借着华为对NB-IoT做个介绍
“2019年7月,基于对技术、市场与产业规律的充分评估,信通院联合三大运营商及国内厂家向ITU提交5G候选技术提案,NB-IoT技术被正式纳入5G候选技术集合,作为5G的组成部分与NR联合提交至ITU-R【ITU-Radiocommunicationssector--国际电信联盟无线电通信组。它是国际电信联盟管理下的专门制定无线电通信相关国际标准的组织。】。”
根据数据显示, 截至到2019年7月, 三大运营商累计部署超过90万个NB-IoT基站,NB-IoT设备连接量近7千万,其中气表、水表两大行业设备连接量分别突破千万,烟感、电动车、监控设备等连接量达数百万,路灯、停车、门锁等新兴百万级应用不断涌现。
解释几个名词:
1.NB-IoT
基站定位,包括ECID和OTDOA,注意不包括UTDOA
SC-PTM多播升级
速率增强,引入category NB2,上下行速率将分别达到125/140kbps
更低的端到端时延
移动性增强,主要是基站侧,对于终端侧来说仍然不支持小区重选和切换
支持更低的发射功率等级-14dBm
2.eMTC
基站定位,包括ECID和OTDOA,注意不包括UTDOA
SC-PTM多播升级
支持5MHz和20MHz带宽
速率进一步增强。5MHz带宽下,上下行速率将达到3/4Mbps;20MHz带宽下,上下行速率将达到7/27Mbps
VoLTE覆盖增强(+5dBm)
华为NB-IoT产品体系布局:芯片、网络设备、云平台
2015年NB-IoT首次被提出,6月,3GPP正式启动NB-IoT标准工作立项。
3GPP即第三代合作计划,是权威的3G技术规范机构,它是由欧洲的ETSI,日本的ARIB和电信技术委员会(Telecommunication
Technology Committee,TTC),韩国的电信技术协会(Telecommunication Technical> Assembly,TrA)及美国的T1电信标准委员会在1998年底发起成立的,旨在研究制定并推广基于演进的GSM核心网络的3G标准,即WCDMA、TD.SCDMA和EDGE等。CWTS于1999年加入3GPP
当时的NB-IoT还是一项新鲜技术,更多人在考虑的是:NB-IoT是一张怎样的网,与WiFi、蓝牙,以及2G、3G、4G网络在传输方式、实际应用中有何不同。
“自2015年首次提出后,NB-IoT经历了2016年的标准冻结,2017年的解决方案就绪,2018年的生态成熟几个阶段后,如今已经进入规模商用阶段,全球已有NB-IoT商用网络89张,模组型号180多款,业务连接近7000万。”华为无线产品线副总裁曹明介绍称。
作为NB-IoT标准制定参与者和强力推动者,“华为是业界唯一一家提供(NB-IoT)从芯片、网络设备到物联网云平台的NB-IoT端到端解决方案供应商。”
对此,曹明从芯片、网络设备、物联网平台三方面对华为这三年在NB-IoT上做的工作进行了梳理:
芯片方面
2016年9月,华为推出第一款NB-IoT芯片Boudica 120,这时距离3GPP标准发布仅3个月。当然,这款芯片实际量产其实是在2017年。
2018年,华为推出Boudica 150芯片,相较上一代产品,Boudica 150支持R14协议,支持多频段,性能逼近GPRS,有效拓展了NB-IoT的应用领域。
今年4月的CITE2019上,华为对外公布了NB-IoT芯片Boudica 120和Boudica 150发货总量已经突破2000万,与此同时也公布了下一代NB-IoT芯片计划:
“2020年,华为将推出Boudica 200芯片,该芯片支持3GPP R14/R15协议,具有更高的集成度、安全性和开放性,典型场景下功耗可降低40%以上,Boudica 200的应用将进一步提升NB-IoT终端的连接性能。”
网络方面
