NB-IoT通信应用开发
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... Category0
Cat.M
NB-IOT
半双工方式 Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A
TypeB
$
半双工模式在3GPP R8时定义，R12时列出type A 与type B两种 类型，其中Type B为Cat.0专用。 ➢type A下，UE在发送上行信号时，其前面一个子帧(Subframe)
移动性
时延
5G
>10Mbps
LTE覆盖 标准
不敏感
<500km/h
<1ms
成本 不敏感
容量 不敏感
LTE-M
<1Mbps
155dB
5~10 years <350km/h
<100ms
$5~10 /模组
（18k）
NB-IoT <200Kbps
164dB
~10 years
<30km/h
LoRa <37.5Kbps
低功耗
10 年电池寿命 •简化协议 , 芯片功 耗低 •功放效率高 •发射/接收时间短
大连接
100K连接数每小 区
•频谱效率高 •小包数据发送特 征 •终端极低激活比
低成本
1$ 芯片成本 •简化射频硬件 •简化协议降低成 本 •减小基带复杂度
深覆盖：比LTE覆盖高20dB
技术点1：功率谱密度增强
+17dB
上行频段
下行频段
网络制式
Uplink（UL）band Downlink （ DL ） Duplex Mode
band
1920MHz1980MHz 1710MHz1785MHz 824MHz-849MHz
2110MHz-2170MHz 1805MHz-1880MHz 869MHz-894MHz
H-FDD H-FDD H-FDD
* 典型值，与应用类型和话务模型相关
低成本： 终端模组成本低至5$
Cat-4 LTE
Cat-0 MTC
BB 2RX RF 1TX
PMU Flash/RAM
1RX
BB 1TX
RF
PMU
Flash /RAM
低复杂度基带
终端协议简化
精简电源管理
BB: 基带 PMU: 电源管理单元
精简射频
单天线，半双工
1hour 1 day 1 week
8.1 13.8 17.0 17.8 17.9 17.9 17.9 13.2 39.1 84.9 108.0 110.8 111.1 111.3 13.5 42.0 99.4 132.1 136.2 136.6 137.0
若终端支持PSM，在Attach或TAU(跟踪区更新)的过程中，会 向网络申请一个启动计时器(Active Timer)，当设备从连接状
月，相当于11年左右
似于关机的状态，但UE还是注册在网络中，因此不需要重新
连接或建立分组数据网络的连接，直到UE要再对外发送数据，
或者TAU的周期到了，才会恢复到连接的状态。
NB-IoT的关键技术——eDRX
NB-IoT的关键技术：eDRX
(Enhanced Discontinuous Reception,延长的非连续接收模式）
MME基亍终端分组/业务特征下发定时器给终端： Ready timer/Active timer/RAU timer
Extended Long DRX
eDRX协商，MME决策
M2M终端
CloudEdge
Active timer Active timer
Start
Expiration
TAU/RAU timer Expiration/MO
NB-IoT——Narrow band- Internet of Things即窄带物联网
一个载波带宽
NB-IOT的三种部署方式
200Khz
下行12个15Khz子载波 上行3.75Khz或15Khz
小区峰值速率
Stand-lone： 独立载波组网
Guard band： 利用LTE系统边缘保护带 上没有使用的资源块
(Full Duplex)所需的元件，成本更为低廉，并且也能够降低电力的消耗。
UE-Category
Category1 Category2 Category3 Category4 Category5 Category6 Category7 Category8 Category9 Category10
项目分析
项目分析
本项目中使用NB86-G模组将M3 主控模块采集到的光照数据发送 到物联网云平台， 首先需要在物联网云平台创建项 目、添加光照度传感器。 再烧写已经完成编译NB-IOT模块 程序的代码，最后M3通过NB86G模组使用CoAP协议接入物联网 云平台。
NB-IOT模块介绍
NB-IOT模块概述
利尔达NB86系列模块是基于 HISILICON Hi2110的Boudica 芯片开发的，该模块为全球领 先的NB-IoT无线通信模块，符 合3GPP标准。具有体积小、功 耗低、传输距离远、抗干扰能 力强等特点。
NB-IOT模块支持频段
频段 Band
