汇顶科技NB-IoT窄带物联网技术

集微网消息，窄带物联网 (NB-IoT)是最近批准的用于基站和用户设备之间的无线电接口的3GPP标准。对于UE侧，NB-IoT的优点是增加的覆盖范围、超低功耗以及降低的设备成本，同时保持高安全标准以及蜂窝通信的全球漫游能力。

对于网络和运营商而言，另一方面，NB-IoT可以支持每个小区和扇区的大量设备，而无需在核心网络和无线接入网络设备上进行额外投资。此外，NB-IoT支持在3GPP长期演进(LTE)小区的无线电频谱内部署，因此在该情况下不需要对无线电频谱的额外投资。

在支持大量设备情况下，当太多设备同时尝试接入网络时，网络存在过载的风险。通过接入限制的方式，网络可以通过从网络服务中排除某些接入类型一段时间来克服过载情况。由于接入限制而增加的网络接入等待时间对于具有延迟容忍流量的机器到机器(M2M)通信而言通常不是问题，接入限制过程额外消耗设备的电池。使用ISM频谱(工业、科学以及医疗频带)来缓解网络负载峰值对网络运营商来说是一个很有吸引力的选择。

另一方面，低功率无线广域网(LPWAN)技术，例如LoRaWAN、SigFox以及IEEE 802 .11ah，针对非许可频谱内的独立部署。这些技术既不与许可无线电频率谱中的技术相互作用，也不向许可频谱提供迁移路径。通过支持非许可和许可频谱之间的无缝交互，可以在非许可频谱过载的情况下保护用户的投资。NB-IoT标准不支持在非许可频谱，例如，工业、科学以及医疗频带中的操作。与ISM和其他非许可频带的使用相关联的监管要求在最大传输功率、传输带宽、占空比、调制、媒体接入等方面是多种多样的，并且它们在不同地理区域内被分段。此外，非许可频谱必须与其他设备共享，并且共存机制必须建立。

汇顶科技在18年1月29日申请了一项名为“非许可ISM频带中的NB-IoT多载波操作”的发明专利（申请号为：201880009340.7），申请人为深圳市汇顶科技股份有限公司。

根据目前公开的专利资料，让我们一起来看看这项NB-IoT技术吧。

如上所示为非许可载波参数的系统信息广播和使用循环占空MAC的网络接入示意图，基站和用户设备(UE)之间通常的初始化在第一步骤中，基站(eNodeB)在许可载波上广播系统信息，而系统信息包括由附加信息扩展的配置数据，附加信息表明网络接入可以在非许可载波上执行。为了使用非许可载波进行传输，需要为非许可频谱中的操作添加具有以下信息的配置数据：支持的媒体接入控制模式的信息、循环占空和先听后说以及相关参数，例如每UE的占空比预算或能量检测阈值。

此外，需要扩展允许的载波频率以覆盖非许可频带，并且需要注册上行链路传输的最大传输功率和带宽，此外还需要添加下行链路NB-IoT参考符号的传输功率。如果初始化完成并且使用了循环占空媒体接入控制模式，则UE在非许可载波上发送RRC连接请求，以便缓解网络负载中的峰值。

使用循环占空，下行链路总是在许可载波上执行，因为基站必须支持许多UE，在非许可载波上向基站发送RRC连接建立完成消息以完成数据交换。在连接建立之后，对于非许可NB-IoT载波上的单播操作，专用配置以相同的方式扩展。如果UE被允许使用许可和非许可频谱接入网络，则将信息存储在UE的全球用户识别模块中。

无论设备(UE)是否被允许使用许可和非许可频谱接入，网络应包含在UE的通用全球用户识别模块上存储的用户信息中。用户更改后，信息将通过无线方式更新。独立于支持的媒体接入控制模式，例如在循环占空和先听后说，UE需要估计非许可载波上的窄带参考信号接收功率和路径损耗，以便确定覆盖类别以及初始前导码传输功率。

NRSRP估计可以从频率附近的RF频带获得，例如EU 868MHz非许可的频带20或频带8以及915MHz ISM频带。否则，基站可以在非许可频带内使用其占空比预算来发送窄带参考信号，NRS传输窗口长度和周期应在系统信息中广播。

接下来我们来看一个在网络负载峰值期间将设备分流到非许可频带的使用实例。

如上图所示，在网络负载峰值期间，可以将设备(UE)分流到非许可频带中。如果在许可频带中存在设备的临时分流，则可以将设备从许可频带重定向到非许可频带，以便在网络负载峰值期间容纳更多活动设备。

如上图示出了三个UE通过在NPRACH机会1上发送NPRACH来尝试连接到无线电接入网络的场景。NPRACH机会根据基站下行链路定时来定义。由于射频信号的传播延迟，NPRACH机会在所考虑的UE处不是时间对准的。

相反，假设UE 1最接近基站，使得UE 1首先观察到NPRACH机会，同理，由于较低的传播延迟，UE 2在UE 3之前观察到NPRACH机会。在观察到的NPRACH机会开始时，每个UE开始LBT过程。UE 1首先完成LBT过程并开始向基站的NPRACH传输，由于UE 2和UE 3观察到媒体忙，来自UE 1的NPRACH传输阻止UE 2和UE 3的媒体接入，UE 2和UE 3中止NPRACH机会1中的媒体接入并尝试在接下来的NPRACH机会2中再次接入媒体。

由于在先前的NPRACH尝试中LBT过程未成功，因此在NPRACH机会2中处理LBT之后，UE 2和UE 3尝试在NPRACH机会1中先前NPRACH尝试内媒体忙碌的时间发送NPRACH，这样设计的好处在于它使尝试发送NPRACH的UE时间对齐，使得甚至对于NPRACH的LBT使用，也可以进行多址接入。

以上就是汇顶科技的NB-IoT技术，NB-IoT的发展让应用更加智能化的同时，也带来了信息安全风险，必须重视物联网中应用层到各端点的安全体系建立。NB-IoT信息安全体系的建立，需要整个生态系统中的所有参与者从网络设备、终端数据采集模块、数据传输和系统方案来一起解决！