NB–IOT之笑傲江湖

燚先生

近两年来，关于无线通信技术发展，吴老司听到最多的两个词就是5G和物联网，其中物联网听到的最多的一个词又是NB-IOT（简称NB）。5G因为标准还没定下来，暂且不表，近期吴老司撩通信将就NB-IOT推出系列文章，好好掰扯清楚物联网的前世今生、NB技术原理、NB规划等。

作为满汉全席的开胃菜，本篇将扒一扒物联网的发展历史以及NB是如何与不同门派之间相杀后，又如何与同门派不同宗派之间，甚至是同门师兄弟们相爱相杀的故事！

1  何为物联网？

It stands for Internet of Things。Basic idea is to connect EVERYTHING that you can think of by Internet。

首先我们得知道，自从上世纪80年代以来，从大哥大开始，无线通信技术已经经历了四代的传承与发展。从开始的人与人的连接，发展到人与物的连接，自然地，咱们脑洞大开，是否可以将所有的物都连在一起呢？而实际上从商业上来看，语音通信（人与人连接）收入已经见顶，由于4G的大力建设，数据业务（人与人&人与物的连接）支撑运营商收入进入了新的巅峰，那么下个收入蓝海将是什么？从目前观点来看即是物与物的连接将成为第三个波峰，而物联网将是重要的载体。

这里就不得不涉及到很多商业与技术的思考。试列举之：

◢发展的驱动力在哪？

◢应用case在哪？

◢商业前景如何？

◢选择何种连接技术最经济有效？

先引用一些关于物联网市场前景的预测数据：2020年，中国将达百亿物联网连接（含各种连接），产业链市场空间1万亿人民币（数据来源：麦肯锡等）。当然，你还可以找到各种预测的数据，总之一句话，这个饼很大，机会很多，这将是一群人的狂欢，想去high的（包括单身狗们）快上车，否则你错过的不仅仅是一个亿！

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2  物联网的应用场景

物联网应用场景丰富，但是依据对技术的需求，总体来看可以划分为两类：

◢可以使用非蜂窝（以短距 Wi-Fi、蓝牙等为主）网络来承载的应用

◢建议使用蜂窝（包括现有的2/3/4G及其他技术）物联网技术承载的应用（运营商市场主要在蜂窝领域，这也是我们讨论的重点）

目前，对于运营商来说，智能家居、智能楼宇、抄表、市政物联和物流追踪这五大领域将是应用推广的重点。以下引用一些统计和预测数据作为参考：

3  物联网技术的众生相

这张图见诸于各物联网相关资料中，理论上来讲，如果对这图理解了，那么恭喜你对物联网功力已经练到了五成，呵呵。

下面我试着对上图从几个维度进行解读：

◢横轴代表覆盖要求，一般可以划分为长距离和短距离，因此将物联网技术划分为了两个大类。短距离通信技术有我们熟悉的wifi（不要告诉我你不知道）、Bluetooth，还有大家不熟悉的ZigBee等。不过对不起，这些短距离通信技术天生就有覆盖范围受限的缺点，应用场景也就随之受限（如果你看看排球队的菇娘们，就知道有种高度你是高攀不上的），因为比如智能抄表等业务肯定是位于地下室或者弯角旮旯里，覆盖能力不行怎么搞定？这些技术不是运营商的兴趣点，当然也不是咱们研究的重点。对于长距离通信，主要的代表技术是NB-IOT、eMTC、LoRa、SigFox等。实际上对于长距离通信技术，一般同时具备了强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点（敲黑板，重点重点重点，注意没有高速率），我们又将这类技术称为LPWA（Low Power Wide Area）。从这四个特点来看，简直是人见人爱，所以运营商也爱，并且是真爱。再次敲黑板了，注意注意，咱们这个系列的主角NB-IOT已经自带光环出场了，以后会详细聊。

◢纵轴代表速率要求：基本可以划分为高、中、低三个速率等级。高速率：(>1Mbps)，主要的应用场景有车联网、视频监控、远程医疗等，代表技术有4G LTE-V和5G新技术等；中速率：((<1Mbps)，主要的应用场景有可穿戴设备、银行业PoS机、电梯广告推送、车队管理等，代表技术有eMTC、GPRS/CDMA、wifi等；低速率：((<200Kbps)，主要的应用场景有能源抄表、气象/环保监测、资产标签、智能停车、智能锁等，代表技术有NB-IoT、LoRa 、Sigfox（广域覆盖）、蓝牙、zigbee等短距技术等；

◢对于LPLA而言，我们还可以进一步细分，主要国际标准还是私有技术、公共频段还是授权频段，这不展开讲。

◢从这个图还可以看出，技术能力的统一与互斥性，也即很难有种技术是覆盖好又速率快的。如果有，请让我看到你们的双手？？

◢那么为什么有这么多技术呢？多得看花灯似得。答案CMCC早告诉你了：移动过年七款礼，总有一款适合你！

4  NB-IOT是个什么鬼？

前面已经撩到，物联网的缩写为IOT，英文为Internet of Things。这里吴老司有个小技巧，有些缩写看起来很吓人，也很难记，建议大家看看英文原文，你会发现so easy，那个敞亮，分分钟有妈妈再也不用担心我的学习的那种感觉。物联网有很多技术，在IOT之前加上NB，连起来NB-IOT即为我们这个系列的主角，很多文章中都解释为Niubility Internet of Thing，即牛逼的物联网。实际上，这只是一个善意的玩笑，NB的真正含义是narrow band的意思，翻译过来是窄带，所以经常我们在资料中会看到窄带物联网的提法。

