能追蹤為代表的智能家居、智能城市、智能生產(chǎn)等領(lǐng)域的應用將會(huì )大放異彩。

人與人通信的移動(dòng)終端數量增長(cháng)已看到天花板，而物與物通信才剛剛開(kāi)啟，我們相信未來(lái)隨著(zhù)NB-IoT的落地，物聯(lián)網(wǎng)將得到飛速發(fā)展，應用前景將大大廣闊，大量的數據勢必帶來(lái)的無(wú)窮無(wú)盡的價(jià)值。

為了達到涵蓋范圍延伸(CoverageEnhancement, CE)以滿(mǎn)足布建在細胞(Cell)邊緣或地下室等信道質(zhì)量較低的NB-IoT UE，基地臺與NB-IoT UE之間透過(guò)采用較少數量的子載波(Subcarrier)與將欲傳遞的數據作重復傳送以利于接收端提高正確解出數據的成功率。依照目前規格的規范，在隨機存取(Random Access)信道、控制信道與數據信道所傳遞之訊息的重復傳送次數最高可高達128、2,048與2,048次。

三種運行模式各有發(fā)揮　靈活運用頻段資源

涵蓋范圍延伸(Coverage Enhancement Level, CE Level)共分為三種等級，分別為達到可對抗最大耦合損失(Maximum Coupling Loss, MCL)為144dB、154dB、164dB的訊號能量衰減?；嘏_與NB-IoT UE間會(huì )根據所在的CE Level來(lái)選擇相對應的訊息重復傳送次數。

另一方面，為了使營(yíng)運商能靈活地使用LTE頻段或非LTE頻段來(lái)布建NB-IoT系統以及考慮到對LTE系統的兼容性，單一載波帶寬被限制為180KHz，相當于一個(gè)PRB(Physical Resource Block)的帶寬。

NB-IoT支持在頻段內(In-Band)、保護頻段(Guard Band)以及獨立(Stand-alone)共三種運行模式。In-Band運行是利用LTE載波(Carrier)內的PRB進(jìn)行數據傳輸，Guard Band運行是利用LTE載波內的Guard Band來(lái)進(jìn)行數據傳輸，Stand-alone運行則是使用非LTE頻段的載波來(lái)進(jìn)行數據傳輸。為了提高NB-IoT的市場(chǎng)需求性，三種運行模式的設計具有一致性，但In-Band與Guard Band兩種運行模式則需特別考慮到對LTE系統的兼容性。NB-IoT所支持的最大數據速率(Data Rate)在上行(Uplink)為64Kbit/s，下行(Downlink)為28Kbit/s。

目前正值標準討論中的階段，接下來(lái)我們將針對物理層與接口訪(fǎng)問(wèn)控制層受影響的信道設計、功能與程序做介紹。由于截稿前，NB-IoT第十三版本的規格尚在RAN大會(huì )上等待通過(guò)，故以下的介紹以基于規格送審前的數據為主。

物理層的變更

NB-IoT在多重存取(Multiple Access)技術(shù)的選擇上，使用與LTE系統相同之Multiple Access技術(shù)，亦即在下行使用正交分頻多路存取(OrthogonalFrequency Division Multiple Access, OFDMA)，在上行使用單載波分頻多重存取(Single CarrierFrequency Division Multiple Access, SC-FDMA)，且子載波間距 (SubcarrierSpacing)以及訊框架構(Frame Structure)與LTE系統相同。

另外，考慮到NB-IoT UE的低成本需求，在上行亦支持單頻(Single Tone)傳輸，使用的Subcarrier Spacing除了原有的15KHz，還新制訂了3.75KHz的Subcarrier Spacing，共48個(gè)Subcarrier。

