本書詳細講解了物聯網相關技術，包括各類非授權頻譜（私有物聯網技術和3GPP主導的授權頻譜）物聯網技術，其中窄帶物聯網（NB-IoT）技術是本書的重點。第1～2章介紹移動通信技術近40年的發展歷程，著重介紹ITU及3GPP組織主導的5G標準進展、應用場景、核心指標（5G KPI）要求及關鍵技術。第3～6章詳細介紹NB-IoT基本概念、物理層原理、基本過程和數據傳輸模式。第7章解析NB-IoT物聯網網絡中常用的信令信息內容，對從事NB-IoT物聯網系統及終端開發與測試以及網絡維護的工程師有更大的參考意義，更方便讀者查對和比較相關信令消息內容，實用性和針對性強。本書既適合移動物聯網行業的測試工程師、研發工程師和NB-IoT網絡運營維護人員以及第三方應用開發平臺的工程師閱讀，也適合從事物聯網終端行業特別是NB-IoT終端模塊研發和測試的工程師參考，同時可供大專院校電子與通信相關專業的師生參考閱讀。
前 言
當前移動通信技術的發展日新月異，4G-LTE演進部署正當其時，5G及NB-IoT物聯網技術又要登場，盡管目前很多私有的采用非授權頻譜的物聯網技術已經發展應用了很多年，但都不溫不火，沒有爆發大規模商用。但是隨著3GPP主導的、能可靠運營的、電信級的、具備統一開放標準的NB-IoT物聯網技術在2016年年底橫空出世，并很快后來居上，大有一統江湖之勢，全球各大通信運營商、網絡設備商和終端模塊制造商及第三方物聯網服務與應用提供方等共同掀起了大規模開發、測試和部署NB-IoT物聯網的熱潮。
目前圖書市場上雖然有一些5G和物聯網方面的圖書出版，但是很少有專門論述NB-IoT技術的書籍。正是在這樣的背景之下，本書編著者抓住了這個市場熱點和圖書出版需求，基于3G/4G-LTE移動通信行業的豐富經驗和當前從事NB-IoT開發測試工作的基礎上，決心總結編寫一部重點論述NB-IoT物聯網技術的書籍，同時也兼顧介紹5G標準與關鍵技術以及其他各類非授權頻譜的私有物聯網技術，以期滿足廣大從事NB-IoT物聯網技術的相關人員的迫切需求。
本書采用以點帶面、點面結合的方法，既概述了當前5G的標準進展、核心指標要求、關鍵技術與應用場景，又總結了當下流行的各類物聯網技術及其發展應用，最后重點深入論述3GPP主導的NB-IoT物聯網技術的實現原理、基本過程、數據傳輸和消息解讀，而非泛泛而談或簡單翻譯協議，特別適合當前從事NB-IoT技術系統設計、開發與集成測試及網絡維護相關人員參考閱讀或查詢比對。更重要的是，讀者能在一本書中盡覽最新的5G標準與關鍵技術，及各種物聯網技術和NB-IoT技術的詳解。本書附錄中對英文縮略語進行了中文翻譯，其中部分詞匯沒有統一表達，此處僅供參考。
本書由電子工業出版社出版發行，是對編著者多年移動通信行業的工作積累的肯定，在此特別感謝電子工業出版社的策劃編輯曲昕女士，以及出版社其他相關排版、設計、審稿人員的大力支持和辛勤付出。另外，還要感謝家人給予的鼓勵和支持。
盡管編著者已經盡力將出錯的概率降到最小，但錯漏之處仍在所難免。如果發現本書有任何錯漏的地方，歡迎廣大讀者批評指正，不勝感激！
江林華
2018年1月8日于北京
在索尼、阿爾卡特朗訊、北電網絡、摩托羅拉等多家通信設備公司供職，從事按鍵設計、系統測試、系統架構等多種工作。一直在3G、4G網絡演進過程中從事核心產品研發，實踐經驗豐富，對新一代通信網絡技術發展有獨到見解。
目 錄
第1章 5G概述 1
1．1 移動通信發展史 1
1．2 5G技術演進 3
1．3 5G應用場景 5
1．4 5G核心指標 7
1．5 5G關鍵技術 8
1．5．1 毫米波技術 8
1．5．2 大規模天線陣列 8
1．5．3 新型調制編碼技術 9
1．5．4 多載波聚合 11
1．5．5 網絡切片技術 12
1．5．6 設備到設備直接通信 14
1．5．7 超密集異構網絡 14
1．5．8 新型網絡架構 15
第2章 物聯網介紹 17
2．1 物聯網的前世今生 17
2．1．1 物聯網起源與發展 17
2．1．2 物聯網在美國―智慧地球 18
2．1．3 物聯網在中國―感知中國 18
2．2 物聯網特性與應用 19
2．2．1 物聯網特性 19
2．2．2 物聯網應用 21
2．3 物聯網技術分類 22
2．4 授權頻譜物聯網技術 24
2．4．1 3GPP物聯網之路 24
2．4．2 NB-IoT和LTE-M 26
2．5 非授權頻譜物聯網技術 28
2．5．1 Sigfox 28
2．5．2 LoRaWAN 30
2．5．3 RPMA 32
2．5．4 Weightless 33
2．5．5 HaLow 34
第3章 NB-IoT概述 35
3．1 NB-IoT特點 35
3．1．1 超強覆蓋 35
3．1．2 超低功耗 36
3．1．3 超低成本 36
3．1．4 超大容量 36
3．1．5 典型應用 36
3．2 NB-IoT模式 39
3．2．1 網絡架構 40
3．2．2 部署模式 41
3．2．3 雙工模式 43
3．3 NB-IoT頻段 43
3．4 NB-IoT信道 44
3．4．1 下行信道 44
3．4．2 上行信道 45
3．5 NB-IoT覆蓋 47
3．5．1 覆蓋增強手段 47
3．5．2 覆蓋增強等級 48
3．6 NB-IoT功耗 48
3．6．1 降低功耗機制 49
3．6．2 PSM降低功耗 49
3．6．3 eDRX降低功耗 51
3．7 NB-IoT演進增強 51
3．7．1 定位增強 51
3．7．2 多播功能 52
3．7．3 移動性增強 52
3．7．4 語音支持 52
第4章 NB-IoT物理層 53
4．1 物理層概述 53
4．2 物理信號 54
4．2．1 NPSS 54
4．2．2 NSSS 55
4．2．3 NRS 55
4．3 NPBCH 56
4．4 NPDCCH 58
