一文带你了解NB-IoT标准演进与产业发展

本文分享自华为云社区《一文带你了解NB-IoT标准演进与产业发展》，作者：万万万。

我们都知道，物联网的场景和手机、电脑在使用的传统互联网是不太一样的。那么，就无线通信场景而言，物联网有什么样的特点呢？首先，感知层的物联网设备在进行数据收发的时候，那些数据包是比较小的，并且收发的频率也是比较低的，有的时候每天只需要发送不到十个数据。其次，为了提高物联网设备的使用寿命，这些设备对能源的消耗是比较小的，所以这也要求设备在通信的时候功耗也是要比较低的。

总结起来，就是无源、小包、偶发的通信需求。基于这样的场景需求，就要求通信网络必须要是功耗低，覆盖广的，也就是LowPowerWideArea的场景。

在LPWA场景当中，当下最热门的一项技术莫过于NB-IoT通信技术。它被广泛使用于现如今的公共事业、城市管理当中，所以了解NB-IoT的技术细节以及解决方案对学习物联网就显得很重要了。

本文将带大家详细了解NB-IoT标准演进与产业发展。

NB-IoT技术标准最早是由华为和沃达丰主导提出来的，之后又吸引了高通和爱立信等一些厂家。从一开始的NB-M2M经过不断的演进和研究，在2015年的时候演进为NB-IoT，在2016的时候，NB-IoT的标准就正式被冻结了。当然，NB-IoT的标准依然在持续的演进当中，在17年的R14当中就新增了许多特性，到了R14版本，NB-IoT具有了更高的速率，同时也支持站点定位和多播业务了。在2020年7月9日最新召开的会议上，NB-IoT这项技术已经被正式接纳为5G的一部分了。

这一事件对于NB-IoT来说有一个什么样的好处呢？当NB-IoT这项技术被归为5G的标准之后，也就是说，即使是通过NB-IoT接入网络的物联网设备，最终也可以连接5G核心网，享受5G的边缘计算、网络切片等一些服务。所以，这一事件对于NB-IoT来说是非常非常重要的。但是由于现阶段的NB-IoT并不支持接入5G网络，所以该技术在后续仍需要经过不断的演化和技术的演进才能进入5G网络当中。

图1全球运营商LPWA技术选择分布

从上图可知，全球大多数的运营商在进行LPWA技术选择的时候都是先选择去部署一张NB-IoT的网络，之后再去部署一张eMTC的网络。其原因在于运营商都是倾向于先去部署一张他们本来没有的网络，因为之前没有像NB-IoT这样的网络去支持低功耗广域网的场景，并且也从来没有专门为了设备去设计一张网络供物联网终端设备来使用。

之前所使用的运营商网络其实都是给人来使用的，为了方便人们的通信，所拥有的语音通信以及越来越高的传输速率等等。但是NB-IoT不一样，这张网络速率是非常慢的，人类去使用的话体验肯定是非常差的，但是这张网络对于底层的设备来说是非常合适的。原因之一是因为覆盖范围非常广，另一个原因是能耗低，速率低等。至于eMTC这张网络，它的速率相对于NB-IoT是要高的，并且还支持语音通信，所以它与用户现在正在使用的2G网络是比较相近的。所以在2G网络退网之后，运营商就可以选择使用eMTC去代替2G网络来进行使用，这就是大部分运营商选择先部署NB-IoT网络再部署eMTC网络的原因。

对于运营商来说，除了有选择技术的问题之外，另一个就是频谱选择的问题，因为这是一个避不开的问题。如果要满足低功率广域网的场景的话，网络的频段要够低，因为它既要满足广覆盖，还要满足网络的穿透性。大部分感知层的物联网设备，像气表、水表等，它们是被放在厨房的柜子里的，相当于是被层层遮蔽的，如果网络穿透力不够的话是没有办法跟设备进行连接的。

图2全球运营商NB-IoT频谱选择

同时，频段越低穿透性越强，频段越高穿透性越弱。所以由图2可以看到，对于运营商来讲，他们相当于把最合适的一部分频段都拿出来了。所以大部分的运营商都是在700到900M这一部分也就是SubG频段来进行部署。当然，也有少数的部分像中国联通他有一部分是放在1800M。所以在上文中提到的，NB-IoT网络主要是部署在SubG频段的，而不是说全部都是在SubG频段原因就在于此。