Band 01 Band 03 Band 05 Band 08 Band 20 Band 28*
1 month 1 year
13.6 42.3 101.6 135.9 140.2 140.7 141.1 13.6 42.5 102.3 137.1 141.4 141.9 142.3
态转移到空闲状态后，该定时器开始运行；当定时器终止时， 若是TAU周期为1小时，而1个星期发送一 设备进入省电模式。省电模式中，UE不再监听寻呼信号，近 次数据，两个2A电池可以使用超过136个
的下行信号中最后一个符元(Symbol)不接收，用来作为保护间 隔(Guard Period, GP)； ➢type B下，UE在发送上行信号时，其前面的子帧与后面的子帧
都不接收下行信号，使得保护间隔增大，对于设备的要求更加
得降低，并且也使讯号的可靠性上升。
NB-IoT的关键技术——PSM
PSM（ Power Saving Mode，省电模式） 终端在不同的TAU周期与传送周期的耗电情况（月）
上行使用的是FDMA的系统搭配 GMSK (高斯最小 频移键控)或者是PSK （相移键控）的调制，其可以 提高频谱的使用效率，并且NB-IoT的关键技术——半双工Half Duplex
NB-IoT的关键技术：半双工Half Duplex
半双工只需要多一个切换器去改变发送或接收的模式，比起全双工
“1+X”传感网应用开发
NB-IOT通信应用开发
01
目录 02 03
CONTENTS
04
05
06
NB-IOT技术简介 NB-IOT模块介绍 项目分析 代码添加 NB-IOT模块烧写 NB-IOT接入云平台
NB-IOT技术简介
LPWA介绍
四种技术对比
用 户覆 数盖 增增 加强
吞吐量
覆盖能力
终端寿命
15 分钟~1 天
NB-IoT基站
蜂窝物联核心网
业务平台
100 byte 对时延不敏感
关键技术1： 窄带技术 ➢ 上行等效功率提升，大大提升信道容量 ~100k设备/小区
关键技术2： 减小空口信令开销，提升频谱效率
DL Data
关键技术3： 基站优化 ➢ 独立的准入拥塞控制 ➢ 终端上下文信息存储
关键技术4： 核心网优化 ➢ 终端上下文存储 ➢ 下行数据缓存
在 R13 标 准 ， 定 义 改 进 eDRX ， 其 为 延 长 原 本 DRX 的 时 间 ， 使 UE 在 DRX的次数及频率上可以减少，以达到更省电的目的，但UE在进行长 时间的DRX周期后，本身的计时器可能会发生不准确的情况，就会让 UE与核心网之间发生不同步的情况，因此基站必须时常与UE进行同步， 而在UE离开eDRX模式时，也要发出多笔传呼讯号，让UE在时间不同 时依旧可以收到传呼讯号。 扩展的Long DRX可使LTE-M 和NB-IoT的电池使用寿命超过10年，同 时保持了机械工业过程监控或家庭自动化等用例所需的下行链路的可 达性。
TAU Cycle/ Trans.Cycle
15min
2.56s 10.24 1min 10mi 1h
Rel.8 1s
n
Rel.1
2
3.7 4.5 4.9 4.9 4.9
2h 1 day 4.9 4.9
PSM为一种特殊的终端状态，可以最小化电力的消耗，一般 认为比空闲模式（Idle Mode）下更省电。
Active
Idle
省电模式
PSM
Active
M2M终端
W
•Tx(23dBm): 200m •Rx: 80mW •Idle: 3mW
•PSM: 0.015mW
MME
减少IDLE态寺呼侦听次数
DRX Cycle
eDRX Cycle
大连接： 100K用户容量*/ 200kHz小区
话务模型
海量连接的特有系统设计
880MHz-915MHz 925MHz-960MHz
H-FDD
832MHz-862MHz 791MHz-821MHz
H-FDD
703MHz-748MHz 758MHz-803MHz
H-FDD
NB-IOT模块引脚描述
NB-IOT模块工作模式
1、Active模式
模块处于活动状态；所有功能正常可用，可以进行数据发送和 接收；模块在此模式下可切换到 Idle 模式或 PSM模式。
2、Idle模式
模块处于浅睡眠状态，模块处于网络连接状态，可接受寻呼 消息。模块在此模式下可切换至active模式或者PSM模式。
3、PSM模式
息 T3模4。1块2当（只D周T有E期（RT性DCa更工ta新作T），erm超模in时块al后处E，于qu模网ip块m络e将非nt被）连唤主接醒动状。发态送，数不据再或接者受定寻时呼消器
低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年
PSM省电模式
PSM省电模式终端空闲时关闭收发信机 99% 时间在PSM状态 PSM下只占 用<1% 功耗
延长定时周期
根据终端业务模型，灵活适配长周期位 置更新定时器RAU/TAU，减少唤醒次数
eDRX扩展动态接收
增大IDLE态寻呼信道侦听周期
PSM和长周期定时器
Frequency
