运营商窄带物联网部署实现探讨

运营商窄带物联网部署实现探讨

杨晓鸣;孙晓亮

【摘要】当今物联网时代已经到来,窄带物联网技术(NB-IoT)以其低功耗、广覆盖等技术优势,成为当下炙手可热的物联网通信技术,受到众多电信运营商的青睐.研究首先分析了窄带物联网的技术特点,并以运营商的视角,从无线网、核心网、物联网平台3个维度阐述窄带物联网技术的部署方案.然后列举了窄带物联网的几个典型应用场景.最后对物联网的发展前景进行了展望.

【期刊名称】《电信工程技术与标准化》

【年(卷),期】2018(031)001

【总页数】5页(P84-88)

【关键词】窄带物联网;网络部署;物联网应用

【作者】杨晓鸣;孙晓亮

【作者单位】湖南省邮电规划设计院有限公司,长沙 410001;湖南省邮电规划设计院有限公司,长沙 410001

【正文语种】中文

【中图分类】TN915

随着物联网技术的不断演进发展，全球信息科技发展正经历着从互联网、移动互联网到物联网的延伸。世界各国家都在加紧制定物联网发展战略，我国早在2010年《政府工作报告》中就将物联网提升到了战略高度。2017年1月，工信部发布

《物联网发展规划（2016-2020年）》，预计到2020年，物联网总体产业规模

将突破1.5万亿元，公众网络M2M连接数将突破17亿。在国家政策引领与市场空间的驱动下，运营商、软件开发商、设备厂商、系统集成商纷纷开始物联网生态布局，物联网产业呈现出百舸争流的繁荣景象。

与此同时，在大众消费市场日趋饱和、市场竞争不断加剧的影响下，运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。运营商需借助自身优势，抓住万物互联发展的新机遇，更好的发挥利用连接驱动增长的发展模式。由于窄带物联网技术可以让运营商容易在现有网络基础上平滑升级支持物联网，因此受到运营商的青睐，成为运营商抢占物联网市场的重要技术手段。

1 窄带物联网技术

NB-IoT（NarrowBand-IoT，窄带物联网），是3GPP为运营商定制的物联网解

决方案。NB-IoT主要聚焦于低速率、深度覆盖、低功耗、广覆盖、大连接的物联网业务，属于LPWAN技术（Low-Power Wide-Area Network，低功耗广域网）中的一种。

NB-IoT具有如下技术特点：

（1）覆盖广且深，低时延敏感：NB-IoT具有更高的功率谱密度，更多重传次数，比GPRS提升20 dB增益，有效提升覆盖广度和深度，同时可允许时延约10 ms。（2）低功耗，NB-IoT借助PSM（Power Saving Mode节电模式）和eDRX （Enhanced Discontinuous Reception延长的非连续接受）模式，延长睡眠周期，减少终端监听网络频度，实现更长待机。

（3）成本较低，采用简化的协议栈，降低基带处理复杂度，功率放大器尺寸小，可降低芯片模组成本。

（4）海量连接，采用窄带技术，提高信道容量；减少空口信令开销，提高频谱效率，提供50～100倍于移动蜂窝技术的接入数。

（5）安全稳定，继承4G网络安全能力，提供电信级的可靠接入。

2 运营商NB-IoT网络部署实现

NB-IoT网络由终端、无线基站、核心网、物联网通用平台和垂直行业应用平台几个部分组成如图1所示。

图1 NB-IoT网络整体架构

2.1 无线网络部署

2.1.1 NB-IoT部署模式分析

NB-IoT技术支持部署3种部署模式：独立部署（Stand-alone）、保护带部署（Guard-band）、带内部署（In-band）如图2所示。

图2 NB-IoT的部署模式

（1）独立部署（Stand-alone）：利用现网空闲频谱或新的频谱部署NB-IoT，

频宽200 kHz。适合GSM/CDMA频段重耕，腾出频谱资源用于NB-IoT网络。（2）保护带部署（Guard-band）：NB-IoT工作于LTE系统中边缘的保护带。（3）带内部署（In-band）：NB-IoT占用LTE载波的任意一个资源块，但逻辑

上仍是独立系统。

以中国电信为例，中国电信已完成800 MHz重耕，建设全覆盖的LTE 800 MHz

网络，并在网络上部署NB-IoT。其NB-IoT频谱部署方式分析如下：

（1）独立部署（Stand-alone）：从中国电信的频谱资源来看，在879.105～880 MHz之间有895 kHz的空闲频谱资源，可用于NB-IoT独立部署。NB-IoT

载波位于879.4～879.6 MHz，预留295 kHz作为与CDMA的邻频保护带，以避免与LTE的同频干扰。

（2）保护带部署（Guard-band）：对2G/3G频段进行重耕的初期，考虑部署5 MHz带宽的LTE，Guard-band两边只有250 kHz，不支持保护带部署NB-IoT。（3）带内部署（In-band）：可占用LTE带内一个RB的带宽部署NB-IoT。但此

种方式下，2个系统的频带相邻，存在频率干扰。为避免干扰，NB-IoT发射功率

应不超过LTE功率谱密度的6 dB，其覆盖将受限。

2.1.2 NB-IoT组网方式分析

NB-IoT通过Filter OFDM、更多重传次数等技术手段有效提升了无线覆盖能力，较GSM增强20 dB。一方面可用于减少NB-IoT基站数量，采用1：N的组网方式部署NB-IoT和LTE基站；另一方面可采用1：1的组网方式，利用其增益提升覆盖的深度。

采用1：N组网将牺牲物联网业务的可用性、容量和功耗，适用于浅层覆盖的业务，如智能路灯、智能停车类业务。对于要求深度覆盖的业务，如抄表类，则需要采用1：1组网。因此运营商需要根据业务特点及发展阶段，灵活选择组网部署方式。

目前中国电信采用独立部署方式在283频点之上部署NB-IoT，与800 MHz LTE

基站共享基带、射频、天馈资源，采用1：1组网方式。

图3 物联网核心网部署演进示意图

2.2 核心网部署

由于物联网用户与普通LTE用户差异较大，物联网应用具有海量连接、数据分组小、功耗敏感等特点，因此建议部署专用的物联网核心网，同时积极引入NFV。

运营商核心网的部署可分步骤演进。

2.2.1 初期阶段：现网升级

物联网接入数量尚处于起步阶段，业务类型较为单一。建议采用大区制建设物联网专用的HSS、 PGW网元。同时，各省网现有EPC核心网元MME、SGW进行软件升级并按需扩容，在容量、功能等方面保障物联网业务的发展。

2.2.2 中期阶段：虚拟专网

本阶段物联网业务大规模发展，核心网以满足海量连接的物联网接入为目标。逐步引入NFV技术构建虚拟物联网vEPC专网，推进“人网”、“物网”接入分离。