一、物理層信號處理

1. 頻段與調制技術

   • 工作頻段：采用Sub-1GHz頻段（國內以800MHz/900MHz為主），通過低頻率特性實現3km以上城市覆蓋與地下5m穿透能力，相比4G頻段（2000MHz+）具備顯著穿透優勢‌
   • 調制方式：
     ? 上行傳輸：使用SC-FDMA（單載波頻分多址），功率譜密度集中，降低終端峰值功耗‌
     ? 下行傳輸：采用OFDMA（正交頻分多址），支持多用戶并發接入‌

2. 多天線發射增強

   • 空頻塊編碼（SFBC）：在雙天線端口配置下，通過不同子載波與天線端口的信號映射實現空間分集，提升抗干擾能力（典型場景下接收靈敏度提升3dB）‌
   • 波束賦形優化：通過RRU通道動態調整相位，在密集城區場景實現定向波束聚焦，覆蓋半徑提升20%‌

二、網絡層傳輸機制

1. 基站協同架構

   • 蜂窩組網：單基站支持10萬級終端接入，采用獨立載波部署（200kHz帶寬）或LTE帶內部署模式，避免與4G網絡相互干擾‌
   • 終端連接管理：
     ? 心跳包間隔可調（2小時~24小時），PSM模式待機電流低至5μA‌
     ? eDRX擴展非連續接收周期（10分鐘級），降低終端功耗‌

2. 反向控制實現

   • 長連接維持：通過TCP/IP長連接保持終端可達性，服務器下發指令時延＜10秒（相比傳統輪詢模式效率提升80%）‌
   • 數據優先級調度：緊急告警數據（如水浸報警）觸發上行搶占機制，傳輸優先級高于常規狀態上報數據‌

NBIOT雙工模式
NB-的IoT技術是基于現有的LTE標準，包括在下行鏈路中使用的OFDMA（正交頻分多址）接入（DL）和SC-FDMA（單載波頻分多址）接入上行鏈路（UL）信道，時間 - 頻率結構，信道編碼等等。這顯著減少了時間規范開發，并開發和組織網絡和客戶端設備的生產。可用于部署NB-IoT的3GPP版本13中可用的所有頻帶都是頻率雙工頻帶。然而，盡管如此，M2M終端（M2M-UE）可以在任何時間用于接收或傳輸。從傳輸模式（UL）到接收模式（DL）的轉換伴隨著保護子幀（SF）的插入，其允許M2M-UE切換發送器和接收器鏈。這種類型的訪問稱為半雙工，具有分頻（HD-FDD - 半雙工FDD）。


HD-FDD是對FDD-LTE進行閹割得到的一種LTE標準，僅支持半雙工，半雙工數據傳輸指數據可以在一個信號載體的兩個方向上傳輸，但是不能同時傳輸。例如在一個局域網上使用具有半雙工傳輸技術，一個工作站可以在線上發送數據，然后立即在線上接收數據，這些數據來自數據剛剛傳輸的方向。像全雙工一樣，半雙工包含一個雙向鏈路。


H-FDD與FDD的差別在于終端不允許同時進行信號的接收和發送，這就是上面說的半雙工，這樣的特性決定了H-FDD基站和FDD基站是一樣的，但是H-FDD終端相對與FDD來說可以簡化，只保留一套收發機就OK，進一步簡化了成本。


說一下對FDD-LTE的理解：首先FDD指頻分雙工，指上行鏈路和下行鏈路采用兩個分開的頻率，并且對頻率間隔有一定的要求。在FDD中，任何雙工信道實際上都是由兩個單工信道所組成的，利用在用戶和基站里的稱為雙工器的設備，允許同時在雙工信道上進行無線發射和接收。

為了解決現有蜂窩網傳輸方式功耗高、無法支持長續航的缺點，NB-IoT通過簡化系統流程、加快傳輸速度等方式來降低終端功耗，提高續航能力，滿足物聯網業務的長續航需求。

　　從傳輸內容看，可以傳輸三種數據類型，分別為IP、非IP（Non-IP）和短消息（SMS）。IP傳輸與LTE下傳輸的差異不大，SMS傳輸方式相比傳統有一定的改動。

　　非IP類型的傳輸為NB-IoT新引入的數據類型，如果終端采用該類型的傳輸，在PDN連接過程中網絡不為終端分配IP地址，該數據類型的傳輸有兩條路徑，一條為通過傳統的IP類型的傳輸路徑；另一條為通過新引入的SCEF進行傳輸。非IP類型數據的路由有兩種方式，一種為在PDN連接建立過程中P-GW為終端分配IP地址，但該地址不傳輸給UE，只保存在P-GW內部，P-GW后的選址與原LTE相同；另一種方式為采用綁定的方式，采用上層應用的標識進行尋址。將UE傳輸的數據與SCEF及AS綁定。

　　NB-IoT傳輸方式可分為三類：控制面傳輸、用戶面傳輸和短消信傳輸。下面將針對這三類傳輸方式展開介紹。

1、控制面傳輸

　　由于CIoT終端大部分時候都是小包傳輸，并且發包間隔較長，為了節省開銷，提出了控制面數據傳輸方案。控制面數據傳輸方案針對小數據傳輸進行優化，支持將IP數據包、非IP數據包或SMS封裝到NAS協議數據單元（PDU）中傳輸，無須建立數據無線承載（DRB）和基站與S-GW之間的S1-U承載，節省了終端和系統的開銷，簡化了終端和網絡的實現，節省了端到端各網元的成本。

　　控制面數據傳輸是通過RRC、S1-AP協議進行NAS傳輸，并通過MME與S-GW之間，以及S-GW與P-GW之間的GTP-U隧道來實現。對于非IP數據，也可以通過MME與SCEF之間的連接來實現。

　　當采用控制面優化時，MME應支持封裝在NAS PDU中的小包數據傳輸；并通過與S-GW之間建立S11-U連接，完成小包數據在MME與S-GW之間的傳輸。

 　　對于IP數據，UE和MME可基于RFC4995定義的ROHC框架執行IP頭壓縮。對于上行數據，UE執行ROHC壓縮器的功能，MME執行ROHC解壓縮器的功能。對于下行數據，MME執行ROHC壓縮器的功能，UE執行ROHC解壓縮器的功能。通過IP頭壓縮功能，可以有效節省IP頭的開銷，提高數據傳輸效率。

三、終端硬件實現

1. 天線設計

   • 全向天線方案：采用柔性PCB板或FPC天線，增益范圍-2dBi~3dBi，適配井蓋/表計等隱蔽安裝場景‌
   • 定向增強方案：金屬外殼設備采用外置陶瓷天線，通過50Ω阻抗匹配降低駐波比（VSWR＜1.5）‌

2. 射頻前端優化

   • 低功耗PA模塊：發射功率≤23dBm，支持自適應功率回退（步進精度0.1dB），延長電池壽命‌
   • 抗干擾濾波器：集成SAW濾波器抑制2G/4G頻段帶外干擾（抑制度≥40dB）‌

四、典型應用對比

技術演進：2025年NB-IoT Release 17標準新增TDD雙工模式，支持動態頻譜共享（DSS），實現與5G NR的協同組網‌。