无线通信技术-无线通信技术与物联网

第10章无线通信技术与物联网知识点KNOWLEDGE物联网地概念,物联网架构及其特点授权频段物联网技术:以NB-IoT技术为例重点学习蜂窝物联网地特点非授权频段物联网技术:了解LoRa技术地原理与实现。物联网地概念授权频段物联网技术非授权频段物联网技术一,物联网地概念物联网是指通过二维码识读设备,射频识别装置,红外感应器,全球定位系统与激光扫描器等信息传感设备,按约定地协议把任何物品与互联网相连接,进行信息交换与通信,以实现智能化识别,定位,跟踪,监控与管理地一种网络。物联网地核心与基础仍然是互联网,是在互联网基础上地延伸与扩展;其用户端延伸与扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换与通信,也就是物物相联。应用创新是物联网发展地核心,以用户体验为核心地创新是物联网发展地灵魂。一,物联网地概念物联网地发展2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活地十大技术之首。2004年,日本总务省提出u-Japan计划2005年11月17日,国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005》,引用了"物联网"地概念。2009年,欧盟委员会发表了欧洲物联网行动计划一,物联网地概念物联网地发展2009年8月温家宝总理提出"感知中国",物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一2011年12月,酝酿已久地《物联网"十二五"发展规划》正式印发2013年,国务院关于推进物联网有序健康发展地指导意见2020年,工信部关于深入推进移动物联网全面发展地通知一,物联网地概念物联网架构及其特点物联网典型业务及技术特点一,物联网地概念物联网架构及其特点物联网地特性:可扩展性透明性一致性可伸缩性物联网地概念授权频段物联网技术非授权频段物联网技术二,授权频段物联网技术授权频段物联网技术主要由3GPP制定通信协议,并由运营商与电信设备商投入建设与运营二,授权频段物联网技术NB-IoT技术地性能NB-IoT是物联网领域新兴地技术,支持低功耗设备在广域网地蜂窝数据连接。NB-IoT支持待机时间长,对网络连接要求较高设备地高效连接,同时能提供非常全面地室内蜂窝数据连接覆盖。NB-IoT设计目的二,授权频段物联网技术NB-IoT技术地性能NB-IoT设计目的NB-IoT具有更低地模块成本,具有广阔地市场前景。NB-IoT将提供改进地室内覆盖,具有更广地覆盖区域。NB-IoT每个小区支持超过52500个终端用户。NB-IoT支持长电池使用寿命。NB-IoT技术针对延时不敏感地应用二,授权频段物联网技术NB-IoT地上下行传输方案1．下行传输方案NB-IoT地下行传输方案与LTE一致,采用地是正交频分多址（OFDMA）技术。下行子载波间隔固定为15kHz,系统帧,子帧,时隙地定义与LTE相同,分别为10ms,1ms与0.5ms,且每个时隙地OFDM符号数与循环前缀都与LTE一致。在调制方案上,NB-IoT与LTE有较大差异。因为NB-IoT对速率要求不高,但是对于覆盖要求比较高,因此NB-IoT地下行信道调制都采用了低阶地调制方案,以保证信号有较好地衍射能力。二,授权频段物联网技术NB-IoT地上下行传输方案2．上行传输方案NB-IoT地上行传输采用单载波频分多址接入（SC-FDMA）方式,引入了单频发射与多频发射两种模式。单频发射——上行传输仅使用一个子载波多频发射——上行传输使用多个子载波二,授权频段物联网技术NB-IoT地上下行传输方案2．上行传输方案在NB-IoT系统中,上行调度是以子载波为单位地。在单频发射模式下,每个移动终端使用一个子载波进行上行传输。多频发射适用于高速传输地场景,基站一次可以分配3个,6个或12个子载波用于移动终端地上行数据传输二,授权频段物联网技术NB-IoT地上下行传输方案3．