4．4．1 NPDCCH搜索空間 59
4．4．2 NPDCCH盲檢次數 62
4．4．3 NPDCCH格式（DCI） 64
4．4．4 NPDCCH配置 65
4．5 NPDSCH 66
4．5．1 NPDSCH時頻資源 66
4．5．2 NPDSCH時域重復 66
4．6 NPRACH 67
4．6．1 NPRACH跳頻 68
4．6．2 NPRACH格式 69
4．6．3 NPRACH配置 70
4．6．4 MSG3調度 72
4．7 NPUSCH 73
4．7．1 NPUSCH子載波 73
4．7．2 NPUSCH格式 75
4．7．3 NPUSCH配置 77
4．7．4 DM-RS 78
4．8 發送GAP 79
4．8．1 DL發送GAP 79
4．8．2 UL發送GAP 80
第5章 NB-IoT基本過程 81
5．1 NB-IoT移動性管理過程 81
5．1．1 小區重選簡化 81
5．1．2 小區選擇準則 81
5．1．3 小區測量準則 82
5．1．4 小區重選準則 82
5．2 RRC連接管理過程 83
5．2．1 NB-IoT協議棧 83
5．2．2 RRC狀態變化 84
5．2．3 RRC消息列表 85
5．2．4 RRC連接建立過程 86
5．2．5 RRC連接暫停過程 88
5．2．6 RRC連接恢復過程 90
5．3 NB-IoT系統信息過程 92
5．3．1 系統信息分類 92
5．3．2 MIB-NB信息調度 93
5．3．3 SIB1-NB信息調度 93
5．3．4 SIBx-NB信息調度 95
5．3．5 SIBx-NB信息更新 96
5．4 NB-IoT隨機接入過程 97
5．4．1 隨機接入等級 97
5．4．2 隨機接入時序 98
5．4．3 隨機接入步驟 99
5．5 NB-IoT附著過程 103
5．6 NB-IoT多載波配置 105
5．6．1 NB-IoT載波類型 105
5．6．2 Anchor PRB配置 106
第6章 NB-IoT數據傳輸 108
6．1 數據傳輸概述 108
6．2 SMS數據傳輸過程 110
6．2．1 附著過程中單次SMS數據包傳輸 110
6．2．2 附著過程后多次SMS數據包傳輸 112
6．3 EPS控制面數據傳輸 113
6．3．1 EPS控制面數據傳輸概述 113
6．3．2 終端觸發控制面數據傳輸過程 114
6．3．3 尋呼觸發控制面數據傳輸過程 116
6．4 EPS用戶面數據傳輸 117
6．4．1 傳統LTE用戶面數據傳輸過程 117
6．4．2 EPS用戶面優化數據傳輸過程 118
6．4．3 EPS用戶面優化失敗回落過程 120
6．5 NB-IoT數據調度過程 121
6．5．1 下行數據調度 121
6．5．2 上行數據調度 125
6．5．3 SR、BSR和DV 131
6．5．4 鏈路自適應（LA） 134
6．6 NB-IoT功率管理過程 136
6．6．1 上行功率控制 136
6．6．2 功率余量報告 138
6．6．3 下行功率分配 138
第7章 NB-IoT消息解析 139
7．1 系統信息解析 139
7．1．1 MIB-NB 139
7．1．2 SIB1-NB 140
7．1．3 SIB2-NB 141
7．1．4 SIB3-NB 144
7．1．5 SIB4-NB 145
7．1．6 SIB5-NB 145
7．1．7 SIB14-NB 146
7．2 MAC層消息解析 146
7．2．1 DCI Format N0 147
7．2．2 DCI Format N1 147
7．2．3 Random Access Response 147
7．3 RRC消息解析 148
7．3．1 RRC Connection Request 148
7．3．2 RRC Connection Setup 149
7．3．3 RRC Connection Setup Complete 151
7．3．4 DL Information Transfer 151
7．3．5 UL Information Transfer 152
7．3．6 RRC Connection Release 152
7．4 S1AP消息解析 153
7．4．1 Initial UE Message 153
7．4．2 Initial Context Setup Request 154
7．4．3 Initial Context Setup Response 157
7．4．4 Downlink NAS Transport 158
7．4．5 Uplink NAS Transport 159
7．4．6 Paging 160
7．4．7 UE Context Release Command 161
7．4．8 UE Context Release Complete 162
7．5 NAS消息解析 163
7．5．1 Attach Request 163
7．5．2 Authentication Request 173
7．5．3 NAS Security Mode Command 175
7．5．4 Activate Default EPS Bearer Context Request 176
7．5．5 Detach Request 179
7．5．6 Control Plane Service Request 181
7．5．7 Data Transport 183
7．6 終端能力消息解析 187
7．6．1 UE Capability Enquiry 188
7．6．2 UE Capability Information 188
附錄A 縮略語 190
附錄B IETF-RFC規范 197
附錄C 3GPP規范 198
附錄D GSMA規范 200
參考文獻 203
新書資訊