金榮華

摘要：窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）是一種新型的物與物相連的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，具有覆蓋廣泛、并發(fā)接入終端多、傳輸速率小、電力功耗低、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有較廣闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合筆者多年對(duì)NB-IOT的研究實(shí)踐，重點(diǎn)描述了車聯(lián)網(wǎng)、智能城市管網(wǎng)、智能抄表等應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)描述了NB-IOT的關(guān)鍵技術(shù)，比如自適應(yīng)技術(shù)、多載波聚合傳輸技術(shù)等，為NB-IOT在多領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考和輔助。

【關(guān)鍵詞】窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng) 智能抄表 車聯(lián)網(wǎng)自適應(yīng)

1 引言

隨著移動(dòng)通信、光纖通信的快速發(fā)展，人與人之間的通信已經(jīng)得到了極大的改進(jìn)，提高了人類互聯(lián)互通的信息化水平。隨著人與人之間通信的盛行，物與物之間的通信也開(kāi)始進(jìn)入到研究者的視野，可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、工業(yè)4.0、智慧城市等興起，利用傳感器實(shí)現(xiàn)物與物之間的連接通信，具有重要的應(yīng)用前景。窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）是一種基于傳統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的物與物通信技術(shù)，目前許多運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商正在進(jìn)行研究，形成了許多的應(yīng)用成果，并且在部分領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2 NB-IOT應(yīng)用現(xiàn)狀研究

隨著NB-IOT的研究和改進(jìn)，其廣袤的市場(chǎng)前景開(kāi)始吸引諸多研究院所和生產(chǎn)廠家，具有較強(qiáng)的適應(yīng)場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)性能、可管可控等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。

車輛網(wǎng)主要是通過(guò)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)車輛連接在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息的檢測(cè)、傳輸和共享。目前，基于NB-IOT的車聯(lián)網(wǎng)最常見(jiàn)的應(yīng)用就是碰撞檢測(cè)、電子路牌、紅綠燈警告、車輛診斷，可以利用這些信息規(guī)劃車輛行駛路徑，管理城市交通，提高人們出行的效率，緩解交通壓力，同時(shí)也可以將車輛周邊附近的娛樂(lè)、餐廳、社交等生活信息通過(guò)NB-IOT發(fā)送給車輛終端，提高人們生活的便捷性和娛樂(lè)性。碰撞檢測(cè)可以使用NB-IOT網(wǎng)絡(luò)計(jì)算每一輛行車與附近車輛的距離，同時(shí)將這些距離信息準(zhǔn)確地提供給駕駛員，駕駛員就可以獲知車輛四周的物體狀況，避免發(fā)生碰撞。電子路牌是一種NB-IOT信息應(yīng)用，其可以結(jié)合GPS與城市地圖，同時(shí)展現(xiàn)每一個(gè)交通路口的詳細(xì)信息，為車輛行駛提供決策和指揮。車輛診斷功能可以利用NB-IOT的傳感器采集車輛自身的狀態(tài)信息，比如采集車輪、檔位、發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器等，查看這些設(shè)備組件是否需要維護(hù)或更換，以便保證汽車的正常運(yùn)行。

智慧城市建設(shè)中，城市管網(wǎng)是一個(gè)城市安全運(yùn)行的生命線，城市管道建設(shè)面臨著許多威脅，比如第三方開(kāi)挖、機(jī)械故障、管道腐蝕、控制系統(tǒng)失靈等，因此智能管網(wǎng)建設(shè)需要采用標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化和共享化的NB-IOT技術(shù)，其可以將管網(wǎng)建設(shè)的主動(dòng)脈、交通路網(wǎng)等集成在一起，利用NB-IOT實(shí)現(xiàn)對(duì)城市管網(wǎng)的精確探測(cè)和地下標(biāo)識(shí)?；贜B-IOT的智能管網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，需要將智能管網(wǎng)的信息、計(jì)算機(jī)信息集成在一起，開(kāi)發(fā)一個(gè)直觀化、形象化、共享化和數(shù)字化的軟件，并且利用云計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)用戶操作和管理。

