2016年6月16日, NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网)作为3GPP R13一项重要课题,其对应的3GPP协议相关内容获得了RAN全会批准,正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准核心协议历经2年多的研究终于经全部完成。

NB-IoT 标准起源

物联网可以应用在生产和生活的方方面面,其业务对网络传输速率的需求也有差别。高速率业务主要使用3G、4G技术,如监控摄像头等;中等速率业务主要使用GPRS技术,如POS机等。低速率业务目前还没有很好的蜂窝技术来满足,很多情况下只能使用GPRS技术勉力支撑。随着物联网的发展,低速率业务渐渐成为蜂窝物联网未来主要的市场发展方向,业界将这一市场归纳为LPWAN(Low Power Wide Area Network)市场,即低功耗广域网。由于GPRS技术存在终端功耗高、覆盖能力不足等问题,无法应对LPWAN市场需求。因此运营商希望有一个新的蜂窝物联网技术来满足LPWAN市场需求。

基于对蜂窝物联网这一趋势和需求的敏锐洞察,2013年初,华为与业内有共识的运营商、设备厂商、芯片厂商一起开展了广泛而深入的需求和技术研讨,并迅速达成了推动窄带蜂窝物联网产业发展的共识,NB-IoT研究正式开始。当时,大家为这个窄带蜂窝物联网起名叫LTE-M,全称为LTE for Machine to Machine,名字蕴含的期望是基于LTE产生一种革命性的新空口技术,该技术既能做到终端低成本低功耗,又能够和LTE网络共同部署。

LTE-M确定了窄带蜂窝物联网的关键目标:覆盖率需要达到99.9%,链路预算至少比GSM高20dB以上;终端功耗越低越好;终端的模组成本希望低于5美金。

NB-IoT标准制定历程

一项技术要成为3GPP标准,首先需要立项成为SI(Study Item),研究分析后产生TR(Technical Report),经过3GPP组织评议后可以转成WI(Work Item),然后由各个工作项目组输出TS(Technical Specification)。因为需要巨大的研究资源投入,所以整个过程一般由一家或几家行业领导企业牵头,反映在组织形式上一般是贡献最大的企业会作为报告人。本次NB-IoT的4个报告人依次为沃达丰、华为、爱立信、高通。

从LTE-M到CIoT

在LTE-M的技术方案选择上,当时主要有两种思路:一种是基于现有GSM演进思路;另一种是华为提出的新空口思路,当时名称为NB-M2M。

在2014年5月份,由沃达丰,中国移动,Orange,Telecom Italy,华为,诺基亚等公司支持的SI “Cellular System Support for UltraLow Complexity and Low Throughput Internet of Things” 在3GPP GERAN工作组立项,这两种思路都被包含在内,LTE-M的名字演变为Cellular IoT,简称CIoT。由于绝大多数运营商更加关心新空口方案,因此,在相当长的一段时间内,NB-M2M成为了运营商热议的一个话题。

从NB-M2M到NB-CIoT

随着工作的进展,在GERAN进行标准化研究的CIoT得到了越来越多的运营商、厂商的关注,已经冷清的GERAN逐渐又热闹了起来。一些原来已不参加GERAN会议的运营商、设备商、芯片厂商重新回到了GERAN,关注CIoT课题。

2015年4月底的PCG(Project Coordination Group)会议上做了一件重要的决定:CIoT在GERAN做完SI之后,WI阶段要到RAN立项并完成相关协议。这说明了CIoT课题受到全球运营商的广泛关注,因此PCG决议将CIoT这棵树苗从GERAN拔到了RAN,再进一步栽培长大。

RAN参与公司众多,为了尽快取得标准进展,融合和协作就是最有效的做法,这也是共同推动一个产业的必经之路。2015年5月,华为和高通在共识的基础上,共同宣布了一种融合的解决方案,即上行采用FDMA多址方式,下行采用OFDM多址方式,融合之后的方案名字叫做NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)。

从NB-CIoT到NB-IoT

随着市场逐渐清晰,蜂窝物联网标准、产业的动作不断加速。华为和高通技术方案的融合,进一步震动了业界。对于蜂窝物联网这一未来具有巨大空间的市场方向,谁也不愿意做落后者。在华为和高通宣布了技术方案融合之后,更多的公司参与进来,跟踪NB-CIoT SI标准进展。

与此同时,其它厂商受到市场需求的牵引,也加快了在窄带领域的研发节奏。经过一段时间的酝酿,爱立信联合几家公司,在GERAN SI阶段最后一次会议,即GERAN 2015年8月10日的会议上,提出了NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念。在2015年9月份的RAN#69次会议上,经过激烈讨论,各方最终达成了一致,NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT WID。NB-CIoT演进到了NB-IoT(Narrow Band IoT)。

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NB-IoT标准在中国

众多行业分析机构的研究都认为中国将成为全球最大的物联网市场。与3GPP标准化节奏保持同步,国内也开始了NB-IoT相关标准的制定工作。在2015年11月份的中国通信标准化协会CCSATC5 WG9#74次会议上,通过了《面向物联网的蜂窝窄带无线接入总体技术要求》的立项,标志着国内NB-IoT标准化工作正式启动。在2016年6月初CCSA TC5 WG9#77次会议上通过了NB-IoT系列行标(包含核心网,接入网和终端)的立项工作。

NB-IoT系列行标计划发布时间为2016年年底。这标志着在中国,NB-IoT已经具备了在2017年年初规模商用的基本条件,预计2017年将是中国NB-IoT规模商用的元年。会议同时对eMTC行标进行了立项,时间上比NB-IoT行标晚半年,预计2017年初开始讨论,2017年6月份发布。

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