另外，由于NB-IoT的网络是基于4GLTE的网络的。所以运营商会在4G的基站中选择一部分基站去做软件升级来作为NB-IoT的基站。但是中国联通不一样，因为中国联通的4G基站就是基于3G基站升级得到的。所以就相当于它可以直接使用3G1800MHz的基站升级得到NB-IoT的基站，所以联通经过基站平滑升级之后，就直接在1800M使用NB-IoT网络，节省了很大的成本。这也就是为什么中国联通可以在1800MHz部署NB-IoT网络。

除了网络技术，基站和频段之外，如果想要使用这个网络也得有支持设备与基站连接的芯片。所以华为早在R13就推出了Boudica120芯片，由于它推出的比较早，所以芯片的功能并不是特别强，只支持SubG频段，并且也不支持移动性这些在R14才演进的特性。所以基于R14的一些新特性，华为又推出了Boudica150芯片来满足新特性的使用。

图3NB-IoT产业生态

图3为NB-IoT技术的应用情况，其实NB-IoT所涉及的领域是比较多的。像水表、气表、路灯、智能停车等等应用当中都有涉及。

日后肯定会有解决办法，现在关于WiFi可能要消失的争论很多。在贵州数博会的时候，北京邮电大学教授吕廷杰说，未来5G将是4k、8k视频的基础，wifi已经是落后的技术，很难承载如此之大的带宽。

但在笔者看来，WiFi不会被淘汰，而是会不断演进、进化。早在2017年的时候，就曾经有人发文称，5G时代来临 WiFi或将退出历史舞台。

指出当前美国主要移动运营商均提供无限数据流量服务，消费者无需再开启WiFi网络来避免昂贵的流量费。这将可能促使WiFi退出历史舞台。

我们知道，国内对于5G的期待很大，运营商要提升业绩，也要发展物联网、云、大数据这些新业务，而这些业务跟5G时代契合度非常高，5G网络一旦正式商用，有望撬动物联网产业。

不久前工信部也正式颁发了5G商用牌照。中国移动、中国电信、中国联通以及中国广电都如愿获得了5G牌照。当前全球5G都进入了商用部署的关键期，而从我国5G商用时间表来看，5G商用时间表大致也在2020年。

在5G之中，上下行的覆盖距离是有比较大的差异的，在这种情况下，还引入了上下行解耦技术，4/5G共站址建设，在5G上行覆盖不足的区域，使用4G来满足上行的覆盖。

不过即使是这样，在移动和联通、电信的厘米波阶段，室外信号覆盖室内衰减也是比较大的，为了更好的满足室内覆盖性能的要求，大量的小基站会被引入到5G网络之中。

第二十八届中国国际广播电视信息网络展览会（CCBN2021）主论坛期间，中国广播电视网络有限公司董事长、中国广电网络股份有限公司董事长宋起柱，对5G进展做了说明。

他表示： 5G 700MHz已完成了设备选型和技术测试，正在按计划推进广电5G 700MHz的网络建设，也制定了两年内实现5G网络全覆盖的建设计划。

“技术优势决定企业竞争的优势，事关企业的生死存亡。”宋起柱表示，中国广电将顺应广播电视网、消费互联网和产业物联网融合发展的演进趋势，坚持以IP化、云化、智能化、融合化的发展方向，推动建设全互联、广连接，广电和通讯技术融合的新型的广电网络。

一方面，中国广电将通过共建共享，加速推进建设极简的5G网络。共建共享是广电补齐短板快速起步的优选方案，中国广电将深化与中国移动的共建共享战略合作，建设一张极简化的可覆盖全国的5G网络，尽快实现广电5G网络的全国覆盖。宋起柱称，目前中国广电已经与中国移动签署了“共建共享”协议，制定了两年内实现5G网络全覆盖的建设计划，并也完成了设备选型和技术测试，正在按计划推进广电5G 700MHz的网络建设，同时对边建设边运营的方案进行了细化和完善，将有序实施“192”号全国放号工作。

另一方面，中国广电将立足云网协同，加快推进有线网络升级改造。“无线不可能代替有线。”宋起柱认为，“行业常言道有线资源是无限的，无线资源却是有限的，固定融合是运营商的基础能力。”未来相当一段的时间里，中国广电将科学实施技术规划，持续打好网络基础，重点将实施国家干线网扩容升级，建好互联互通平台和IT化的骨干网，实现全国范围的业务承载和业务调动，并在各个时点与其他电信运营商对等互通。

中国广电还将在全国范围内科学规划，合理布局大中小型的数据中心，建成城镇化的CDN中心，夯实云网协同的基础支撑，将指导省管公司执行“双千兆”的行动计划，加快推动网络的光纤化、传输的IP化、终端的智能化升级改造，推进业务中台、数据中台、运营和支撑平台建设，构建技术统一、能力开放、安全有效的智慧中台和智能平台，也将推动有线无线卫星网络的协同发展，构建起互联互通，跨网、跨屏、跨终端的多功能国家数字文化传播网。

