一、什麼是NBIOT？

1、概念

窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT），NB-IoT構建於蜂窩網路，只消耗大約180KHz的頻寬，使用License頻段，可採取帶內、保護帶或獨立載波等三種部署方式，與現有網路共存。可直接部署於GSM網路、UMTS網路或LTE網路，以降低部署成本、實現平滑升級。

2、NBIOT的特點和目標

（1）超強覆蓋：相對GPRS來說，增加20db的訊號增益。

（2）超低功耗：對於終端功耗的目標是：基於AA（5000mAh）電池，使用壽命可超過10年。

（3）超大連線：一個扇區能夠支援數萬個連線，支援低延時敏感度、超低的裝置成本、低裝置功耗和最佳化的網路架構。

（4）超低成本：NB-IoT無需重新建網，射頻和天線基本上都是複用的。

二、NB-IoT要點概括

1、為解決傳統2G/3G/4G（GPRS）網路不能滿足物聯網終端裝置低功耗、低成本的問題；

2、對比GPRS，減少了一些信令，尋呼週期加長，增加PSM狀態，降低功耗（用實時性換取續航）；

3、終端資料透過運營商基站接入核心網，匯入運營商的物聯網專網，經IoT平臺與使用者的平臺進行資料互動

三、NB-IoT的工作狀態：

NB-IoT在預設狀態下，存在三種工作狀態，三種狀態會根據不同的配置引數進行切換，筆者認為這三種狀態較深刻地影響了NB-IoT的特性，如其對比傳統GPRS的低功耗特性，均可以從中獲得解釋，同時在後續對NB-IoT的使用和相關程式的設計時，也需要根據開發的需求與產品特性對這三種工作狀態進行合適的定製。

三種工作狀態如下：

Connected（連線態）：

模組註冊入網後處於該狀態，可以傳送和接收資料，無資料互動超過一段時間後會進入Idle模式，時間可配置。

Idle（空閒態）：

可收發資料，且接收下行資料會進入Connected狀態，無資料互動超過一段時會進入PSM模式，時間可配置。

PSM（節能模式）：

此模式下終端關閉收發訊號機，不監聽無線側的尋呼，因此雖然依舊註冊在網路，但信令不可達，無法收到下行資料，功率很小。

持續時間由核心網配置（T3412），有上行資料需要傳輸或TAU週期結束時會進入Connected態。

NB-IoT三種工作狀態一般情況的轉換過程可以總結如下：

① 終端傳送資料完畢處於Connected態，啟動“不活動計時器”，預設20秒，可配置範圍為1s~3600s；

② “不活動計時器”超時，終端進入Idle態，啟動及或定時器（Active-Timer【T3324】），超時時間配置範圍為2秒~186分鐘；

③ Active-Timer超時，終端進入PSM狀態，TAU週期結束時進入Connected態，TAU週期【T3412】配置範圍為54分鐘~310小時。

【PS：TAU週期指的是從Idle開始到PSM模式結束】

NB-IoT終端在不同工作狀態下的情況剖析：

1、NB-IoT傳送資料時處於啟用態，在超過“不活動計數器”配置的超時時間後，會進入Idle空閒態；

2、空閒態引入了eDRX機制，在一個完整的Idle過程中，包含了若干個eDRX週期，eDRX週期可以透過定時器配置，範圍為20。48秒~2。92小時，而每個eDRX週期中又包含了若干個DRX尋呼週期；