3 NB-IOT應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究

NB-IOT基于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)而成，其應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)包括很多，比如傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)等。由于NB-IOT屬于互聯(lián)網(wǎng)范疇，本文重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)，也即是多輸入多輸出技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)和多載波聚合傳輸技術(shù)。

3.1多輸入多輸出技術(shù)

NB-IOT可以利用多天線技術(shù)抑制信道傳輸衰弱，獲得分集增益、空間復(fù)用增益和陣列增益，在發(fā)送端和接收端均采用多天線實(shí)現(xiàn)信號(hào)同時(shí)發(fā)送和接收，因此就形成了一個(gè)并行的多空間信道，充分利用空間信道傳輸資源，在不增加系統(tǒng)帶寬和天線發(fā)射總功率的條件下提供空間分集增益，在多徑衰落信道中提高傳輸?shù)目煽啃?，也即是?shí)現(xiàn)信息的多輸入多輸出。NB-IOT的多輸入多輸出技術(shù)還采用了預(yù)編碼或波束成型技術(shù)，可以確保一個(gè)或多個(gè)指定方向上的能量形成一個(gè)陣列增益，允許在不同方向上的多個(gè)用戶同時(shí)獲得服務(wù)，NB-IOT的多輸入多輸出技術(shù)可以突破傳統(tǒng)的單輸入單輸出信道容量存在的瓶頸問(wèn)題，充分利用空間信道的弱相關(guān)性形成空間復(fù)用增益，在多個(gè)相互獨(dú)立的空間信道上傳遞不同類型的數(shù)據(jù)流，不需要增加物理帶寬，就可以成倍地增大NB-IOT的容量。

3.2 自適應(yīng)技術(shù)

自適應(yīng)技術(shù)是現(xiàn)代無(wú)線通信的一個(gè)重要標(biāo)志，NB-IOT采用自適應(yīng)技術(shù)，可以保證通信質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)化，根據(jù)信道的傳輸環(huán)境的變化，適時(shí)地改變NB-IOT的發(fā)送、接收參數(shù)。目前常用的自適應(yīng)技術(shù)包括自適應(yīng)資源分配技術(shù)、自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)、自適應(yīng)功率控制技術(shù)和自適應(yīng)重傳技術(shù)。NB-IOT采用自適應(yīng)技術(shù)，可以利用最新的理論和技術(shù)，為NB-IOT提供一個(gè)全方位的自適應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)地感知人為、自然噪聲和頻率干擾，實(shí)時(shí)分析信道的通信特性，識(shí)別干擾等級(jí)，動(dòng)態(tài)地優(yōu)化NB-IOT。

3.3 多載波聚合傳輸技術(shù)

NB-IOT采用了多載波聚合傳輸技術(shù)，其是一種正交頻分復(fù)用技術(shù)，可以將信道劃分為多個(gè)正交的信道，能夠?qū)⒁粋€(gè)高速數(shù)據(jù)流分解成并行的多個(gè)低速子數(shù)據(jù)流，然后將這些數(shù)據(jù)調(diào)制到信道上，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。正交信號(hào)可以在接收端實(shí)現(xiàn)分離，避免各個(gè)信道之間的相互干擾，由于信道相關(guān)帶寬大于子信道的信號(hào)傳輸帶寬，每一個(gè)子信道都可以作為平坦性衰落，消除了各個(gè)符號(hào)之間的干擾。NB-IOT采用多載波聚合傳輸技術(shù)，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也可以解決頻率不足等問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

NB-IOT是一種應(yīng)用前景廣闊、潛力巨大的無(wú)線通信技術(shù)，其可以進(jìn)一步改進(jìn)物與物之間的通信傳輸能力，促進(jìn)人類社會(huì)的信息化、智能化，具有重要的作用和意義。

參考文獻(xiàn)

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