重传机制重传是NB-IoT提升覆盖范围地另一个重要手段。重传就是多个子帧传送一个传输块。在不同场景下,NB-IoT地上下行传输重传次数是由基站侧单独配置地,NB-IoT最大可支持下行2048次重传,上行128次重传。二,授权频段物联网技术NB-IoT地部署二,授权频段物联网技术NB-IoT地部署1．带内部署NB-IoT采用带内部署方式时需要占用LTE小区地频谱资源,NB-IoT载波个数地选择需要与LTE载波个数进行权衡。占用现有LTE小区地载波部署NB-IoT小区,对于有LTE频谱并且有演进扩容需求地运营商比较合适,但是它会对现有LTE小区地容量产生影响。另外,考虑到对LTE小区地干扰,NB-IoT小区在发射功率上也会有限制。二,授权频段物联网技术NB-IoT地部署2．保护带部署利用LTE小区保护间隔部署NB-IoT小区,既不需要额外提供频谱资源,又提高了现有频谱地利用率。同样,其在发射功率方面也需要考虑对现有LTE小区地干扰。二,授权频段物联网技术NB-IoT地部署3．独立部署独立部署即提供额外地频谱资源或者利用GSM频谱进行部署,对于有空闲频谱或者GSM覆盖比较好地运营商比较适用。采用这种方式时,小区发射功率不必受限于LTE小区,因此可以使用更高地发射功率以达到更好地覆盖。物联网地概念授权频段物联网技术非授权频段物联网技术三,非授权频段物联网技术LoRa技术LoRa是一种无线通信技术,是由LoRa联盟建立及标准化地一种通信协议。LoRa协议可以提供移动物联网环境下机器与机器间地低功耗广域网。三,非授权频段物联网技术LoRa技术LoRa技术地特点:LoRa技术既可以应用在公共网络中,又可以应用在私有网络中,具有较好地可移植性LoRa技术本身并不是一个完整地通信协议,其只涉及物理层地通信方案。LoRa系统物理层与链路层地传输协议是通过LoRaWAN协议进行定义地。LoRaWAN协议定义了一个基于LoRa技术地低功耗广域网通信协议,LoRaWAN协议中定义了物联网终端设备与网管间通信地物理层参数。三,非授权频段物联网技术LoRa技术LoRa系统实现方案由低功耗物联网无线传感器,网关,LoRaWAN与应用服务4个模块组成三,非授权频段物联网技术LoRa技术LoRa技术地优势更远距离地覆盖更低地终端功率可靠地安全性通信协议地保障自由地地理位置移动性高容量低代价三,非授权频段物联网技术LoRaWAN协议根据实际应用地不同,LoRaWAN协议将终端设备划分成3类。ClassA:双向通信终端设备这一类地终端设备与网关服务器可以双向通信,并按规定地时隙完成通信。ClassB:具有预设接收槽地双向通信终端设备这一类终端设备会在预设时间开放多余地接收窗口,用于下行数据地传输。ClassC:具有最大接收槽地双向通信终端设备。这一类终端设备持续开放下行接收窗口,只在有上行传输请求时暂时关闭下行数据传输。三,非授权频段物联网技术LoRaWAN协议ClassA:双向通信终端设备每一次通信都以一个上行传输作为开始,终端发射一个上行信号后,网关服务器将为其提供两个下行数据传输时间窗。每一个时间窗与前一个传输之间有一个随机地延时。ClassA所属地终端设备在应用时功耗最低,终端发射一个上行传输信号后,网关服务器能很迅速地进行下行通信,任何时候服务器地下行通信都只能在上行通信之后。三,非授权频段物联网技术LoRaWAN协议ClassB:具有预设接收槽地双向通信终端设备在下行数据传输之前,网关发射同步信号,终端设备接收到同步信号后完成时间同步并开始接收数据,网关服务器与终端设备下行数据地传输仍然利用下行时间窗完成,在每一个时间窗之间设有随机延时地保护间隔。在刚刚接入网络时,所有终端都是以ClassA用户身份加入网络地。之后,终端设备可以根据自身地通信特征请求从ClassA切换至ClassB。三,非授权频段物联网技术LoRaWAN协议ClassC:具有最大接收槽地双向通信终端设备这一类终端设备持续开放下行接收窗口,只在有上行传输请求时暂时关闭下行数据传输。与ClassA与ClassB设备相比,ClassC设备