张晋

【摘要】    随着5G通信技术的发展和物联网等专业技术的成熟，万物互联的社会需求日益增加。市场对高新通信技术提出了新的需求，物联网的优势越来越受到关注并得到广泛的应用。NB-IoT是物联网的关键技术之一，本文介绍了NB-IoT的现状、技术及优缺点，并对它在5G技术下的发展与商用进行了分析和讨论。

【关键词】    5G    物联网    NB-IoT（窄带物联网技术）

前言

目前，我国正处在通信飞速发展的时代。2019年6月6日，工信部正式向中国移动、中国联通、中国电信和中国广电发放了5G商业许可证，我国正式进入了5G商用元年，我国也是继韩国、美国、瑞士、英国等国家后，全球首批提供5G商用服务的国家。

从上世纪八十年代末我们手持大哥大跨入1G时代，1G我们摆脱了电话线实现了边走边聊;2G我们实现了短信功能;3G我们除了电脑外还可以用手机上网看图片浏览新闻;在4G，网络的速度已经达到几十甚至数百兆比特。体育赛事的现场直播和随意浏览高清視频已基本没有障碍，4G基本满足了用户的需求，与4G相比，5G网络的传输速度进一步提高。

事实上，网络速度的进一步提高只是5G的特征之一，甚至不是最重要的特征。

作为5G、eMBB（增强型移动宽带）、URLLC（高可靠性低时延连接）、MMTC（海量物联）的应用，这三个关键词是由专业通信角度对5G定义的三种应用场景。

提到mMTC（海量物联）就不得不提到IoT，IoT（Internet of Things，物联网），物联网在4G时代就已经较多的应用，大家也一定不觉得陌生，在许多物联网技术中，NB-IoT物联网技术无疑是目前在全国最主流的技术之一。然而从4G的发展来看NB-IoT还没有非常完善的商业模式，本文结合当前技术发展，讨论5G通信技术下NB-IoT的发展与商用。

一、NB-IoT网络概述

NB-IoT网络即窄带物联网技术（NarrowBand -Internet of Things），NB-IoT万物互联网络的一个重要分支，NB-IoT技术专注于低功耗广覆盖（LPWA）物联网范畴，是一种可在世界范围内广泛使用并推广的新技术。NB-IoT采用非授权频段，可以采用带内、保护带或独立波三种方式进行部署。NB-IoT构建在蜂窝网络中，仅消耗约180kHz带宽，可直接在GSM网络、UMTS网络或LTE网络中进行大范围的部署，以降低部署成本、实现平滑升级。目前联通、电信、移动已在各大城市部署了大量NB-IoT基站，并进行了一些商化应用，解决了物与网的互联。

二、NB-IoT在我国商用的瓶颈

从当前世界NB-IoT技术和5G全球化部署的情况来看，我国NB-IoT技术大规模的进行商用所面临的问题和瓶颈来源于以下三个方面：

首先，是来自芯片方面的瓶颈。

目前我国芯片的研发企业由于缺乏相关技术人才，创新服务能力不足，再加上芯片设计周期长、风险高等因素，导致国内企业不愿意投入资源进行研发与设计。国产芯片供给难以匹配，依赖进口不仅制约了国内芯片行业本身的发展，并且由于成本的因素，导致NB-IoT技术推广遇到阻碍。

其次，是来自终端的瓶颈。

NB-IoT技术所面临的终端的瓶颈也主要实在成本方面的。只有在成本足够低的情况下，对于推广NB-IoT技术更可行更商业化。但由于目前NB-IoT适用范围没达到一定的规模，致使数据流在终端产生的较少，且对该技术受成本的影响高于其他相关技术，因此终端的发展及经济程度也成为NB-IoT技术广泛发展商用的一个瓶颈。

最后，是来自产业链的瓶颈。

NB-IoT产业链和市场成熟度与LoRa相比，存在一定滞后。NB-IoT产业链在2017年初步成熟，2018年小规模商用，NB-IoT产业链短期无法成熟，给了其他同类技术比如LoRa迅速发展的空间，同时也使得NB-IoT技术自我的发展和商用有了一定的制约。

三、NB-IoT网络在5G的技术优势

从事物的两面性来看，NB-IoT在技术上的优势还是能够突破上述的瓶颈制约。NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场，具有功耗少、连接点多、覆盖面积广、传输速率低、消耗成本低、易于优化架构等特点，或许会成为结束碎片化、统一物联网产业的一个方法。NB-IoT网络在5G中的主要技术优势体现在以下三个方面：

1、大连接、接入能力增强。

NB-IoT网络支持海量的低吞吐量终端，每小区支持用户5万个链接，小包化的传输模式优化了空口开销，减少无线资源占用，支持更多用户。

2、低功耗，低陈本、兼容性设计。

NB-IoT网络部署的基站天线可以和现有的LTE网络以即将到来的5G网络共用，在终端测，5Wh的电池可供终端使用10年，同时低宽带、低功耗和低速率等技术使得NB-IoT在成本上的缩减，也是从经济角度来讲的优势。