随着中国5G商用牌照的发放，中国的三大运营商已经开始自己的5G网络建设。按照目前的计划，在2019年三大运营商大概会建设约15万的5G基站。

不过5G基站的建设，也遇到了5G基站价格贵，耗电高，选址难的问题。相比4G基站建设，5G基站由于无线频谱更高，边缘速率要求更高，则需要建设更多的基站。

目前来看，5G基站选址难，入场难，部分业主、物业索要高额的入场费，建站协调费的问题，依然是未来5G建设需要解决的难点问题。

而且，5G由于对传输资源要求更高，则需要运营商对现在的城域网、骨干网进行大规模的改造工程，这在需要运营商投入大量的资金的同时，也加大了5G组网的工程难度。

5G基站由于性能更高，目前的耗电是要远高于4G基站的，按照目前的情况来看，5G基站的用电问题也将是运营商不得不面对的一个问题，这个或许需要政府给出相对5G更优惠的电价，如果按照现在的电价来说，运营商建设的起5G，也很难维护的起5G基站。

5G还需要引入更多的小基站来完成热点区域、室内区域的覆盖，这将使得运营商必须面对更多的选址问题，这部分的难度其实是更大的。

其实就现在联通和电信提出的全面建设5G无线接入网，也正是由于5G建设和维护需要的资金太多，建设难度太大。总而言之，目前预计是2020年5G可以有地市级以上的城区覆盖，而5G的全国覆盖，将会是一个长期的过程。

700MHz的“黄金频段”被广电牢牢抓住，但是却没有用于移动通信，700MHz具有传播损耗低、覆盖范围广、穿透能力强的特点，但是容量较小，可以广泛用于5G网络的物联网接入领域。

据有关消息称，广电将有可能成为第四大运营商，参与到5G网络的竞争。这个还是有可能的，从技术角度而言，700MHz“黄金频段”的优势在于覆盖能力，但是短板在于容量。从覆盖范围和建设成本来说，700MHz频段有很大优势。根据计算，使用700Mhz频段建一个全国5G网络只需要40万座基站，而三大运营商需要建600万座5G宏基站才行，可以说广电只需要对方一个零头就可以拉起一张全国范围的5G网络。

正式的5G牌照还没有颁发，根据传闻，广电已经获得了5G牌照的资格，分得了49GHz频段的50MHz频谱，并且将700Mhz的96MHz带宽用于5G网络建设。广电手里有一张好牌，广电是作为“参与者”还是“竞争者”参与5G网络建设，这个还需要时间的检验。目前，电信、联通、移动在全国各地广泛开展5G网络测试，很少听到广电在5G网络上的布局。

总之，700MHz这一黄金频段，一直处于闲置的状态，而700MHz频段具有覆盖范围广、建网成本低等优势，但是网络容量较小。在5G时代，700Mhz频段非常适合开展NB-LoT应用，如果实现全国一张统一的700Mhz NB-LoT网络，那么很大程度上降低物联网建设成本。

应邀回答本行业问题。
5G分为高频和低频部分，目前国内四大运营商使用的频谱都属于5G的低频部分。
3GPP定义了两类频率范围：
其中FR1(频率范围1)定义的就是5G使用的低频部分，也就是通常说的Sub-6G的频率。

而FR2定义的就是5G使用的高频部分，也就是通常被称为毫米波的频段。
其中，工信部分配给国内三大运营商的5G频段，移动的160M的26Ghz，100M的49Ghz，电信联通的100M 35Ghz，都是属于FR1,也就是5G的低频频段。而广电可能启用的700M频段也是属于FR1。
而FR2也就是5G的毫米波频段，中国暂时还没有启用。
也就是说，如果按照3GPP的分类来说，现在国内5G应用的频段，都是属于低频频段。
之所以这次三大运营商先被分配的是TDD频段，在低频之中相对的频谱较高，这是由于TDD支持eMBB(增强型移动宽带)决定的。
在5G之中有三大应用场景，分别是eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超高可靠低时延)和mMTC(海量机器类终端通信)。
我们国内目前三大运营商分配的都是支持eMBB(增强型移动宽带)的TDD频段，主要的原因是目前3GPP的5GNR制定的标准都是支持eMBB的，后续的URLLC和mMTC还没有完成。
eMBB(增强型移动宽带)要求的是高速率，而高速率需要的是大带宽支持，而且也需要Massive MIMO。