NB-IOT属于LPWA技术的一种，它天生具备强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点，下面引用华为的一张图让大家对NB有个爱的初体验。


实话实说，作为一个在无线通信领域摸爬打滚十几年的老司机来说，看到这四个关键特点，我直呼word天，你这么NB，你咋不上天呢？

这里不得不谈谈在通信技术发展上，关于需求与实现等因素之间的一些辩证关系。先来看当前采用2/3/4G承载物联网应用的主要问题：

◢典型场景网络覆盖不足，例如：室内的无线抄表、边远地区的环境监控和地下资源监控（ 4G规划指标穿透1层墙）

◢终端功耗过高（使用5Wh电池），2G终端待现网能力差距

◢ 2/3/4G无法满足未来海量终端的应用

◢ 终端种类多、批量小，开发门槛高，通信模块成本高，综合成本高

正因如此，在2015年9月开始，NB-IOT技术应运而生。当然地NB义不容辞的要解决好以上的痛点和问题。这里的关系就是需求与实现的相生关系。

人有多大胆，地有多大产。吴老师在接下来的篇幅中将会一一道来，如何从技术上去实现这些逆天的要求。

下面先谈NB的历史，同学们会发现设计历史的人太不负责任了，简直复杂到不要不要的了。不过没关系，如果将NB-IOT技术标准的形成看做是江湖比武最终称霸武林的话，并且你正好看过笑傲江湖的话，那这些事就好理解了。

NB的历史如何与不同门派之间相杀后，又如何与同门派不同宗派之间，甚至是同门师兄弟们相爱相杀的故事（说好的攘外必先安内呢）。咱们的故事的主线主要有两个，一是NB（你可以理解为牛逼），二是SB（请注意不要理解错，是撕逼，不是那个SB）。

5  NB与不同门派的SB

这里不得不再提下LoRa、SigFox等私有的物联网技术。正因为这些技术的出现，对3GPP这个通信行业带头大哥造成了很大的心里阴影（那面积可是相当的大），所以3GPP才扯起虎旗开搞LPWA技术。当然地，3GPP当大哥多年可不是白给的，自己开招就是各种厉害招数，再加上多年经营，身边一堆小弟对老大哥一呼百应，一时群雄聚齐，所以才有了NB今天的声势。这就是NB与不同门派的撕逼。

顺便八卦一下，各位如果看3GPP在制定LTE标准中，WiMAX和LTE的剧情，与NB与LoRa之间何其相似？简直跟XX神剧一样，同样的剧情，变着花样的不断地上演。

6  NB与同门师兄弟的SB大战

话说，武林大会中刚与不同门派撕逼完，3GPP内部不同阵营之间的撕逼大战随即拉开。君不见前阵子关于5G编码标准之争，各种刷屏。说到底，不同阵营争的不光是面子，更实际的是利益。引用华为的一张图片，可以清晰的看出NB与同门师兄弟之间上演的相杀相爱的故事。

各位同学请注意，在讲解的过程中，一大波名词将扑面而来：

    ◢第一次内部PK：事情的起因是英国的vodafone（沃达丰）基于LTE网络提供抄表业务成本太高，而GSM网络即将退网的考虑，私下拍拖华为一起提出了NB-M2M解决方案。美国的qualcomm（高通）基于现有的LTE技术提出了NB-OFDMA（侧重是空口解决方案）。接下来就是各种PK，各种妥协，最终融合成第一个统一方案，成为NB-CIOT。

    ◢第二次内部PK：以爱立信等公司为首的阵营基于现有的LTE技术，提出了一些优化方案，因此进行了第二次PK，最终在2016年6月形成了现在的NB-IOT技术标准。

好吧，估计大家都晕掉了，总结一句话，经过两次内部大撕逼，最终才形成NB-IOT技术标准，至于之前的那些你就当是历史课吧。

7  NB与同门不同宗派间的SB

大家知道，在华山派内部也有宗派之分，岳不群属气宗，风清扬是剑宗前辈。同样在3GPP内部针对物联网的解决方案也存在两大宗派，一是基于LTE现网优化的eMTC技术，一个是另起炉灶的NB-IOT技术，见下面图表。


上图是从终端的演进角度来看eMTC技术的发展。其核心思想是在当前的LTE基础上，通过针对性优化，使之与LTE共存的情况下满足物联网的应用需求。其发展演进主要是终端方面的，如以上cat1是LTE终端，3GPP专门为了IOT设计了cat0终端，我们称为MTC，但是带宽还是20M，成本、耗电等都下不来，因此在R12时就被冻结。此后在R13阶段设计了cat M终端，带宽缩小到1.4M，成本、耗电等问题得到较好的解决，但随后3GPP在R13也冻结了eMTC的研究，转而研究NB-IOT去了（有没有一种生了二胎后大小子受冷落的感觉？）。

怎么理解NB-IOT和eMTC的关系？我的理解是长期共存，就如华山派的剑宗和气宗一样。因为定位不一样，eMTC解决的是中速率的IOT需求，而NB-IOT解决的是低速率的需求，武功路数不同而已。具体就不赘述了，详情请自觉翻阅前文中图。

8  结语

好了，老司机今天就聊到这，希望你已经了解到了物联网的前世今生、物联网的各种技术的定位，以及NB 是如何成就江湖地位的。下篇开始，吴老司将针对NB 的四个技术特性逐一分析，欢迎各位上车。