3、覆盖能力强。

从覆盖能力的角度来分析，NB-IoT网络的覆盖能力比现有GPRS网络增强20dbB左右的增益，可以很好的提升室内覆盖穿透能力和室外的覆盖范围。

四、NB-IoT商用现状及5G部署后的发展

优势技术势必会推动其产业链的发展，目前NB-IoT推动了智能产业的大发展，衍生出了智能生产、智慧城市、智能农业、智能家居、智能医疗、智能教育抄表等领域。因为该技术可以直接在GSM、UMTS或LTE网络中进行"叠加"，所以与其他的物联网技术相比，NB-IoT更容易受到电信运营商的选择。该技术在运营商、设备供应商、终端芯片制造商等的合力发展推行下，在短时间内便可以取得进一步的发展。

近年来，我国非常重视在细分领域中推广NB-IoT的应用。2018年，基于NB-IoT的MTM（机器与机器）连接超过1亿。大胆的推测在5G进行商用之后，到达2022年的总连接数将达到9.5亿。预计全球将有770亿设备将在2011年之前与物联网连接，那么粗略估计市场规模产生的市值将超过万亿美元，其中NB-IoT技术将覆盖连接30%的物联网，完成230亿的连接。

根据目前物联网的应用情况，在5G大规模商用后，相比当前4G中以娱乐和性能为导向的物联网应用，最终到了5G时代将会发展到面向各种物联网低端终端、大范围广域部署，如智能水务、智能农业、智能物流、智能照明、智能停车、智能追踪为代表的智能家居、智能城市、智能生产等领域，如下：

1、NB-IoT智能水务在5G部署后的发展：

传统水务在现有2G/3G/4G网络模式下规划、维护复杂，成本高;覆盖距离和容量有限，干扰严重，质量差;耗电高，电池寿命导致产品更换频繁，2G逐渐退网，3G/4G终端模组成本高;智能水务更易于部署，免网络维护，大幅提高电池续航能力，在高可靠的5G网络下，可以实现海量终端在线监控。

2、NB-IoT智能农业在5G部署后的发展：

传统通信技术下的农业技术60%农业区域网络覆盖不足，GPRS/UMTS功耗/成本较高，短距通信技术网络配置复杂;NB-IoT智能农业在5G中相对GSM覆盖范围增至7倍，超低功耗长达10年电池寿命，甚至可以达到即插即用无需网络配置。

3、NB-IoT智能物流在5G部署后的发展：

传统网络下物流大面积自建网络维护成本高，局限在区域使用，不支持远距离和漫游，容量受限，可靠性、安全性低，覆盖不足导致上报失败率高，同时因电池使用周期短，导致运作成本增高;NB-IoT智能物流技术减少40%海关清关时间，日常工作量減少45%，货物追踪准确率提升至70%-90%，货物转运效率提升至30%。

4、NB-IoT智能路灯在5G部署后的发展：

传统路灯PLC电力线组网对电缆要求高，施工难度大，电力线传输干扰严重，传输距离有限，需密集布放，数据上报失败率可达20%，存在数据错误、难以矫正等问题，传统Zigbee两跳组网成本高传播距离短、干扰严重，Mesh组网容量受限，超过200盏灯有广播风暴;NB-IoT智能路灯采用跳组网技术，易部署易维护，高可靠电信网络，低成本，可以完成远程控制每路灯开关、实时获取路灯状态、远程配置路灯开关及明亮度，远程故障排除，远程软件升级。

5、NB-IoT智能停车在5G部署后的发展：

传统停车管理方式一般采用短距两跳方案、有线结合红外检测方案、人工管理等，其中短距两跳中继器方案部署困难，维护成本高、信号干扰严重质量差等缺点，有限集合红外传输方案仅限于室内使用且安装布线复杂，维护成本高，人工管理方案计费容易流失、管理难度大、工作时间长;NB-IoT智能停车选用一跳方案容易部署，远程管理易维护，授权频谱无干扰，高可靠电信网络，优质覆盖。

以上示例仅是NB-IoT智能应用的一隅，随着现阶段5G部署的加速，该技术会在我们的社会发展、城市应用、人民生活中发挥其积极的一面，实现万物皆智能。

五、结束语

当今社会是一个万物互联飞速发展的社会，伴随着经济全球化的迅速发展，电子信息技术在人们的生活中发挥着越来越重要的作用。Nb-IoT和5G的融合使其具有许多复杂的特性。也体现在更详细的产品中，人与事物、人与人，事物与事物都有更强的沟通和各种联系，所得到的数据也成为专家们参考某一领域的基础。

随着新能源的发展，5G将更多地释放能量，同时NB-IoT也将为整个社会提供更多的发展能力，为人类的发展创造出更多的社会价值和经济价值。

参  考  文  献

[1]马超，《5G移动通信技术下的物联网时代》，通信设计与应用，2018

[2]陈志钦，《基于物联网的智慧教室系统设计与实现》，江西师范大学，2018

[3]王水平，《江西新经济产业发展战略研究》，江西财经大学，2018

[4]素文，《NB-IoT迎来商用元年，万亿级市场启航》，人民邮电，2017

[5]刘世波 等，《NB-IoT 在智能家居中的应用 》，建筑工程技术与设计，2018

[6]郑梅云，《全球首个NB-IoT套餐面世》，文汇报，2017

[7]张余明 等，《一种基于窄带物联网（NBIOT）智慧泊车前端系 统的设计》，数字化用户，2018

[8]黄征宇，《物联网芯片国产化“困局”》，中国信息化，2013