淺析關(guān)于基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)

李景楓，黃曉弟，趙永峰

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司珠海分公司，珠海 519015）

前言

面對互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)通信在多個(gè)行業(yè)得到了有效的應(yīng)用，基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)可以解決長傳輸距離的問題，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功耗，是具有現(xiàn)實(shí)意義的技術(shù)研究。在中國移動(dòng)通信集團(tuán)開展工作的過程中，往往會(huì)遇到弱覆等問題，這就需要從技術(shù)的角度予以解決，研究基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的研究路線，推動(dòng)我國物聯(lián)網(wǎng)的平穩(wěn)發(fā)展。

1 基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的開發(fā)思路

近幾年，運(yùn)營商提出全專業(yè)覆蓋能力，這就要求能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗廣域覆蓋，并且能夠讓終端的公網(wǎng)接入，開發(fā)基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)是具有現(xiàn)實(shí)意義的。在開發(fā)思路中，應(yīng)當(dāng)選擇進(jìn)行測試的地點(diǎn)，本次選擇的是一處商業(yè)中心，建筑物為某通信中心1號(hào)樓2樓，圍繞此展開研究。在終端群節(jié)點(diǎn)區(qū)域處，應(yīng)用低功耗的環(huán)形接入分層覆蓋方案，使用電壓頻率自動(dòng)調(diào)整基數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功耗，開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)。讓已開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片能夠產(chǎn)業(yè)化，結(jié)合現(xiàn)代行業(yè)情況，在不斷研究中得到物聯(lián)網(wǎng)解決方案，改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的落后性，讓具有先進(jìn)意義的技術(shù)得到有效開發(fā)[1]。

2 基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的研究路線

2.1 關(guān)鍵問題

第一，兼容性問題。在現(xiàn)有的蜂窩通信系統(tǒng)中，會(huì)部署具有NBIoT技術(shù)體制，這就需要在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)中心考慮到其與其他方面的兼容性，比如LTE等。例如，某公司在對該技術(shù)進(jìn)行研究時(shí)，讓NB-IoT能夠支持180kHz上下行帶寬，并對OFDMA技術(shù)進(jìn)行設(shè)置，其在下行的載波間隔為15kHz，解決了在兼容性方面的問題。另外，SC-FDMA技術(shù)也需要根據(jù)信號(hào)的不同進(jìn)行設(shè)定，包括單頻信號(hào)和多頻信號(hào)，前者可以使用3.75kHz帶寬傳輸或者15kHz帶寬傳輸，后者可以使用158kHz的載波間隔傳輸，不同的設(shè)定方式對于不同的信號(hào)狀態(tài)，在此對其進(jìn)行區(qū)分，才能夠保證基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的應(yīng)用性，是該技術(shù)正常投入使用的有力保障。

第二，可靠性問題。現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)終端的環(huán)境具有復(fù)雜性，這就可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)目煽啃越档?，需要充分考慮該問題后予以解決。例如，某公司所選擇的測試地點(diǎn)為商業(yè)中心，符合環(huán)境復(fù)雜的條件，技術(shù)人員使用了分層組網(wǎng)的方法，保證數(shù)據(jù)傳輸和節(jié)點(diǎn)接入，從而保證了應(yīng)用的可靠性[2]?；贜B-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的可靠性問題需要得到重視，這是為了維護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況，讓其應(yīng)對突發(fā)狀況依然能夠保持穩(wěn)定性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境問題的克服。

2.2 技術(shù)路線

第一，在NB-IoT的基礎(chǔ)上，研究低功耗廣域覆蓋傳輸方案，要求物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)能夠與NB-IoT協(xié)議棧兼容，實(shí)現(xiàn)對近距離條件下無線擴(kuò)頻收發(fā)技術(shù)的研究，研究數(shù)據(jù)檢測算法，了解低復(fù)雜度下接收同步的技術(shù)條件。

第二，在多模異構(gòu)下，分層低功耗接入，需要針對其技術(shù)研究節(jié)點(diǎn)喚醒機(jī)制，并對由低功耗驅(qū)動(dòng)的多跳傳輸機(jī)制進(jìn)行研究，了解軟硬件聯(lián)合功耗控制方法。

第三，對電源管理機(jī)制進(jìn)行研究，要求其具有高能效的特點(diǎn)，且多工作電源自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)、電壓頻率自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)、多時(shí)鐘域自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)都需要進(jìn)行要將，保證在受到低功率約束時(shí)芯片級系統(tǒng)封裝能夠正常進(jìn)行。

第四，技術(shù)路線還包括對低功率嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的研究，了解應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，讓平臺(tái)具有完善性和易操作性，幫助具有先進(jìn)技術(shù)的芯片投入產(chǎn)業(yè)化。

2.3 測試結(jié)果

使用以物聯(lián)網(wǎng)終端技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)性能測試方式，對使用基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的測試區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，確定該技術(shù)的可行性和有效性。測試工具包括DingLi RCU Lite 2.0、CMCC-AOL11100S網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量探針終端和監(jiān)控平臺(tái)，完成對區(qū)域的測試，得到試點(diǎn)測試報(bào)告。例如，測試人員使用RCU設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量探針設(shè)備實(shí)施同步測試，得到的數(shù)據(jù)表明，同頻段與同小區(qū)情況下的結(jié)果相同，前者與后者的誤差約為3dB，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這就顯示了基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的有效性。

3 結(jié)論

綜上所述，研究基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)符合社會(huì)對物聯(lián)網(wǎng)的要求，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢，有利于我國通信技術(shù)水平的提升。從基于NB-IoT的低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)芯片技術(shù)的開發(fā)思路入手，了解其關(guān)鍵性質(zhì)的問題，對技術(shù)路線進(jìn)行研究，在測試中判斷技術(shù)的應(yīng)用性，提出具有實(shí)際應(yīng)用意義的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，為我國網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。