随着协议的演进,R14上行速率达到150Kbps,超过GPRS物联技术;R15/R16的时延和功耗进一步减少近半,覆盖距离达120公里。华为在芯片上的迭代的一个重要能力提升也正是支持先进网络协议。
云平台方面
基于华为OceanConnect物联网云平台,华为的智慧城市、车联网、智慧园区等行业全栈云服务具备亿级连接、百万级并发能力,适配包含NB-IoT、5G在内的多网络、多协议、多行业接口,目前已聚合了50+行业、3000+合作伙伴的产业生态。
不难看出,华为在物联网、NB-IoT上的布局同样是云、网(管)、端全系覆盖。这其中,如果说有什么是今年备受关注的,那一定是AIoT芯片了。
对于NB-IoT发展而言,芯片同样影响巨大。
NB-IoT芯片:从200元到20元,利润、业务、行业成熟
2017年,华为的NB-IoT芯片的单片价格最初在110-200元;达到百万出货量后,芯片价格降到70元;达到千万出货量后,芯片价格下降到35元;现在的价格已经低到20元左右。
在NB-IoT芯片上,华为的业务逻辑类似销量“翻倍”,售价“减半”。
这样的逻辑为华为在NB-IoT芯片业务上带来了阶跃式的发展,华为中国区IoT业务部部长张海用三千万为单位统计了华为在NB-IoT芯片上的业务发展:
自2018年1月起,华为NB-IoT芯片出货第一个三千万用了12个月,第二个三千万用了8个月,下一个三千万,华为也将达成NB-IoT芯片出货量1亿的“小目标”。
如何推动NB-IoT快速走向成熟?
芯片价格从200元降到20元,出货量在2020年将达到1亿。
此外,据华为官方透露,2020年将发布的Boudica 200将支持10亿级NB-IoT连接,支持3GPP R14/R15标准,BoM数量降低到40%以下,典型场景功耗降低40%,预集成将支持第三方IoT平台。
解释下3GPP R14/R15:
先说阶段, 一般来说定制标准都分为三个阶段
Stage1: 业务需求定义。
Stage2: 总体技术实现方案。
Stage3: 实现该业务在各接口定义的具体协议规范。
然后就是标准冻结。
看看他的演进
现在基本是在R14【已经标准冻结】 R15【5G的一些增强】R16,这些已经在规划和改进中进行
从R14开始变化就有些大了
引用文字
先说地发射功率终端,R13版本中UE最大功率是23dBm, 在R14中引入了一个新的低功率级别的UE,为14dBm, 降低终端成本, 增加待机时间, 对最大路径损耗MCL=164-(23-14)=155dB, 并对相关参数做了修改, 增加重复次数和功率偏置
覆盖增强授权功能,NB-IoT支持3个覆盖等级, ,分别为CEL0:MCL=144;CEL1:MCL=154;CEL2:MCL=164。其中CEL0是正常覆盖级别,CEL1和CEL2是曾强覆盖级别,主要通过上行满功率发射以及多次重复来实现覆盖增强
非锚点载波增强, R13版本承载NPSS/NSSS、NPBCH、SIB、SI和Paging等信道频点被称为anchor carrier,其他载波则被称为non-anchor carrier。UE在IDLE模式驻留于anchor carrier,通过RRC连接建立消息(CarrierConfigDedicated- NB).重配置到non-anchor carrier。如果没有进行载波重配,则UE默认驻留于anchor carrier。PRACH信道只能配置在anchor carrier上
新UE类别:Caregory类别NB2的终端, R14版本引入Category类别NB2的终端,Category NB2的UE上下行最大支持2536bit的TBS,对Category NB2的UE,支持2个HARQ进程,通过UE能力中的twoHARQ-Processes-r14字段指示,新的NB2终端,其峰值速率将提升到79.2kbit/s,在无线网络良好的情况下,可支持较大的数据分组传输。
