對于水務行業(yè)來說，供水管網(wǎng)中安裝運行的水表使用環(huán)境比較復雜，高溫、低溫、井下安裝、長時間浸泡在水里、污水腐蝕等環(huán)境因素考驗著水表的性能及使用壽命。由于水務行業(yè)對低功耗性能的關注，物聯(lián)網(wǎng)技術中的低功耗廣域網(wǎng)技術開始嶄露頭角，其中NB-IoT技術具備的低功耗、廣覆蓋、海量連接、低成本四個特點成功在電磁水表市場上占據(jù)一席之地。

在低功耗方面，NB-IoT無線傳輸模塊(以下簡稱NB模塊)的待機時間可長達10年，與超低功耗設計的電池供電型電磁水表使用壽命相當。NB模塊可在省電模式下工作，能極大地降低電量消耗和延長電池使用壽命。NB-IoT技術在通用移動通信技術的非連續(xù)接收功能基礎上進行優(yōu)化，采用功耗節(jié)省模式和增強型非連續(xù)接收模式。這兩種模式都是通過終端發(fā)起請求和移動性管理實體核心網(wǎng)協(xié)商的方式來確定。在功耗節(jié)省模式下，NB模塊仍舊注冊在網(wǎng)，但不接收信令，從而使終端更長時間駐留在深睡眠；在增強型非連續(xù)接收模式下，NB模塊延長在空閑模式下的睡眠周期，減少信號接收單元不必要的啟動。在電磁水表應用場景中，有效結合兩種模式來降低無線傳輸功耗，延長電池使用壽命。

在廣覆蓋方面，同頻段的NB-IoT網(wǎng)絡比現(xiàn)有網(wǎng)絡增益約20dB，相當于提升100倍區(qū)域覆蓋能力。窄帶、重傳、低頻三大技術是NB-IoT技術實現(xiàn)強覆蓋能力的三劍客。NB-IoT網(wǎng)絡上行載波帶寬為3.75kHz或15kHz，相比現(xiàn)有2G、3G、4G物理資源塊帶寬的180kHz，功率譜密度增益約為11dB，即log((200mW/15KHz)/(200mW/180KHz))=10.7dB，說明NB-IoT網(wǎng)絡單位帶寬所攜帶的能量比2G、3G、4G更高，因此，同等情況下可覆蓋更遠距離。相比傳統(tǒng)方式，NB-IoT網(wǎng)絡支持更多次數(shù)的重傳，重傳次數(shù)每翻一倍，速率就會減半，同時帶來3dB的增益，考慮邊緣場景下的速率以及小區(qū)容量，NB-IoT網(wǎng)絡上行重傳次數(shù)最大一般限為16次，對應9dB的增益。NB-IoT網(wǎng)絡雖然可以部署于任何頻段，但考慮覆蓋需求，一般選擇1GHz以下的低頻頻段部署，相比高頻，低頻具有路徑損耗更低、繞射能力更強等優(yōu)點，更加適合遠距離覆蓋。

因此，窄帶技術增益約11 dB和重傳技術增益約9 dB，讓NB-IoT網(wǎng)絡比現(xiàn)有網(wǎng)絡增益約20dB，再加上NB-IoT網(wǎng)絡部署在低頻頻段上，窄帶、重傳、低頻三大技術共同保證了NB-IoT網(wǎng)絡的廣覆蓋能力。而水表在井下安裝時，與智能手機相比，高度差導致信號差約4dB，如果再蓋上井蓋，將額外增加約10dB損耗，因此，NB-IoT網(wǎng)絡增益約20dB后可保障水表井下安裝時的數(shù)據(jù)傳輸。

在海量連接方面，NB-IoT網(wǎng)絡一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接。NB-IoT網(wǎng)絡利用窄帶傳輸，其上行載波帶寬僅為3.75kHz或15kHz，在等效功率下，大大提升信道容量，再減小空口信令開銷，提升頻譜使用效率。NB-IoT技術在基站側進行優(yōu)化，使用獨立的準入擁塞控制，以及終端的上下行信息存儲；在核心網(wǎng)進行優(yōu)化，實現(xiàn)終端上下行信息存儲，且下行數(shù)據(jù)緩存，來實現(xiàn)海量連接。

在低成本方面，NB-IoT技術首先在協(xié)議棧的物理層、MAC層等進行重大簡化，降低運算開銷。其次在運營商建網(wǎng)成本方面，由于射頻和天線可復用，NB-IoT網(wǎng)絡就不需要重新建網(wǎng)。最后對于產(chǎn)業(yè)鏈來說，芯片在NB-IoT技術整個產(chǎn)業(yè)鏈中處于基礎核心地位，現(xiàn)在主流的芯片和模組廠商都有明確的NB-IoT技術支持計劃，這將打造一個好的生態(tài)鏈發(fā)展環(huán)境，有助于下游應用企業(yè)降低元器件材料成本。

由此可見，NB-IoT技術非常適用于電磁水表場景中低功耗、高網(wǎng)絡可靠性、低成本、小包數(shù)據(jù)傳輸、時延不敏感、非長連接的通信場景。

審核編輯：湯梓紅