由于帶寬最多僅有1個(gè)PRB，所以不同物理層通道之間大多為分時(shí)多任務(wù)(Time Division Multiplexed, TDD)，也就是在不同時(shí)間上輪流出現。另外，考慮到NB-IoT UE的低成本與低復雜度，Release-13 NB-IoT僅支持分頻雙工(Frequency Division Duplex, FDD)且為半雙工(Half Duplex)，亦即上行與下行使用不同的載波，且一NB-IoT UE傳送和接收需在不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行。

在NB-IoT中，因為帶寬大小以及NB-IoT UE能力的限制，舍棄了LTE系統中如實(shí)體上行共享信道(Physical UplinkControl Channel, PUCCH)、實(shí)體混合自動(dòng)重傳請求或指示通道(Physical HybridARQ Indicator Channel, PHICH)等物理層通道。

HARQ的實(shí)認信息(HARQ-ACK)/否定應答(NACK)將會(huì )傳送在NB-IoT中新制定的數據信道中，而LTE系統中的周期性信道狀態(tài)信息(Periodic CSI)回報，也因為考慮到資源有限與NB-IoT UE的電量耗損，在NB-IoT中不予支持。

原有LTE系統中的其他物理層信道如實(shí)體下行控制信道(Physical DownlinkControl Channel, PDCCH)以及傳送實(shí)體隨機存取信道(Physical RandomAccess Channel, PRACH)也都有對應功能的新物理層信道設計，本文將逐一簡(jiǎn)介。

調變與編碼機制

NB-IoT中下行使用的調變?yōu)檎幌辔晃灰奇I控(QPSK)，上行若為多頻傳輸(Multi-ToneTransmission)則使用QPSK，若為單頻傳輸則使用π/2 BPSK或π/4 QPSK，此為考慮到降低峰值功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)的需求。

信道編碼方面，為了減少NB-IoT UE譯碼的復雜度，下行的數據傳輸是使用尾端位回旋碼(Tail BitingConvolutional Coding, TBCC)，而上行的數據傳輸則使用Turbo Coding。

混合式自動(dòng)重新傳送程序

在NB-IoT中，由于可用資源有限以及重復傳送的行為，若在上行使用同時(shí)(Synchronous)的混合式自動(dòng)重新傳送程序(HARQ Process)會(huì )使得上行資源運用更加困難，因此在NB-IoT中上行和下行都使用非同時(shí)(Asynchronous)的HARQ Process，亦即若需重傳則會(huì )根據新接收到的下行控制信息(Downlink Control Information, DCI)來(lái)做重傳。另外，為了減少NB-IoT UE的復雜度，只支持一個(gè)HARQ Process，且在下行不支持冗余版本(Redundancy Version, RV)，在上行則支持RV 0、RV 2。

單頻傳輸

NB-IoT UE在上行可使用單頻傳輸，其中Subcarrier Spacing可為15KHz以及3.75KHz。因為15KHz為3.75KHz的整數倍，所以對LTE系統有較小的干擾。由于下行的Frame Structure與LTE的相同，且為了使上行與下行的時(shí)間有清楚的關(guān)系，制定Subcarrier Spacing為3.75KHz的Frame Structure中一個(gè)符槽(Slot)包含7個(gè)符元(Symbol)共2ms長(cháng)，是LTE系統中一個(gè)時(shí)槽(Slot)時(shí)間長(cháng)度的4倍。

NB-IoT系統中的取樣頻率(Sampling Rate)為1.92MHz，Subcarrier Spacing為3.75KHz的Frame Structure中一個(gè)Symbol的時(shí)間長(cháng)度為512 Ts(SamplingDuration)加上循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)長(cháng)16Ts，共528Ts。因此，一個(gè)Slot包含7個(gè)Symbol再加上保護區間(Guard Period)共3840Ts，即2ms長(cháng)。

資源單位

有別于LTE系統中資源分配的基本單位為子訊框(Subframe)，NB-IoT在上行中根據Subcarrier的數目分別制訂了相對應的資源單位做為資源分配的基本單位，如表1。

表1NB-IoT上行資源單位的subcarrier數目與slot數目組合。