Технология NB-IoT. Введение

"Интернет вещей" (IoT) наряду с "Большими данными" (Big Data), виртуализацией и сетями мобильной связи пятого поколения (5G) сегодня является одним из самых перспективных направлений высокотехнологичного развития. Тема IoT не является новой. На рынке существуют десятки молодых и не очень технологий, позволяющих подключать "умные вещи". Однако такое изобилие начинает вредить, а не помогать. Необходима унификация стандартов взаимодействия самых разных устройств. И в этом ключе роль консорциума 3GPP, разработавшего такие стандарты как GSM, GPRS, EDGE, WCDMA, HSPA, LTE, LTE Advanced, вряд ли можно переоценить.

В 3GPP Release 13, вышедшем летом 2016 года, была стандартизирована технология узкополосного LTE для приложений интернета вещей (NB-IoT – Narrow Band Internet of Things). Этой технологии и посвящен данный обзор.

Можно выделить следующие ключевые требования, предъявляемые к технологии межмашинного взаимодействия (Machine-to-Machine – M2M):

  1.  Низкая сложность и стоимость клиентских терминалов.
  2.  Уменьшенное энергопотребление клиентских терминалов (= увеличение времени жизни от автономного источника питания).
  3.  Поддержка сверх большого количества клиентских терминалов на соту (по сравнению с традиционными технологиями мобильной связи).
  4.  Возможность работы при более низких соотношениях СИГНАЛ/ШУМ (SNR) по сравнению с традиционными технологиями мобильной связи (=расширенная зона радиопокрытия).
  5.  Передача небольших блоков IP и non-IP данных, некритичных к задержкам.
  6.  Комплексная безопасность.

Требования к M2M-терминалам существенно проще требований, предъявляемым к устройствам, используемым для человеческого общения и определенных в рекомендациях 3GPP Release 8/9, в частности:

  1.  Отсутствуют требования по поддержке голосовых и VAS сервисов.
  2.  Отсутствуют требования по поддержке хэндовера в состоянии соединения с сетью – connected state (требуется поддержка только функционала перевыбора соты в состоянии отсутствия соединения с сетью – idle state).
  3.  Отсутствуют требования по поддержке нескольких радиотехнологий и возможности их смены (intra-rat).
  4.  Отсутствует необходимость проведения измерений качества канала.
  5.  Отсутствуют требования по поддержке агрегации нескольких несущих.
  6.  Отсутствуют требования по управлению качеством обслуживания (QoS).

Для M2M-терминалов определена новая категория устройств cat-NB1. Основные параметры данной категории приведены в Табл. 1. Более детальная информация содержится в 3GPP TS 36.101.

Табл.1:

Параметр

Значение

Ширина канала

200кГц

Число поднесущих

12

Модуляция

QPSK

Скорость канального кодирования

1/3

Число HARQ процессов

1

Размер транспортного блока (Transport block size)

88бит

Кол-во субфреймов на транспортный блок

1

Кол-во бит в субфрейме

320

Максимальная выходная мощность

23dBm (class 3),

20dBm (class 5)

Минимальная выходная мощность

-40dBm

Нестабильность частоты

±0.2ppm (для несущих менее 1ГГц)

±-0.1ppm (для несущих более 1ГГц)

Чувствительность приемника

-108.2dBm

Максимальный уровень сигнала на входе приемника

-25dBm

Технология NB-IoT основана на существующих стандартах LTE, включая использование OFDMA доступа в нисходящем (DL) и SC-FDMA доступа к восходящем (UL) каналах, частотно-временную структуру, канальное кодирование и пр. Это существенно сокращает время разработки спецификаций, а также разработки и организации производства сетевого и клиентского оборудования. Все определенные в 3GPP Release 13 частотные диапазоны, доступные для развертывания NB-IoT, являются диапазонами с частотным дуплексом (см. Табл. 2). Однако, несмотря на это, M2M-терминалы (M2M-UE) в каждый момент времени могут работать либо на прием, либо на передачу. Переход из режима передачи (UL) в режим приема (DL) сопровождается вставкой защитного субфрейма (SF), позволяющего M2M-UE переключить цепочки передатчика и приемника. Данный вид доступа называется полудуплекс с частотным разделением (HD-FDD – Half- Duplex FDD).

Табл. 2:

Частотный диапазон

Восходящий канал (UL), МГц

Нисходящий канал (DL), МГц

1

1920 – 1980

2110 – 2170

2

1850 – 1910

1930 – 1990

3

1710 – 1785

1805 – 1880

5

824 – 849

869 – 894

8

880 – 915

925 – 960

12

699 – 716

729 – 746

13

777 – 787

746 – 756

17

704 – 716

734 – 746

18

815 – 830

875 – 890

19

830 – 845

875 – 890

20

832 – 862

791 – 821

26

814 – 849

859 – 894

28

703 – 748

758 – 803

66

1710 – 1780

2110 – 2200

3GPP Release.14 (будет "заморожен" летом 2017г.) вводит 4 дополнительных частотных диапазона для сетией NB-IoT (дуплекс HD-FDD):

Табл. 2A:

Частотный диапазон

Восходящий канал (UL), МГц

Нисходящий канал (DL), МГц

11

1427.9 – 1447.9

1475.9 – 1495.9

25

1850 – 1915

1930 – 1995

31

452.5 – 457.5

462.5 – 467.5

70

1695 – 1710

1995 – 2020

Для российского рынка это означает в частности возможность построения сетей LTE в 31-м диапазоне. Ресурсом в данном диапазоне обладает компания Скайлинк (T2 Рус Холдинг).