第10章無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)點(diǎn)KNOWLEDGE物聯(lián)網(wǎng)地概念,物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及其特點(diǎn)授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù):以NB-IoT技術(shù)為例重點(diǎn)學(xué)習(xí)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)地特點(diǎn)非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù):了解LoRa技術(shù)地原理與實(shí)現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)地概念授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一,物聯(lián)網(wǎng)地概念物聯(lián)網(wǎng)是指通過二維碼識(shí)讀設(shè)備,射頻識(shí)別裝置,紅外感應(yīng)器,全球定位系統(tǒng)與激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定地協(xié)議把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接,進(jìn)行信息交換與通信,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別,定位,跟蹤,監(jiān)控與管理地一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)地核心與基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上地延伸與擴(kuò)展;其用戶端延伸與擴(kuò)展到了任何物品與物品之間進(jìn)行信息交換與通信,也就是物物相聯(lián)。應(yīng)用創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展地核心,以用戶體驗(yàn)為核心地創(chuàng)新是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展地靈魂。一,物聯(lián)網(wǎng)地概念物聯(lián)網(wǎng)地發(fā)展2003年,美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》提出傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來改變?nèi)藗兩畹厥蠹夹g(shù)之首。2004年,日本總務(wù)省提出u-Japan計(jì)劃2005年11月17日,國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005》,引用了"物聯(lián)網(wǎng)"地概念。2009年,歐盟委員會(huì)發(fā)表了歐洲物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃一,物聯(lián)網(wǎng)地概念物聯(lián)網(wǎng)地發(fā)展2009年8月溫家寶總理提出"感知中國(guó)",物聯(lián)網(wǎng)被正式列為國(guó)家五大新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一2011年12月,醞釀已久地《物聯(lián)網(wǎng)"十二五"發(fā)展規(guī)劃》正式印發(fā)2013年,國(guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)有序健康發(fā)展地指導(dǎo)意見2020年,工信部關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展地通知一,物聯(lián)網(wǎng)地概念物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及其特點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)典型業(yè)務(wù)及技術(shù)特點(diǎn)一,物聯(lián)網(wǎng)地概念物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)及其特點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)地特性:可擴(kuò)展性透明性一致性可伸縮性物聯(lián)網(wǎng)地概念授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要由3GPP制定通信協(xié)議,并由運(yùn)營(yíng)商與電信設(shè)備商投入建設(shè)與運(yùn)營(yíng)二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT技術(shù)地性能NB-IoT是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域新興地技術(shù),支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)地蜂窩數(shù)據(jù)連接。NB-IoT支持待機(jī)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備地高效連接,同時(shí)能提供非常全面地室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋。NB-IoT設(shè)計(jì)目的二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT技術(shù)地性能NB-IoT設(shè)計(jì)目的NB-IoT具有更低地模塊成本,具有廣闊地市場(chǎng)前景。NB-IoT將提供改進(jìn)地室內(nèi)覆蓋,具有更廣地覆蓋區(qū)域。NB-IoT每個(gè)小區(qū)支持超過52500個(gè)終端用戶。NB-IoT支持長(zhǎng)電池使用壽命。NB-IoT技術(shù)針對(duì)延時(shí)不敏感地應(yīng)用二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地上下行傳輸方案1．下行傳輸方案NB-IoT地下行傳輸方案與LTE一致,采用地是正交頻分多址（OFDMA）技術(shù)。下行子載波間隔固定為15kHz,系統(tǒng)幀,子幀,時(shí)隙地定義與LTE相同,分別為10ms,1ms與0.5ms,且每個(gè)時(shí)隙地OFDM符號(hào)數(shù)與循環(huán)前綴都與LTE一致。在調(diào)制方案上,NB-IoT與LTE有較大差異。因?yàn)镹B-IoT對(duì)速率要求不高,但是對(duì)于覆蓋要求比較高,因此NB-IoT地下行信道調(diào)制都采用了低階地調(diào)制方案,以保證信號(hào)有較好地衍射能力。二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地上下行傳輸方案2．上行傳輸方案NB-IoT地上行傳輸采用單載波頻分多址接入（SC-FDMA）方式,引入了單頻發(fā)射與多頻發(fā)射兩種模式。單頻發(fā)射——上行傳輸僅使用一個(gè)子載波多頻發(fā)射——上行傳輸使用多個(gè)子載波二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地上下行傳輸方案2．上行傳輸方案在NB-IoT系統(tǒng)中,上行調(diào)度是以子載波為單位地。在單頻發(fā)射模式下,每個(gè)移動(dòng)終端使用一個(gè)子載波進(jìn)行上行傳輸。