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近年来，可穿戴技术促进了电子产品行业的复苏。随着电子产品购买指数的持续上升，预计到2019年，全球将有超过1.5亿的可穿戴设备。健身、医疗保健监测、救援和应急管理等生命健康方面的产品，在可穿戴设备中占据最大的市场份额。为了这个满足市场需求，第三代合作伙伴计划(3GPP)引入了一种新的无线接入技术，称为窄带物联网(NB-IoT)。NB-IoT的通讯产品如NB-IoT模块实现了低数据速率通信、长电池寿命、低设备成本和信号覆盖范围广等要求。
NB-IoT的来源和实际应用
NB-IoT基于最小带宽为180kHz的现有长期演进(LTE)功能，其对应于LTE传输中的一个物理资源块(PRB)。在180kHz的最小频谱需求下，NB-IoT可以以三种可能的工作模式部署：(1)作为专用载波，单独作为专用载波，(2)在现有LTE载波的PRB内的频带，和在现有LTE载波的保护频带内。自NB-iot预期采用基于现有LTE功能的设计，可以重用相同的硬件和共享频谱而不存在共存问题。NB-IOT系统的详细描述可以在标准Tr45.8201中找到。
然而，为了在实际应用中部署NB-IoT，小区吞吐量、设备容量和延迟是运营商感兴趣的关键性能指标。稳恒技术报告给出了NB-IoT在独立部署中的系统级评估，并且表明单载波频分多址(FDMA)比在上行链路中使用高斯最小移位键控(GMSK)的FDMA具有更高的3倍最大频谱效率，其中转化为设备容量优势。此外，还表明，具有15kHz载波间隔的下行链路能够提供每个小区52K设备的期望容量。诺基亚网络在技术报告中介绍了NB-IoT在频带内部署中的容量评估，其中有12个子载波，在下行链路和上行链路中子载波间隔为15kHz。结果表明，带内部署NB-IOT系统的容量为71K设备/小区，信息包大小为32字节。此外，PNASA等人提出了NB-IOT应用于智能电网应用的容量分析。结果表明，NB IOT满足低数据速率应用的要求。然而，当考虑控制信道和信令开销时，预期下行链路和上行链路的NB-IoT容量将更低，这在这些研究中没有考虑。此外，已经在固定的信息包大小上执行容量评估。在IoT应用场景中，预期不同的设备将彼此通信或与基站通信，每个设备具有自己的信息分组大小。因此，将评估限制到某个分组大小不是一个现实的假设。不管NB-IOT将运行的用例情形，合适的解决方案都不能被评估。
NB-IoT模块在医疗行业中的应用
NB-IOT可以应用于广泛的应用领域。主要的目标应用包括但不限于智能城市、个人物联网应用、智能电网、智能计量、物流、工业监控、农业等。远程健康监测系统。这些系统构成通过长距离无线链路进行通信以发送或接收信息的无线传感器。NB-IoT能够使用已经部署的蜂窝基站，并覆盖整个设施(例如，医院、工厂、大学校园、停车场或购物中心)和该区域中的所有人。NB IOT保证终端用户终端(例如，传感器节点)即使电池供电也会有很长的使用寿命。然而，每个应用程序的特征在于不同的覆盖需求和性能要求，例如数据速率或延迟阈值限制。例如，医疗保健通常需要监测出汗、呼吸频率、体温、脉搏率和血压;可能需要每个传感器高达2Kbps的数据速率。另一方面，对于救援和重要应用，以及生命体征监测、GPS位置、运动传感器可能需要高达200Kbps 6的数据速率。在目前的医疗监护系统中，包含两种类型的系统设计：
1、单传感器节点设计(SND)：在该设计中，每个传感器节点，例如温度传感器、呼吸速率传感器等，都被视为单个节点，并且每个节点都有自己的传输模块。因此，每个节点以延迟和数据速率要求直接向基站发送数据。在这种设计中，对于每个患者，需要多个传输链路与基站。
2、多传感器节点设计(MND)：不同于SND，所有的传感器都连接到中央处理单元，中央处理单元负责数据处理和向基站8的传输。这种设计只需要每个基站的一个传输链路。
NB-IoT系统性能检测
NB-IoT的系统级性能通过蒙特卡罗模型在有效吞吐量、支持的设备数量和延迟方面进行评估。使用表2和3.2小节给出的设置，对500多个随机样本进行带内和独立部署的模拟。
使用SND和MND的不同部署场景中的平均有效吞吐量的累积分布函数(CDF)显示，有效吞吐量定义为具有控制信息的所有开销的每秒传输的信息比特数。NB-IoT在下行链路和上行链路中可以实现的最大有效吞吐量显著低于峰值数据速率226.7kbps和250kbps。这是由于与控制信道，特别是下行链路中的NPDCCH的开销相比，信息分组大小较小，这需要大量重复才能成功传输。此外，在上行链路中，30%的资源被保留用于NPRACH，并且一些用于NPUSCH格式2分组10。这导致性能下降。另一方面，在MND中，随着分组大小的提高，观察到吞吐量的显著增益。此外，由于LTE控制信息的存在，与独立部署相比，带内部署性能显著降低。
在不同部署场景中SND和MND都可以服务的患者的平均数目。MND显著改善了患者的支持数量。这是由于分组大小的增加，从而减少了每个病人的传输次数。因此，导致较少的开销成本和更多的患者可以得到支持。随着包大小的增加，有效吞吐量增加。然而，吞吐量的增加是用更大的延迟实现的。
给出了NB-IOT在不同场景下的等待时间。延迟被定义为完成传输所需的平均时间以及所需的开销控制信息。可以看出，随着分组大小的增加，分组所需的传输时间也增加，导致网络中所有设备的延迟增加。然而，增加的包大小也提高了吞吐量和每个细胞服务的患者数。从上面的讨论可以看出，分组大小、支持的设备数量、延迟和吞吐量显著地相互依赖。
