匯頂科技NB-IoT窄帶物聯網技術

集微網消息，窄帶物聯網 (NB-IoT)是最近批準的用于基站和用戶設備之間的無線電接口的3GPP標準。對于UE側，NB-IoT的優點是增加的覆蓋范圍、超低功耗以及降低的設備成本，同時保持高安全標準以及蜂窩通信的全球漫游能力。

對于網絡和運營商而言，另一方面，NB-IoT可以支持每個小區和扇區的大量設備，而無需在核心網絡和無線接入網絡設備上進行額外投資。此外，NB-IoT支持在3GPP長期演進(LTE)小區的無線電頻譜內部署，因此在該情況下不需要對無線電頻譜的額外投資。

在支持大量設備情況下，當太多設備同時嘗試接入網絡時，網絡存在過載的風險。通過接入限制的方式，網絡可以通過從網絡服務中排除某些接入類型一段時間來克服過載情況。由于接入限制而增加的網絡接入等待時間對于具有延遲容忍流量的機器到機器(M2M)通信而言通常不是問題，接入限制過程額外消耗設備的電池。使用ISM頻譜(工業、科學以及醫療頻帶)來緩解網絡負載峰值對網絡運營商來說是一個很有吸引力的選擇。

另一方面，低功率無線廣域網(LPWAN)技術，例如LoRaWAN、SigFox以及IEEE 802 .11ah，針對非許可頻譜內的獨立部署。這些技術既不與許可無線電頻率譜中的技術相互作用，也不向許可頻譜提供遷移路徑。通過支持非許可和許可頻譜之間的無縫交互，可以在非許可頻譜過載的情況下保護用戶的投資。NB-IoT標準不支持在非許可頻譜，例如，工業、科學以及醫療頻帶中的操作。與ISM和其他非許可頻帶的使用相關聯的監管要求在最大傳輸功率、傳輸帶寬、占空比、調制、媒體接入等方面是多種多樣的，并且它們在不同地理區域內被分段。此外，非許可頻譜必須與其他設備共享，并且共存機制必須建立。

匯頂科技在18年1月29日申請了一項名為“非許可ISM頻帶中的NB-IoT多載波操作”的發明專利（申請號為：201880009340.7），申請人為深圳市匯頂科技股份有限公司。

根據目前公開的專利資料，讓我們一起來看看這項NB-IoT技術吧。

如上所示為非許可載波參數的系統信息廣播和使用循環占空MAC的網絡接入示意圖，基站和用戶設備(UE)之間通常的初始化在第一步驟中，基站(eNodeB)在許可載波上廣播系統信息，而系統信息包括由附加信息擴展的配置數據，附加信息表明網絡接入可以在非許可載波上執行。為了使用非許可載波進行傳輸，需要為非許可頻譜中的操作添加具有以下信息的配置數據：支持的媒體接入控制模式的信息、循環占空和先聽后說以及相關參數，例如每UE的占空比預算或能量檢測閾值。

此外，需要擴展允許的載波頻率以覆蓋非許可頻帶，并且需要注冊上行鏈路傳輸的最大傳輸功率和帶寬，此外還需要添加下行鏈路NB-IoT參考符號的傳輸功率。如果初始化完成并且使用了循環占空媒體接入控制模式，則UE在非許可載波上發送RRC連接請求，以便緩解網絡負載中的峰值。

使用循環占空，下行鏈路總是在許可載波上執行，因為基站必須支持許多UE，在非許可載波上向基站發送RRC連接建立完成消息以完成數據交換。在連接建立之后，對于非許可NB-IoT載波上的單播操作，專用配置以相同的方式擴展。如果UE被允許使用許可和非許可頻譜接入網絡，則將信息存儲在UE的全球用戶識別模塊中。

無論設備(UE)是否被允許使用許可和非許可頻譜接入，網絡應包含在UE的通用全球用戶識別模塊上存儲的用戶信息中。用戶更改后，信息將通過無線方式更新。獨立于支持的媒體接入控制模式，例如在循環占空和先聽后說，UE需要估計非許可載波上的窄帶參考信號接收功率和路徑損耗，以便確定覆蓋類別以及初始前導碼傳輸功率。

NRSRP估計可以從頻率附近的RF頻帶獲得，例如EU 868MHz非許可的頻帶20或頻帶8以及915MHz ISM頻帶。否則，基站可以在非許可頻帶內使用其占空比預算來發送窄帶參考信號，NRS傳輸窗口長度和周期應在系統信息中廣播。

接下來我們來看一個在網絡負載峰值期間將設備分流到非許可頻帶的使用實例。

如上圖所示，在網絡負載峰值期間，可以將設備(UE)分流到非許可頻帶中。如果在許可頻帶中存在設備的臨時分流，則可以將設備從許可頻帶重定向到非許可頻帶，以便在網絡負載峰值期間容納更多活動設備。

如上圖示出了三個UE通過在NPRACH機會1上發送NPRACH來嘗試連接到無線電接入網絡的場景。NPRACH機會根據基站下行鏈路定時來定義。由于射頻信號的傳播延遲，NPRACH機會在所考慮的UE處不是時間對準的。

相反，假設UE 1最接近基站，使得UE 1首先觀察到NPRACH機會，同理，由于較低的傳播延遲，UE 2在UE 3之前觀察到NPRACH機會。在觀察到的NPRACH機會開始時，每個UE開始LBT過程。UE 1首先完成LBT過程并開始向基站的NPRACH傳輸，由于UE 2和UE 3觀察到媒體忙，來自UE 1的NPRACH傳輸阻止UE 2和UE 3的媒體接入，UE 2和UE 3中止NPRACH機會1中的媒體接入并嘗試在接下來的NPRACH機會2中再次接入媒體。

由于在先前的NPRACH嘗試中LBT過程未成功，因此在NPRACH機會2中處理LBT之后，UE 2和UE 3嘗試在NPRACH機會1中先前NPRACH嘗試內媒體忙碌的時間發送NPRACH，這樣設計的好處在于它使嘗試發送NPRACH的UE時間對齊，使得甚至對于NPRACH的LBT使用，也可以進行多址接入。

以上就是匯頂科技的NB-IoT技術，NB-IoT的發展讓應用更加智能化的同時，也帶來了信息安全風險，必須重視物聯網中應用層到各端點的安全體系建立。NB-IoT信息安全體系的建立，需要整個生態系統中的所有參與者從網絡設備、終端數據采集模塊、數據傳輸和系統方案來一起解決！