多頻發(fā)射適用于高速傳輸?shù)貓?chǎng)景,基站一次可以分配3個(gè),6個(gè)或12個(gè)子載波用于移動(dòng)終端地上行數(shù)據(jù)傳輸二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地上下行傳輸方案3．重傳機(jī)制重傳是NB-IoT提升覆蓋范圍地另一個(gè)重要手段。重傳就是多個(gè)子幀傳送一個(gè)傳輸塊。在不同場(chǎng)景下,NB-IoT地上下行傳輸重傳次數(shù)是由基站側(cè)單獨(dú)配置地,NB-IoT最大可支持下行2048次重傳,上行128次重傳。二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地部署二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地部署1．帶內(nèi)部署NB-IoT采用帶內(nèi)部署方式時(shí)需要占用LTE小區(qū)地頻譜資源,NB-IoT載波個(gè)數(shù)地選擇需要與LTE載波個(gè)數(shù)進(jìn)行權(quán)衡。占用現(xiàn)有LTE小區(qū)地載波部署NB-IoT小區(qū),對(duì)于有LTE頻譜并且有演進(jìn)擴(kuò)容需求地運(yùn)營(yíng)商比較合適,但是它會(huì)對(duì)現(xiàn)有LTE小區(qū)地容量產(chǎn)生影響。另外,考慮到對(duì)LTE小區(qū)地干擾,NB-IoT小區(qū)在發(fā)射功率上也會(huì)有限制。二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地部署2．保護(hù)帶部署利用LTE小區(qū)保護(hù)間隔部署NB-IoT小區(qū),既不需要額外提供頻譜資源,又提高了現(xiàn)有頻譜地利用率。同樣,其在發(fā)射功率方面也需要考慮對(duì)現(xiàn)有LTE小區(qū)地干擾。二,授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT地部署3．獨(dú)立部署獨(dú)立部署即提供額外地頻譜資源或者利用GSM頻譜進(jìn)行部署,對(duì)于有空閑頻譜或者GSM覆蓋比較好地運(yùn)營(yíng)商比較適用。采用這種方式時(shí),小區(qū)發(fā)射功率不必受限于LTE小區(qū),因此可以使用更高地發(fā)射功率以達(dá)到更好地覆蓋。物聯(lián)網(wǎng)地概念授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)LoRa是一種無線通信技術(shù),是由LoRa聯(lián)盟建立及標(biāo)準(zhǔn)化地一種通信協(xié)議。LoRa協(xié)議可以提供移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下機(jī)器與機(jī)器間地低功耗廣域網(wǎng)。三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)LoRa技術(shù)地特點(diǎn):LoRa技術(shù)既可以應(yīng)用在公共網(wǎng)絡(luò)中,又可以應(yīng)用在私有網(wǎng)絡(luò)中,具有較好地可移植性LoRa技術(shù)本身并不是一個(gè)完整地通信協(xié)議,其只涉及物理層地通信方案。LoRa系統(tǒng)物理層與鏈路層地傳輸協(xié)議是通過LoRaWAN協(xié)議進(jìn)行定義地。LoRaWAN協(xié)議定義了一個(gè)基于LoRa技術(shù)地低功耗廣域網(wǎng)通信協(xié)議,LoRaWAN協(xié)議中定義了物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備與網(wǎng)管間通信地物理層參數(shù)。三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)LoRa系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案由低功耗物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器,網(wǎng)關(guān),LoRaWAN與應(yīng)用服務(wù)4個(gè)模塊組成三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRa技術(shù)LoRa技術(shù)地優(yōu)勢(shì)更遠(yuǎn)距離地覆蓋更低地終端功率可靠地安全性通信協(xié)議地保障自由地地理位置移動(dòng)性高容量低代價(jià)三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRaWAN協(xié)議根據(jù)實(shí)際應(yīng)用地不同,LoRaWAN協(xié)議將終端設(shè)備劃分成3類。ClassA:雙向通信終端設(shè)備這一類地終端設(shè)備與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器可以雙向通信,并按規(guī)定地時(shí)隙完成通信。ClassB:具有預(yù)設(shè)接收槽地雙向通信終端設(shè)備這一類終端設(shè)備會(huì)在預(yù)設(shè)時(shí)間開放多余地接收窗口,用于下行數(shù)據(jù)地傳輸。ClassC:具有最大接收槽地雙向通信終端設(shè)備。這一類終端設(shè)備持續(xù)開放下行接收窗口,只在有上行傳輸請(qǐng)求時(shí)暫時(shí)關(guān)閉下行數(shù)據(jù)傳輸。三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRaWAN協(xié)議ClassA:雙向通信終端設(shè)備每一次通信都以一個(gè)上行傳輸作為開始,終端發(fā)射一個(gè)上行信號(hào)后,網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將為其提供兩個(gè)下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間窗。每一個(gè)時(shí)間窗與前一個(gè)傳輸之間有一個(gè)隨機(jī)地延時(shí)。ClassA所屬地終端設(shè)備在應(yīng)用時(shí)功耗最低,終端發(fā)射一個(gè)上行傳輸信號(hào)后,網(wǎng)關(guān)服務(wù)器能很迅速地進(jìn)行下行通信,任何時(shí)候服務(wù)器地下行通信都只能在上行通信之后。三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRaWAN協(xié)議ClassB:具有預(yù)設(shè)接收槽地雙向通信終端設(shè)備在下行數(shù)據(jù)傳輸之前,網(wǎng)關(guān)發(fā)射同步信號(hào),終端設(shè)備接收到同步信號(hào)后完成時(shí)間同步并開始接收數(shù)據(jù),網(wǎng)關(guān)服務(wù)器與終端設(shè)備下行數(shù)據(jù)地傳輸仍然利用下行時(shí)間窗完成,在每一個(gè)時(shí)間窗之間設(shè)有隨機(jī)延時(shí)地保護(hù)間隔。在剛剛接入網(wǎng)絡(luò)時(shí),所有終端都是以ClassA用戶身份加入網(wǎng)絡(luò)地。之后,終端設(shè)備可以根據(jù)自身地通信特征請(qǐng)求從ClassA切換至ClassB。三,非授權(quán)頻段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)LoRaWAN協(xié)議ClassC:具有最大接收槽地雙向通信終端設(shè)備這一類終端設(shè)備持續(xù)開放下行接收窗口,只在有上行傳輸請(qǐng)求時(shí)暫時(shí)關(guān)閉下行數(shù)據(jù)傳輸。與ClassA與ClassB設(shè)備相比,ClassC設(shè)備