华为云学院-人人学loT学习笔记- 第三章 窄带无线，宽带互联
3.1 NB-loT
课程大纲
3.1 NB-loT
低功耗广域网技术(LPWA)包括：Halow,SigFox,NB-IoT,RPMA,LoRa
其中以NB-IoT最为人关注。其研究及标准化工作是3GPP标准组织进行的。
目前全球多数运营商选择NB-IoT作为蜂窝物联网演进的第一步。
1，NB-IoT网络总架构
NB-IoT终端：感知层；负责数据信息的采集处理；通过通信模组无线连接，发送数据。
eNodeB基站(EPC核心网MME,HSS,PGW,SGW)：网络层；负责数据信息的接入，传输和转发。(eNodeB基站是低成本站点解决方案，支持更大容量的连接，通过原有的2G或4G基站上通过软件或通过基带板进行升级，并且相比之前支持更大容量的连接)
2，NB-IoT核心网包括四个核心网源。这四个网源也是LTE的网源。
MME(Mobility Management Entity)移动性管理实体。是LTE接入网络的控制节点。负责空闲模式终端设备的定位。传呼过程包括中继，简单讲MME是负责信令处理部分。
HSS(Home Subscriber Server)归属用户服务器，用户归属网络中存储用户信息的核心数据库，主要用于在归属网络中保存用户的签约信息。
SGW(Service Gateway)服务网关,负责和无线建立连接，把用户的数据包转发至PGW.
PGW,PDN(Packet Data Network)Gateway,PDN网关，是3GPP与non-3GPP数据间的用户面数据链路的锚点。主要负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由，策略执行，计费等功能。
NB-IoT的核心网承载了终端的安全接入，连接管理，流量调度，网络鉴权，流量计费等功能。
物联网平台属于平台层，主要负责：数据存储和管理；应用层协议栈的适配，终端设备管理；API能力开发，大数据分析。
第三方应用属于应用层，主要负责数据呈现与用户界面的交互。比如APP软件，WEB界面。
3.2 NB-IoT中的Niubility技术
1，NB-IoT最底层是物理层，系统宽带为180KHZ,上行技术是SC-FDMA(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access 单载波频分多址)(子载波连续的调制解调技术，LTE上行链路的主流技术)
通常上行传输有单载波与多载波两种传输技术。单载波（Single-tone)表示终端设备上行数据传输仅占用一个子载波。多载波(Multi-tone)表示可以占用多个子载波进行上行数据传输。在相同功率的前提下，单载波拥有更高的功率谱密度增益。
NB-IoT上行支持单载波和多载波传输，单载波作为终端设备的必备功能，而多载波为可选功能。
NB-IoT下行技术采用OFDMA,OFDMA是OFDM技术的演进。是OFDM和FDMA技术结合。OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access正交频分多址)。NB-IoT利用OFDMA将180KHZ带宽分成12个子载波，每个子载波15KHZ.
对比LTE，实现更简单，且精简了不必要的物理信道。
2，NB-IoT上行有两种物理信道，一种参考信号。下行有三种物理信道，两种参考信号。
措施：降低目标速率，多次传输，采用低阶调制方式。
目的：增加覆盖，降低成本，降低功耗。
3，NB-IoT支持三种部署方式：
独立部署(Stand-alone)
可以利用单独的频带，适合用于GSM的频段的重耕。
保护带部署(Guard-band)
可以利用LTE系统中边缘无用频带。
带内部署(Inband)
可以利用LTE载波中间的任何资源模块。
4，四大关键特性：
超低成本
基于华为的SingleRAN解决方案，支持在现有网络上进行升级改造，从而降低网络建设和维护成本。且NB-IoT芯片是专为互联网设备设计，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。简化信令处理，降低芯片价格。
超低功耗
物联网与手机信号不同，其只会上行发送数据包，且由自身决定是否发送。不需其他终端的呼叫。小包，偶发的物联网应用场景，NB-IoT设计两种独特的省电模式PSM(Power Save Model)与eDRX(Extend Discontinuous Reception扩展非连续接收).其中PSM最为省电。对应的还有DRX(非连续接收)，周期为1.28s.eDRX周期最大至2.92h.相比PSM，增加了下行可达性。
NB-IoT可分别独立使用两种省电模式。PSM应用于智能抄表。eDRX应用于共享单车，物流跟踪。
也可同时使用。当PSM激活期>eDRX周期时终端设备可以进入eDRX周期，降低功率。
超强覆盖
通过时域重传技术(即重复发送)和提升功率谱密度比GSM多增加20dB MCL(最大耦合损耗)
LTE MCL=142.7
GSM MCL=144
NB-IoT MCL=164
NB-IoT是GSM三倍覆盖距离，比后者多穿透两堵墙。
MCL(Max Coupling Loss）最大耦合损耗可以衡量覆盖范围，数值越大覆盖范围越大。
功率谱密度提升：15KHZ子载波数据传输相比180KHZ带宽传输，可以提升11dB增益。引入重复发送的编码方式，通过重复发送，提升信道条件恶劣时的传输可靠性。提升9dB的下行增益和12dB的上行增益。
超大连接
更少站点可以覆盖更广区域和具备更强穿透性。可穿透楼层到地下室。将隐蔽位置的设备入水表以及要求广覆盖的宠物跟踪等业务得到应用。
物联网话务模型特点：终端多，发送的包小，时延要求不敏感。
给予其特点，可以设计更多的用户接入，保存更多的用户上下文。可以让100K的终端同时在一个小区。
5，关键技术
上行业务调度单元较小，资源利用率更高。
PSM/eDRX降低设备对基站的资源使用。
减小空口信令开销。
基站，核心网优化。
3.3 excellent技术
目前工业物联网主流趋势是自建工业物联网专网，实现园区产业升级。
eLTE-IoT解决方案是华为专为行业物联市场开发的基于3GPP标准的窄带无线物联解决方案。
eLTE-IoT:1GHz以下的非授权ISM频谱；灵活易部署的轻量化设备；支持标准物联网协议与企业现有应用平台进行对接。
目标市场为企业自建窄带物联应用市场，还可以应用在制造，电力，水务，智慧城市等。
特性：基于ISM频谱可靠连接；大容量海量物联；最长10年更低功耗；最大10KM更广覆盖。
可以支持三种频段：中国470510MHz;美洲902928MHz;欧洲863~870MHz.
采用跳频技术避免外部干扰提高可靠性。
用强大的收发机制保证可靠连接。
eLTE-IoT的网源设备包括：
业务引擎(核心汇聚节点，终端设备管理；终端和AirNode接入认证鉴权；网络协议处理；数据转发；与第三方平台应用对接)
IoT一体化基站AirNode（轻量化设计的基站，支持挂墙和抱杆安装，支持有线传输(光纤/网线)与业务引擎直连，也可通过外置3G/4G无线回传模块，无线网络回传。
用户接入终端CPE
IoT模组和网管设备
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