趙朝宏

摘要：大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，通過無線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，使智慧城市建設(shè)得以實(shí)現(xiàn)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，能夠?qū)⒋髷?shù)據(jù)技術(shù)、區(qū)塊鏈、人工智能密切關(guān)聯(lián)在一起，同時(shí)可以應(yīng)用到運(yùn)輸檢測、智能調(diào)度和物流倉儲(chǔ)等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成本與功耗比較低，且覆蓋范圍廣。窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT屬于新興技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用。此次研究主要是探討分析窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員起到參考性價(jià)值。

關(guān)鍵詞：窄帶物聯(lián)網(wǎng);NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)可以優(yōu)化部署各類設(shè)備，且設(shè)備具備通信能力、執(zhí)行能力、計(jì)算能力和感知能力，以此獲取物理信息，借助網(wǎng)絡(luò)傳輸、協(xié)同與處理信息，以此實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)與交換。NB-IoT技術(shù)屬于新制式，在物聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)重要地位，可以實(shí)現(xiàn)功耗、成本、鏈接數(shù)量及覆蓋等優(yōu)勢，同時(shí)可以靈活應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢，以此實(shí)現(xiàn)低速業(yè)務(wù)，發(fā)展前景廣闊。

1、NB-IoT技術(shù)及特點(diǎn)

NB-IoT技術(shù)屬于窄帶物聯(lián)網(wǎng)，在萬物互聯(lián)中占據(jù)重要地位。NB-IoT技術(shù)可以直接關(guān)聯(lián)長期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，關(guān)聯(lián)成本比較低，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑升級(jí)。NB-IoT技術(shù)應(yīng)用180kHz帶寬，能耗非常低，因此成為顯著技術(shù)優(yōu)勢。同時(shí)，NB-IoT技術(shù)還能夠擴(kuò)大覆蓋面、成本低廉，實(shí)現(xiàn)大范圍連接等，因此NB-IoT技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)離不開關(guān)鍵技術(shù)的支持。

NB-IoT技術(shù)帶寬和多數(shù)網(wǎng)絡(luò)帶寬相同，不存在特殊技術(shù)。下行采用多址接入技術(shù)，載波間隔為15kHz，下行載波應(yīng)當(dāng)保證3.75kHz、15kHz單載波可以正常運(yùn)行。NB-IoT技術(shù)搭載全新的數(shù)學(xué)傳輸技術(shù)及信息技術(shù)，采用雙半工通信模式，有助于降低設(shè)備成本及能耗成本。同時(shí)，NB-IoT技術(shù)還涉及到應(yīng)用層、感知層和網(wǎng)絡(luò)層。其中，感知層組成包括傳感網(wǎng)關(guān)與傳感器;應(yīng)用層能夠?qū)崿F(xiàn)人與物連接;網(wǎng)絡(luò)層組成包括有線網(wǎng)、無線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

2、NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)

2.1? 低消耗關(guān)鍵技術(shù)

NB-IoT技術(shù)多應(yīng)用于小速率及小數(shù)據(jù)方面，所以技術(shù)消耗比較低，終端待機(jī)時(shí)間可以達(dá)到10年。NB-IoT技術(shù)通過EDRX技術(shù)和軟件模型技術(shù)，可以確保設(shè)備始終在線，減少額外信令傳輸，同時(shí)在軟件模型狀態(tài)下，不接受尋呼信息。

第一，軟件模型技術(shù)。通過該項(xiàng)技術(shù)可以將終端射頻關(guān)閉，同時(shí)與關(guān)機(jī)狀態(tài)比較接近，阻止尋呼信息、業(yè)務(wù)呼叫接收，且下行處于不可達(dá)狀態(tài)。在此種階段下，當(dāng)數(shù)據(jù)信息運(yùn)輸?shù)組ME中，通過MME可以傳輸?shù)絊GW進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存與尋呼延遲、當(dāng)上行需要發(fā)送數(shù)據(jù)或信令時(shí)，終端將不處于軟件模型狀態(tài)，此時(shí)會(huì)觸發(fā)隨機(jī)連接狀態(tài)，終端始終在線。所以上下文會(huì)處于核心側(cè)，無需建立公共數(shù)據(jù)網(wǎng)。因此，軟件模型技術(shù)可以確保用戶處于在線狀態(tài)，然而卻無法傳輸信令。處于在線狀態(tài)時(shí)，將會(huì)和關(guān)機(jī)睡眠狀態(tài)相似，以此節(jié)省電能。

第二，EDRX技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)屬于新興技術(shù)模式，屬于DRX技術(shù)的升級(jí)延伸，可以支持更長的尋呼時(shí)間，以此達(dá)到節(jié)省電能的效果。從本質(zhì)上看，DRX技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中屬于高成熟技術(shù)。在2G時(shí)代開始，直到5G時(shí)代都廣泛應(yīng)用。DRX技術(shù)能夠確保終端設(shè)備處于休眠狀態(tài)，無需對PD-CCH子幀進(jìn)行監(jiān)聽。在監(jiān)聽時(shí)，只需改變休眠狀態(tài)即可。