NB-IoT的关键技术——窄带传输
NB-IoT的关键技术：窄带传输
下行使用NB-OFDMA（正交频分多址）系统，使 用72个频宽为2.5KHz的子载波(Subcarrier)传输， 使频谱有更高的使用效率，并在同一个蜂窝网络允 许大量的设备同时使用，提供更广的覆盖范围，其 能 够 使 用 在 一 个 LTE 的 资 源 区 块 （Resource Block, RB）内（180kHz频宽），或 者是在没有使用到之RB旁的保护间隔(GP)，亦或是 使用独立出来的一个专用频谱；
155dB
>10years
<30Km/h
10S N/A
<$5 / 模组
50k
<$7/ 模组
10K
移 动速 性率 增提 强升
GSA统计已有24个运营商确定NB-IOT建设计划，预计2017年底将会有20个NB-IoT网络实现商用
NB-IOT演进图
NB-IOT网络结构
NB-IOT四大优势
深覆盖
20dB 增益 •窄带功率谱密度 提升 •重传次数 •编码增益
功率谱密度= 200mW/180kHz
180 KHz IOT 终
端:200mw 48倍
NB-IOT功率谱密度高
技术点2： 重复+3 ~ 12dB 最多重复16次
3.75 KHz
注： 由于GSM终端发射功率最大可以到33dBm, NB-IOT发射功率最大23dBm,所以实际NB-IOT终端比 GSM终端功率谱密度高7dB
小容量存储
协议栈优化 500kByte
PA: Power Amplifier SOC: System on Chip
NB-IOT
1RX
BB 1TX
RF
PMU
Flash/ RAM
高效功放
上行峰均比低， 功放效率高 SOC可内置PA
MMMB: 多模多频段PA MB: 多频段
NB-IOT部署
独立部署（Stand alone operation）
不依赖LTE，与LTE可以完全解耦，适用于重耕GSM频段
保护带部署（Guard band operation）
适用于LTE频段。不占LTE资源，利用LTE边缘保护频带中未使用 的180KHz带宽的资源块利
带内部署（In-band operation）
适用于LTE频段。用LTE载波中间的某一段频段
什么是NB-IoT？
上行最大:261.6kbps
In-band ：
下行最大:226.6kbps
200 kHz
利用LTE系统中的资源块
10 kHz (Guard band) Subcarrier spacing = 3.75 kHz
180 kHz = 48 subcarriers 10 kHz (Guard band)
Cat.M
NB-IOT
半双工方式 Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A Type A
TypeB
$
半双工模式在3GPP R8时定义，R12时列出type A 与type B两种 类型，其中Type B为Cat.0专用。 ➢type A下，UE在发送上行信号时，其前面一个子帧(Subframe)
移动性
时延
5G
>10Mbps
LTE覆盖 标准
不敏感
<500km/h
<1ms
成本 不敏感
容量 不敏感
LTE-M
<1Mbps
155dB
5~10 years <350km/h
<100ms
$5~10 /模组
（18k）
NB-IoT <200Kbps
164dB
~10 years
<30km/h
LoRa <37.5Kbps
低功耗
10 年电池寿命 •简化协议 , 芯片功 耗低 •功放效率高 •发射/接收时间短
大连接
100K连接数每小 区
•频谱效率高 •小包数据发送特 征 •终端极低激活比
低成本
1$ 芯片成本 •简化射频硬件 •简化协议降低成 本 •减小基带复杂度
深覆盖：比LTE覆盖高20dB
技术点1：功率谱密度增强
+17dB
上行频段
下行频段
网络制式
Uplink（UL）band Downlink （ DL ） Duplex Mode
band
1920MHz1980MHz 1710MHz1785MHz 824MHz-849MHz
2110MHz-2170MHz 1805MHz-1880MHz 869MHz-894MHz
H-FDD H-FDD H-FDD
* 典型值，与应用类型和话务模型相关
低成本： 终端模组成本低至5$
Cat-4 LTE
Cat-0 MTC
BB 2RX RF 1TX
PMU Flash/RAM
1RX
BB 1TX
RF
PMU
Flash /RAM
低复杂度基带
终端协议简化
精简电源管理
BB: 基带 PMU: 电源管理单元
精简射频
单天线，半双工
1hour 1 day 1 week
8.1 13.8 17.0 17.8 17.9 17.9 17.9 13.2 39.1 84.9 108.0 110.8 111.1 111.3 13.5 42.0 99.4 132.1 136.2 136.6 137.0