而这些频段是如何划分出来的呢？其实这些频段的划分，到底是TDD还是FDD有技术原因，也有非技术原因。
而Massive MIMO等于是把多个天线振子安装到同一面天线之中，比如现在我们说的64T64R的天线就需要把256个天线振子集成到一个天线之中，所以Massive MIMO天线也被称为大规模天线阵列。
而未来的毫米波的天线要求集成度更高。

非技术原因：

无线频谱是宝贵的，目前相对更低的频谱都被目前的2/3/4G使用，而且被分配给不同的运营商，这也使得相对更低的频谱，无法找到足够大的频谱带宽，也就无法划分给TDD使用了。
在5G之中未来也会启动目前2/3/4G使用的低频频率，这些FDD频段会被应用在URLLC以及mMTC场景中。
TDD可以有效的支持eMBB(增强型移动宽带)，但是5G里也有一些应用不需要很高的速度，这样的应用主要是一些物联网类的应用，以及一些用户的低带宽应用，这些应用则可以使用FDD频段。
总而言之，我们国内现在使用的5G频段其实都是属于3GPP划分的低频频段的，毫米波暂时还没有在国内应用。而未来5G低频频段里的更低频的频段，也不会浪费，未来也会被应用。

我不是5G专业研发人员，但是可以从一名普通IT从业者的角度理解这项技术。

速度快有几大原则：

1、误码率低；

2、抗干扰能力强；

这两项决定了传输的距离不能太远，从实际的实施来看，华为的5G基站覆盖范围在500米左右。也就是说，大概500米就要有一个基站。而传统的基站，笔者在过去的工作经验当中，一般以人口密集区为中心布设GSM基站。间隔几公里或者几十公里都有。整体上呈蜂窝状网络覆盖。

传输的距离短还有一个好处，就是可以在最短的时间内校验数据的正确性，不容易出错。间接提高了由于距离因素导致的抗干扰能力。

3、高频；

要提高传输速度，有两个选择：

（1）、单位数据包携带数据量大；

（2）、单位数据包数据正常，但是传输速率增加。

这就决定了5G必须要走高频传输的基调；

4、超高的路由交换能力：

如果单位传输能力在平均300M左右，那么以500米为半径，闹市区人口密度在1000人计算，则接入带宽在300X1000=300G左右。

这一项要求核心设备超级牛啊，这种级别是什么概概念，过去基本是省际出口了，My God,不算不知道。
这个低频是怎么定义的？按照5g自身的定义，是以6ghz划分高低频的，高于6ghz为高频，低于6ghz为低频。现阶段的主流产品是35ghz，按照5g自身的标准就属于低频了，不过还是比4g的18、19、26高一些。划给中移动的5g则是26ghz，和现网的d频段持平，但是需要频率重耕以获取更大的带宽。

5g本身速率要求在那里，tdd制式的带宽需求又大，而且频率越高mimo技术实现起来越容易，所以对5g来说，低频是比高频实现起来要麻烦一些，性能也要有损失。

不过有的人总把5g和毫米波划等号，张口闭口覆盖差那就是纯傻逼了，35g依然是厘米波的范畴，比lte频率高，但没高的很离谱，再有mimo的空间分集增益，覆盖能力和lte几乎不相上下的。

5G之所以用高频是因为随着移动通信的发展，频率资源几乎被用光了，各国政府和国际组织已经把所有“好”频率都分配完毕！现在，频率资源就像房子，可以用一个字形容，“贵”！对房子来说，第一是地段，第二还是地段，第三依然是地段。这种说法也是适用于无线频率资源的！北京房子从里往外一环一环向外扩，有一天，高频资源也用完了，就会向超高频进发了，只要有需求，新 科技 发展，自然能往前迈进！
根据3GPP 38101协议的规定，5G NR主要使用两段频率：FR1频段和FR2频段。FR1频段的频率范围是450MHz——6GHz，又叫sub 6GHz频段；FR2频段的频率范围是2425GHz——526GHz，人们通常叫它毫米波（mmWave）。

严格来说，毫米波（mmWave）只能指EHF频段，即频率范围是30GHz——300GHz的电磁波。因为30GHz电磁波的波长是10毫米，300GHz电磁波的波长是1毫米。2425GHz电磁波的波长是1237毫米，可以叫它毫米波，也可以叫它厘米波。毫米波只是个约定俗成的名称。
在很长一段 历史 时期，毫米波段属于蛮荒之地。为什么呢？原因很简单，因为几乎没有电子元件或设备能够发送或者接收毫米波。为什么没有电子设备发送或者接收毫米波？有两个原因。

