浅谈华为nb iot芯片及解决方案

　　国际标准组织3GPP计划在今年6月冻结并发布基于蜂窝网络的窄带物联网技术标准NB-IoT。在标准公布后，作为主导方的华为海思将于今年9月底火速推出NB-IoT商用芯片，这将会是业内第一款正式商用的NB-IoT芯片，而且其芯片价格向短距离通信芯片价格靠近。万物互联的实现又添一大利器，物联网普及脚步加速。

　　NB-IoT可以说是一种革新性技术。它支持海量连接、有深度覆盖能力、功耗低，这些与生俱来的优势让它非常适合于传感、计量、监控等物联网应用，适用于智能抄表、智能停车、车辆跟踪、物流监控、智慧农林牧渔业以及智能穿戴、智慧家庭、智慧社区等等领域。这些领域对广覆盖、低功耗、低成本的需求非常明确，目前广泛商用的2G/3G/4G及其他无线技术都无法满足这些挑战。

　　许多人拿它与Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等无线技术相提并论，不过Wi-Fi、蓝牙、Zigbee面向短距离互联应用，而NB-IoT是长距离广域的通信技术，两者之间不在一个层级上，没有可比性。物联网的世界不可能一个标准打天下，短距离与长距离多种通信技术共存是最合理和最能解决问题的手段，而NB-IoT正是长距离物联技术之中的佼佼者。

　　华为海思NB-IoT优势：

　　NB-IoT优势一：海量连接

　　NB-IoT比2G/3G/4G有50~100倍的上行容量提升，这也就意味着，在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50~100倍的接入数。举个简单的例子，某小区网络由一个基站覆盖，使用原有无线网络只能支持每个家庭中5个终端接入，可能4个手机、1个平板电脑就占满了，那么以后各种智能家电以及许许多多传感设备需要联网时就难以接入了。而NB-IoT至少提供50倍接入数量即250个终端接入，足以满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

　　优势二：深度覆盖

　　NB-IoT比LTE提升20dB增益，相当于发射功率提升了100倍，即覆盖能力提升了100倍，就算在地下车库、地下室、地下管道等信号难以到达的地方也能覆盖到。利用这一优势，沃达丰的NB-IoT实验局正在开展地下车库指示的项目。传统地下车库内导航定位系统网络构建需要WiFi、蓝牙等局域无线技术的支持，这个导航指示网络也只限于本停车场使用。如果使用深度覆盖的NB-IoT网络，只需外挂定位模块即可，而且可以构建跨区域的停车指示和导航。

　　优势三：超低功耗

　　低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。在电池技术无法取得突破的前提下只能通过降低设备功耗以延长电池供电时间。

　　通信设备消耗的能量往往与数据量或速率相关，即单位时间内发出数据包的大小决定了功耗的大小。数据量小，设备的调制解调器和功放就可以调到非常小的水平。NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小。另外，为了进一步降低功耗，延长电池使用时间，NB-IoT引入了超长DRX（非连续接收）省电技术和PSM省电态模式。NB-IoT可以让设备时时在线，但是通过减少不必要的信令和在PSM状态时不接受寻呼信息来达到省电目的。这样可以保障电池5年以上的使用寿命。

　　优势四：低成本

　　低速率低功耗低带宽带来的是低成本优势。速率低就不需要大缓存，所以可以缓存小、DSP配置低;低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现;因为低带宽，就不要复杂的均衡算法……这些因素使得NB-IoT芯片可以做得很小。芯片成本往往和芯片尺寸相关，尺寸越小，成本越低，模块的成本也随之变低。

　　据悉海思推出的NB-IoT芯片在硬币大小的尺寸内集成了BB和AP、Flash和电池管理，并预留传感器集成功能。其中AP包含三个ARM-M0内核，每个M0内核分别负责应用、安全、通信功能，这样在方便进行功能管理的同时降低成本和功耗，后续推出的芯片还将会集成Soft SIM，进一步降低成本。

　　优势五：稳定可靠

　　NB-IoT直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，即可与现有网络基站复用以降低部署成本、实现平滑升级，但是使用单独的180KHz频段，不占用现有网络的语音和数据带宽，保证传统业务和未来物联网业务可同时稳定、可靠的进行。以智能抄表应用为例，与采用有线PLC抄表数据回收成功率在60%左右相比，NB-IoT可以保证数据成功回收率达99%，可靠性大幅提高。

　　华为NB-IOT芯片解决方案

　　针对物联网的系统架构，华为提出“1+2+1”物联网解决方案。1个开源物联网操作系统Huawei LiteOS，这是一款适用物联网智能终端运行的操作系统，具有对硬件资源要求低、低功耗（节能）、安全及能灵活应用的特点；2种连接方式，包括有线和无线连接，如敏捷物联网络（物联网关、控制器）、智慧家庭网关和eLTE/NB-IOT/5G等方式；1个统一开放的联接管理平台，包含数据管理、设备管理和运营管理。

　　引领窄带无线物联网络发展

　　物联网有一类需求：连接数多，但数据量小，功耗要求低（电池寿命延长至10年），灵敏度要求高（高于LTE标准20dB）的业务，如智能抄表，智能停车，智能环境监控，智能路灯，手环，物流监控等等。目前4G网络无法支持，因此华为提出NB-IOT解决方案去满足这类需求。在全球移动宽带论坛上，华为首次发布了NB-IOT端到端解决方案，引领全球窄带无线物联网络发展。同时，联合14家行业领军企业和机构成立NB-IOT联盟，共同推进产业链发展壮大。

　　

　　为了应对物联网，NB-IOT对现有网络进行几个方面的优化：

　　超强覆盖

　　NB-IOT专门为物联网特别是LPWA连接进行设计，通过TTI Bundling和超窄带宽，相比GSM有20dB+增益，意味着更少站点可以覆盖更广区域和强穿透性，可穿透楼层到达地下室，这将使隐蔽位置的设备如水电表，以及要求广覆盖的宠物跟踪等业务得到应用。

　　超低成本

　　华为提供Single RAN解决方案，支持在现有网络设备上升级改造，从而降低网络建设和维护成本。NB-IOT的芯片是专门为物联网设备设计的，只针对窄带、低速率、并针对物联网需求只支持单天线、半双工方式，另外简化了信令处理，大幅降低终端芯片价格到几美金。

　　超低功耗

　　针对小包、偶发的物联网应用场景，NB-IOT设计独特的DRX特性，终端在发送数据包后，立刻进入一种休眠状态，不在进行任何通信活动，等到它有上报数据的请求的时刻，它会唤醒它自己，随后发送数据，然后又进入睡眠状态。按照物联网终端的行为习惯，将会达到99%的时间在休眠状态，使得功耗会非常低，实现了设备超低功耗，两节5号电池的电量可以使用10年以上。