3、若干個DRX尋呼週期組成一個尋呼時間視窗（PTW），尋呼時間視窗可由定時器設定，範圍為2。56s~40。96s，取值大小決定了視窗的大小和尋呼的次數；

4、在Active Timer超時後，NB-IoT終端由空閒態進入PSM態，在此狀態中，終端不進行尋呼，不接受下行資料，處於休眠狀態；

5、TAU Timer從終端進入空閒態時便開始計時，當計時器超時後終端會從PSM狀態退出，發起TAU操作，回到啟用態（對應圖中①）；

6、當終端處於PSM態時，也可以透過主動傳送上行資料令終端回到啟用態（對應圖中②）。

四、定時器引數的配置

在整個NB-IoT工作的過程中，有一些定時器引數可以進行設定，從而改變各個工作狀態的內部細節和週期佔比，而這些定時器引數需要透過裝置NB卡地簽約APN來實現。以電信NB SIM卡為例，預設簽約的APN為“ctnb”，終端在入網時由網路自動下發。不同的APN代表著一組不同的定時器引數，如“ctnb”的APN描述為【監測上報類，啟用定時器=2s，開啟PSM、關閉eDRX】。若使用APN“psmc。eDRXC。ctnb”，則對應的引數為【開啟PSM、開啟eDRX，啟用定時器=180s，eDRX週期=20。48s，尋呼視窗=10。48s】。當然，APN也支援使用者的定製，對應的APN名稱為“ue。prefer。ctnb”，工作狀態的開關與定時器引數由終端上報的引數決定。

五、NBIOT的省電技術

1、DRX模式

DRX（Discontinuous Reception）即非連續接收，是指終端僅在必要的時間段開啟接收機進入啟用態，用以接收下行資料，而在剩餘時間段關閉接收機進入休眠態，停止接收下行資料的一種節省終端電力消耗的工作模式。

（1）在啟用期，UE將開啟接收機，尋呼通道，判斷是否有有下行業務。

（2）NB-IoT的DRX週期取值範圍為：1。28s，2。56s，5。12s 或者10。24s。

（3）DRX週期時長確定後：

•啟用期越長，則業務處理越及時，但接收機在同一個週期內工作時間長，UE耗電量越大。

•啟用期越短，則UE越省電，但接收機在同一個週期內保持關閉的時間越長，業務時延越長。

2、eDRX模式

為了節省終端功耗，同時滿足一定下行業務時延的要求，3GPP引入了擴充套件DRX的概念（extended DRX，eDRX）。

（1）在每個eDRX週期內，有一個尋呼時間視窗（Paging Time Window，PTW），UE只在PTW內按DRX週期監聽尋呼通道，以便接收下行業務，PTW外的時間處於睡眠態，不監聽尋呼通道，不能接收下行業務。

（2）eDRX週期長度、PTW視窗長度可配置，UE和運營商之間進行協商，以運營商下發給UE的值為準。

（3）eDRX週期的具體配置可檢視3GPP TS 24。008：

（4）尋呼視窗時間表：

3、PSM模式

PSM（Power Saving Mode） 的技術原理非常簡單，在PSM該狀態下，終端射頻關閉，相當於關機狀態，終端非業務期間深度休眠，不接收下行資料，只有 終端主動傳送上行資料（MO Data）時可接收IoT平臺快取的下行資料。

（1）終端何時進入PSM狀態，以及在PSM狀態駐留的時長由核心網和終端協商。

（2）進入PSM模式，雖然UE不再進行接收尋呼訊息，看起來裝置和網路失聯，但裝置仍然註冊在網路中，這樣當UE從休眠喚醒後就不需重新註冊網路就可以進行資料收發。

（3）PSM想喚醒可透過外部喚醒或者週期自身喚醒，外部喚醒常用的是RTC中斷喚醒（如：MT2625採用外部RTC喚醒），週期喚醒的週期是核心網執行商配置給NB物聯卡，週期性的喚醒。

（4）PSM自動喚醒與RTC_ENIT外部喚醒區別：

A．在PSM狀態下，透過RTC_EINT喚醒後，如果系統沒有其他task，則會馬上重新進行PSM狀態。如有有其他task要執行，則會執行task，在執行完task之後，如果還未到週期自動喚醒，則會繼續馬上重新進入PSM模式。

B．如果是週期到了自動喚醒，則會維持Active time後再重新進入PSM狀態。而Active Time可繼續業務的上行和下行。

（5）這裡提一下MT2625，對於MT2625進入PSM狀態時，NB可能處於deep sleep或者deeper sleep，若PSM週期為幾十分鐘比較短的時間則進入deep sleep，若PSM週期為十幾個小時比較長的時間則進入deeper sleep。其他NB晶片筆者還沒驗證過。

六、國內NBIOT頻段

1、國內的NB-IoT主要執行在B5和B8頻段。