若终端支持PSM，在Attach或TAU(跟踪区更新)的过程中，会 向网络申请一个启动计时器(Active Timer)，当设备从连接状
月，相当于11年左右
似于关机的状态，但UE还是注册在网络中，因此不需要重新
连接或建立分组数据网络的连接，直到UE要再对外发送数据，
或者TAU的周期到了，才会恢复到连接的状态。
NB-IoT的关键技术——eDRX
NB-IoT的关键技术：eDRX
(Enhanced Discontinuous Reception,延长的非连续接收模式）
MME基亍终端分组/业务特征下发定时器给终端： Ready timer/Active timer/RAU timer
Extended Long DRX
eDRX协商，MME决策
M2M终端
CloudEdge
Active timer Active timer
Start
Expiration
TAU/RAU timer Expiration/MO
NB-IoT——Narrow band- Internet of Things即窄带物联网
一个载波带宽
NB-IOT的三种部署方式
200Khz
下行12个15Khz子载波 上行3.75Khz或15Khz
小区峰值速率
Stand-lone： 独立载波组网
Guard band： 利用LTE系统边缘保护带 上没有使用的资源块
(Full Duplex)所需的元件，成本更为低廉，并且也能够降低电力的消耗。
UE-Category
Category1 Category2 Category3 Category4 Category5 Category6 Category7 Category8 Category9 Category10
项目分析
项目分析
本项目中使用NB86-G模组将M3 主控模块采集到的光照数据发送 到物联网云平台， 首先需要在物联网云平台创建项 目、添加光照度传感器。 再烧写已经完成编译NB-IOT模块 程序的代码，最后M3通过NB86G模组使用CoAP协议接入物联网 云平台。
NB-IOT模块介绍
NB-IOT模块概述
利尔达NB86系列模块是基于 HISILICON Hi2110的Boudica 芯片开发的，该模块为全球领 先的NB-IoT无线通信模块，符 合3GPP标准。具有体积小、功 耗低、传输距离远、抗干扰能 力强等特点。
NB-IOT模块支持频段
频段 Band
Band 01 Band 03 Band 05 Band 08 Band 20 Band 28*
1 month 1 year
13.6 42.3 101.6 135.9 140.2 140.7 141.1 13.6 42.5 102.3 137.1 141.4 141.9 142.3
态转移到空闲状态后，该定时器开始运行；当定时器终止时， 若是TAU周期为1小时，而1个星期发送一 设备进入省电模式。省电模式中，UE不再监听寻呼信号，近 次数据，两个2A电池可以使用超过136个
的下行信号中最后一个符元(Symbol)不接收，用来作为保护间 隔(Guard Period, GP)； ➢type B下，UE在发送上行信号时，其前面的子帧与后面的子帧
都不接收下行信号，使得保护间隔增大，对于设备的要求更加
得降低，并且也使讯号的可靠性上升。
NB-IoT的关键技术——PSM
PSM（ Power Saving Mode，省电模式） 终端在不同的TAU周期与传送周期的耗电情况（月）
上行使用的是FDMA的系统搭配 GMSK (高斯最小 频移键控)或者是PSK （相移键控）的调制，其可以 提高频谱的使用效率，并且NB-IoT的关键技术——半双工Half Duplex
NB-IoT的关键技术：半双工Half Duplex
半双工只需要多一个切换器去改变发送或接收的模式，比起全双工
“1+X”传感网应用开发
NB-IOT通信应用开发
01
目录 02 03
CONTENTS
04
05
06
NB-IOT技术简介 NB-IOT模块介绍 项目分析 代码添加 NB-IOT模块烧写 NB-IOT接入云平台
NB-IOT技术简介
LPWA介绍
四种技术对比
用 户覆 数盖 增增 加强
吞吐量
覆盖能力
终端寿命
15 分钟~1 天
NB-IoT基站
蜂窝物联核心网
业务平台
100 byte 对时延不敏感
关键技术1： 窄带技术 ➢ 上行等效功率提升，大大提升信道容量 ~100k设备/小区
关键技术2： 减小空口信令开销，提升频谱效率
DL Data
关键技术3： 基站优化 ➢ 独立的准入拥塞控制 ➢ 终端上下文信息存储
关键技术4： 核心网优化 ➢ 终端上下文存储 ➢ 下行数据缓存
在 R13 标 准 ， 定 义 改 进 eDRX ， 其 为 延 长 原 本 DRX 的 时 间 ， 使 UE 在 DRX的次数及频率上可以减少，以达到更省电的目的，但UE在进行长 时间的DRX周期后，本身的计时器可能会发生不准确的情况，就会让 UE与核心网之间发生不同步的情况，因此基站必须时常与UE进行同步， 而在UE离开eDRX模式时，也要发出多笔传呼讯号，让UE在时间不同 时依旧可以收到传呼讯号。 扩展的Long DRX可使LTE-M 和NB-IoT的电池使用寿命超过10年，同 时保持了机械工业过程监控或家庭自动化等用例所需的下行链路的可 达性。