終端設(shè)備可以按照實(shí)際需求，決定將傳輸數(shù)據(jù)劃分為連接狀態(tài)或者空間狀態(tài)。在某個(gè)區(qū)域下，UE會(huì)處于空閑狀態(tài)，在隨機(jī)連接之后，可以轉(zhuǎn)換為連接狀態(tài)。在空閑狀態(tài)下，能夠?qū)ず暨M(jìn)行監(jiān)聽，然而在DRX技術(shù)下，不需要進(jìn)行監(jiān)聽，終端只是對具備尋呼標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)聽。在DRX周期內(nèi)，只需進(jìn)行1 次尋呼接收即可，因此DRX尋呼周期越長，則節(jié)約電能越多。加強(qiáng)升級(jí)版EDRX技術(shù)，可以持續(xù)延長尋呼周期，節(jié)省更多的電能。

2.2? 低成本關(guān)鍵技術(shù)

低成本的相關(guān)因素非常多，NB-IoT技術(shù)具備低能耗與低速率特點(diǎn)，基于成本優(yōu)勢分析，低速率的緩存量比較小，低消耗的射頻量比較少，且低帶寬所應(yīng)用的算法簡單，可以簡化每一道步驟，從而使整體成本降低。在NB-IoT技術(shù)內(nèi)，包含分半雙工技術(shù)，表明上行頻率與下行頻率處于相互獨(dú)立狀態(tài)，此時(shí)終端無需發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在NB-IoT技術(shù)下，應(yīng)用的元器件數(shù)量比較少，成本低廉，因此可以減少電能消耗。同時(shí)，運(yùn)營商建網(wǎng)與NB-IoT技術(shù)該覆蓋率，也能夠降低應(yīng)用成本。

2.3? 高覆蓋技術(shù)

NB-IoT技術(shù)具備較高增益，且覆蓋能力非常強(qiáng)，高于長期演進(jìn)技術(shù)數(shù)百倍，即使在地下空間和管道等區(qū)域，NB-IoT技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)全覆蓋。首先，NB-IoT技術(shù)具備高發(fā)射率譜密度優(yōu)勢。技術(shù)帶寬為180kHz，下行子載波間隔為15kHz，上行支持兩種載波。在獨(dú)立部署條件下，下行發(fā)射功率約為20W，由于采用窄帶寬，因此功率譜密度約為長期演進(jìn)技術(shù)的17dB。不管是按照15kHz計(jì)算，還是3.75kHz計(jì)算，所獲得的密度均比較高，因此可以擴(kuò)大覆蓋面。此外，NB-IoT技術(shù)支持重傳，下行可以支持2048次，上行最高可以支持128次，高重傳可以提升混合自動(dòng)重傳請求增益，通過低速率換取高覆蓋?；诶碚摲治隹芍恳淮沃貍骺梢栽黾?dB，然而重傳次數(shù)和速率存在負(fù)相關(guān)性。

3、NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用場景

NB技術(shù)具備高覆蓋深度、長待機(jī)時(shí)間、低功耗等優(yōu)勢，因此可以應(yīng)用于不連續(xù)移動(dòng)場景、靜態(tài)業(yè)務(wù)場景、低時(shí)延靈敏度場景與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸場景中。NB-IoT技術(shù)可以應(yīng)用到智慧農(nóng)業(yè)、智能停車、智慧物聯(lián)與資產(chǎn)跟蹤等和垂直行業(yè)中。比如福建所建立的好運(yùn)聯(lián)聯(lián)，將NB-IoT技術(shù)應(yīng)用到物流行業(yè)。此外，通過NB-IoT技術(shù)還能夠研發(fā)車載寶智慧物流系統(tǒng)，對車輛與人員的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，以此實(shí)現(xiàn)可回溯與可預(yù)警效果。同時(shí)，在農(nóng)業(yè)與環(huán)境中，也可以應(yīng)用NB-IoT技術(shù)。比如實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)、畜牧業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等。在文物保護(hù)、智能家居、智能社區(qū)及移動(dòng)支付領(lǐng)域，也廣泛應(yīng)用NB-IoT技術(shù)。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器，可以實(shí)現(xiàn)水下、山林、野外等特殊區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以此提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。針對近郊與覆蓋區(qū)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠改善溫室、水產(chǎn)業(yè)與花卉等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及流通。此外，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也可以應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)方式，以此實(shí)現(xiàn)低成本、穩(wěn)定供電與網(wǎng)絡(luò)全覆蓋效應(yīng)。當(dāng)前，在服裝領(lǐng)域也開始應(yīng)用NB-IoT技術(shù)，例如新研發(fā)的智能兒童運(yùn)動(dòng)鞋，可以有效保障兒童運(yùn)動(dòng)安全。

4、結(jié)束語

綜上所述，NB-IoT技術(shù)屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全新發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程部署與廣泛部署效果。通過準(zhǔn)確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以確保NB-IoT技術(shù)應(yīng)用到商業(yè)領(lǐng)域。工信部提出物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，各大運(yùn)營商也開始建設(shè)NB-IoT基站，加大技術(shù)創(chuàng)新力度，從根本上促進(jìn)NB-IoT技術(shù)的發(fā)展。

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