支持CP模式下的RRC重建(实现业务态切换),在CP模式、AS层安全性未激活情况下,支持RRC connectionreestablishment,恢复SRB1bis和数据传输。SystemInformationBlockType2-NB通过cp-reestablishment字段指示小区是否允许重建,当发生无线链路失败时,UE请求RRC connection reestablishment。 当eNB收到CP模式下RRC connection reestablishment Request后,在S1接口上把UE相关信息(s-TMSI UL-NAS-MAC UL-NAS-Count等)发送给MME。MME校验UL-MAC信息, 如果通过则生成DL-NAS-MAC,下发给基站。由基站下发RRC connection reestablishment,包括dl-NAS-MAC。UE收到RRC connection reestablishment消息后,会校验dl-NAS-MAC。如果校验失败,则认为恢复失败,离开RRC连接状态,如果校验成功,UE使用配置的专用无线资源,UE恢复SRB1Bis
精准定位, NB-IoT R14版本支持多种精确定位方式,其定位的实现沿用E-UTRAN的定位架构和协议。支持的定位方式有两种,如图3所示。 一是E-CID定位,E-CID定位方法是根据UE所在eNB的地理位置,以及无线资源的相关测量,得到UE位置的估计。此类定位不需要终端支持但精度不高,一般误差可能达到数百米。 二是OTDOA定位,需要UE和eNB支持PRS,基站使用新的专用定位参考信号 NB-IoT NPRS,UE通过测量3个及以上的 基站位置来精确定位,也即三角定位。
支持多拨业务(MBMS),NB-IoT R14版本引入了MBMS,可用于终端软件更新、下行广播数据等。NB-IoT R14版本仅支持IDLE态的UE接收广播业务,处于连接态的UE不能接收广播业务。NB-IoT R14使用单小区SC-PTM方式发送广播业务,不支持MBSFN。
2019年7月17日,在ITU-R WP5D#32会议上,NB-IoT作为IMT-2020(5G)候选技术方案进行提交并获得了ITU关于5G候选技术方案的正式接收确认函。
这意味着,未来NB-IoT将作为5G mMTC一部分继续演进,在此之前NB-IoT经历了2016年制定的R13标准中的Cat-NB1、2017年制定的R14标准中的Cat-NB1、2018年R15的优化增强,2020年将会进一步在R16标准中实现跨制式漫游。
张海特别提到,“我们在和知名芯片厂商沟通过程时,他们特别希望R16阶段可以把NB-IoT的带宽做到300K,这样就可以用NB-IoT芯片替代语音方案中的原有的WiFi芯片,所有智能家居中的WiFi芯片全部可以用NB-IOT进行替代。”
NB-IoT芯片最初更多应用在水表、气表领域,随着标准演进、芯片性能提升,NB-IoT芯片逐渐应用到各行各业,应用场景扩展到电动车、白电、智慧家庭、智慧物流消费电子等各领域。其中,千万级应用场景包括燃气、水表电动车跟踪、智慧消防4大场景,百万级应用场景包括智慧路灯、智慧停车、智慧家电、智能门锁等10个场景,十万级商用场景包括宠物跟踪、资产跟踪、智能井盖等40个场景。
值得注意的是,NB-IoT作为5G技术的一部分,华为在垂直行业中也已经开始探索应用。张海就此介绍了华为NB-IoT方案在工业中的落地应用:
“我们在江西的一家化工厂想联合就5G进行创新应用,当时5G模组还没有量产,所以我们提供了NB-IoT方案的手环给客户。化工厂对于工人的精神状态、有没有泄露非常警惕,所以他们先为工人配备了手环,然后关键是加上了云技术的应用,加入了合作伙伴的具体能力应用。”
随着工业工业互联网的走火,工业、制造业备受关注,不仅仅是5G,大数据、云计算、人工智能等新兴技术也开始在制造业中寻求落地。2019年,也正是这些技术,正是AIoT在制造业落地的关键一年。