TAU Cycle/ Trans.Cycle
15min
2.56s 10.24 1min 10mi 1h
Rel.8 1s
n
Rel.1
2
3.7 4.5 4.9 4.9 4.9
2h 1 day 4.9 4.9
PSM为一种特殊的终端状态，可以最小化电力的消耗，一般 认为比空闲模式（Idle Mode）下更省电。
Active
Idle
省电模式
PSM
Active
M2M终端
W
•Tx(23dBm): 200m •Rx: 80mW •Idle: 3mW
•PSM: 0.015mW
MME
减少IDLE态寺呼侦听次数
DRX Cycle
eDRX Cycle
大连接： 100K用户容量*/ 200kHz小区
话务模型
海量连接的特有系统设计
880MHz-915MHz 925MHz-960MHz
H-FDD
832MHz-862MHz 791MHz-821MHz
H-FDD
703MHz-748MHz 758MHz-803MHz
H-FDD
NB-IOT模块引脚描述
NB-IOT模块工作模式
1、Active模式
模块处于活动状态；所有功能正常可用，可以进行数据发送和 接收；模块在此模式下可切换到 Idle 模式或 PSM模式。
2、Idle模式
模块处于浅睡眠状态，模块处于网络连接状态，可接受寻呼 消息。模块在此模式下可切换至active模式或者PSM模式。
3、PSM模式
息 T3模4。1块2当（只D周T有E期（RT性DCa更工ta新作T），erm超模in时块al后处E，于qu模网ip块m络e将非nt被）连唤主接醒动状。发态送，数不据再或接者受定寻时呼消器
低功耗：基于AA电池，使用寿命可超过10年
PSM省电模式
PSM省电模式终端空闲时关闭收发信机 99% 时间在PSM状态 PSM下只占 用<1% 功耗
延长定时周期
根据终端业务模型，灵活适配长周期位 置更新定时器RAU/TAU，减少唤醒次数
eDRX扩展动态接收
增大IDLE态寻呼信道侦听周期
PSM和长周期定时器
Frequency
NB-IoT的关键技术——窄带传输
NB-IoT的关键技术：窄带传输
下行使用NB-OFDMA（正交频分多址）系统，使 用72个频宽为2.5KHz的子载波(Subcarrier)传输， 使频谱有更高的使用效率，并在同一个蜂窝网络允 许大量的设备同时使用，提供更广的覆盖范围，其 能 够 使 用 在 一 个 LTE 的 资 源 区 块 （Resource Block, RB）内（180kHz频宽），或 者是在没有使用到之RB旁的保护间隔(GP)，亦或是 使用独立出来的一个专用频谱；
155dB
>10years
<30Km/h
10S N/A
<$5 / 模组
50k
<$7/ 模组
10K
移 动速 性率 增提 强升
GSA统计已有24个运营商确定NB-IOT建设计划，预计2017年底将会有20个NB-IoT网络实现商用
NB-IOT演进图
NB-IOT网络结构
NB-IOT四大优势
深覆盖
20dB 增益 •窄带功率谱密度 提升 •重传次数 •编码增益
功率谱密度= 200mW/180kHz
180 KHz IOT 终
端:200mw 48倍
NB-IOT功率谱密度高
技术点2： 重复+3 ~ 12dB 最多重复16次
3.75 KHz
注： 由于GSM终端发射功率最大可以到33dBm, NB-IOT发射功率最大23dBm,所以实际NB-IOT终端比 GSM终端功率谱密度高7dB
小容量存储
协议栈优化 500kByte
PA: Power Amplifier SOC: System on Chip
NB-IOT
1RX
BB 1TX
RF
PMU
Flash/ RAM
高效功放
上行峰均比低， 功放效率高 SOC可内置PA
MMMB: 多模多频段PA MB: 多频段
NB-IOT部署
独立部署（Stand alone operation）
不依赖LTE，与LTE可以完全解耦，适用于重耕GSM频段
保护带部署（Guard band operation）
适用于LTE频段。不占LTE资源，利用LTE边缘保护频带中未使用 的180KHz带宽的资源块利
带内部署（In-band operation）
适用于LTE频段。用LTE载波中间的某一段频段
什么是NB-IoT？
上行最大:261.6kbps
In-band ：
下行最大:226.6kbps
200 kHz
利用LTE系统中的资源块
10 kHz (Guard band) Subcarrier spacing = 3.75 kHz
180 kHz = 48 subcarriers 10 kHz (Guard band)