第一个原因是，毫米波不实用。虽然毫米波能提供更大的带宽，更高的数据速率，但是以前的移动应用不需要这么大的带宽和这么高的数据速率，毫米波没有市场需求。而且毫米波还有一些明显的限制，比如传播损耗太大，覆盖范围太小等等。

第二个原因是，毫米波太贵。生产能工作于毫米波频段的亚微米尺寸的集成电路元件一直是一大挑战。克服传播损耗、提高覆盖范围也意味着大把的金钱投入。

但是，近十几年以来，一切都改变了。 毫米波就像美洲新大陆，给移动用户和移动运营商提供了“无穷无尽”的频率资源。

需求总是创新的最大动力。生产出价廉物美的毫米波频段集成电路元件的技术难题迅速被攻克。通过使用SiGe、GaAs、InP、GaN等新材料，以及新的生产工艺，工作于毫米波段的芯片上已经集成了小至几十甚至几纳米的晶体管，大大降低了成本。

电信物联网卡是根据流量进行资费标准的，其资费标准方法根据其连接互联网技术方法的不一样，大约可以分为三类：2G/3G/4G方法的一般电信物联网卡，运用手机相近的收费标准。按语音视频、短信、流量等收费标准；NB-IoT电信物联网卡，采用连接数收费标准。即每一yhk账号包年收费标准。目前电信网已公布按年、10年等方法的收费标准。每一年花销为20元。预计未来会有更灵活的收费标准方式 ；e-mtc电信物联网卡，因仍未投放市场，没有具体的收费标准标准。
电信物联网卡申办注意事项
电信物联网卡申办建议是跟物联网公司合作，因电信物联网卡都是企业大批申办的，公司会提供物联网流量池的方法，让所有的电信物联网卡依据流量池统一分配管理方案，这样的话就可以很好的控制电信物联网卡的流量消耗，控制成本。
公司挑选哪些电信物联网卡类型最合适？
目前电信物联网卡类型主要分为4种，包括：
1 一般电信物联网卡：包括标准卡MINI SIM、小信Micro SIM、微卡MANO SIM三种规格型号，此类卡的集成化ic一样，塑料规格型号不一样，以考虑到不一样的插槽务必；
2 插式MP卡：规格型号与普通卡一样，但是采用工业用原材料，可以耐高温、耐腐蚀等特点。
3 焊接式MS卡：又称贴片式卡，广泛规格型号为5mm6mm，务必焊结在主板接口等摸组上。由于采用焊接工艺，建筑抗震等级指标醉好，能确保传送数据的稳定；
4 e-sim卡：此卡摸组固话在硬件环境上，可以半空中写卡（wifi网络方式 更改手机号）。相近iPhone的e-sim方法。此方法会导致运营商政治化，并不受运营商欢迎。
中创物联网认为不一样电信物联网卡用途不一样，务必根据企业需要申办合适的电信物联网卡。

现在好了，有了广电的5G牌照，狗大户国家电网有钱有电，就差一个牌照，700MHz的黄金牌照覆盖资源，全国只要40多万个基站就能把全国覆盖一次，12万基站就能把国家电网所有的电线电力资源业务给覆盖一次，这是移动联通电信所不敢想的。
700MHz做广覆盖，49GHz功能类似于GSM中的1800M或LTE当中的D频段，说不定以后再搞一个CA载波聚合技术发展，也不一定，但是，60M带宽，狗大户国家电网绝对笑开了花，我收铁塔公司的电费，然后用这个电费和广电建5G基站，能建的地方我搞铁塔，不能建的跟铁塔共建共用，共建共用的租金直接用电费来抵扣，你铁塔不是想发展什么小区充电宝二次租赁吗，铁塔行业拓展部的想法太low，你基站的电充到充电宝里再卖给小区电动车？你一个二道贩子跟狗大户国家电网比什么？人家的小区10kV居配项目都是政府拨款，懂？
你永远不知道互联网时代的玩法是什么，中国广电的5G网络将是“汇集广播电视现代通信和物联网服务的一个高起点高技术的5G网络，当然前提是要有电费的优惠和狗大户国家电网的资金支持等，你铁塔公司一断电断站，代维就屁颠的拖着柴油机去发电，人家铁塔公司的基站双电表，双开关电源，这种奢华的配置，铁塔公司应该是想都不敢想。杆塔的土建标准，也不是铁塔公司快装站所能比的。

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