NB—IOT應用關鍵技術

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線網(wǎng)絡，具有覆蓋廣泛、并發(fā)接入終端多、傳輸速率小、電力功耗低、建設成本低等優(yōu)點，具有較廣闊的應用前景。本文結(jié)合筆者多年對NB-IOT的研究實踐，重點描述了車聯(lián)網(wǎng)、智能城市管網(wǎng)、智能抄表等應用現(xiàn)狀，同時描述了NB-IOT的關鍵技術，比如自適應技術、多載波聚合傳輸技術等，為NB-IOT在多領域的應用提供參考和輔助。

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

1 引言

隨著移動通信、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，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始進入到研究者的視野，可穿戴設備、智能手機、工業(yè)4.0、智慧城市等興起，利用傳感器實現(xiàn)物與物之間的連接通信，具有重要的應用前景。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)絡的物與物通信技術，目前許多運營商、設備商正在進行研究，形成了許多的應用成果，并且在部分領域得到了廣泛應用。

2 NB-IOT應用現(xiàn)狀研究

隨著NB-IOT的研究和改進，其廣袤的市場前景開始吸引諸多研究院所和生產(chǎn)廠家，具有較強的適應場景、網(wǎng)絡性能、可管可控等優(yōu)勢，已經(jīng)在車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市建設中得到廣泛應用。

車輛網(wǎng)主要是通過NB-IOT網(wǎng)絡將各個車輛連接在一起，實現(xiàn)對車輛信息的檢測、傳輸和共享。目前，基于NB-IOT的車聯(lián)網(wǎng)最常見的應用就是碰撞檢測、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，同時也可以將車輛周邊附近的娛樂、餐廳、社交等生活信息通過NB-IOT發(fā)送給車輛終端，提高人們生活的便捷性和娛樂性。碰撞檢測可以使用NB-IOT網(wǎng)絡計算每一輛行車與附近車輛的距離，同時將這些距離信息準確地提供給駕駛員，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信息應用，其可以結(jié)合GPS與城市地圖，同時展現(xiàn)每一個交通路口的詳細信息，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)動機、離合器等，查看這些設備組件是否需要維護或更換，以便保證汽車的正常運行。

智慧城市建設中，城市管網(wǎng)是一個城市安全運行的生命線，城市管道建設面臨著許多威脅，比如第三方開挖、機械故障、管道腐蝕、控制系統(tǒng)失靈等，因此智能管網(wǎng)建設需要采用標準化、科學化和共享化的NB-IOT技術，其可以將管網(wǎng)建設的主動脈、交通路網(wǎng)等集成在一起，利用NB-IOT實現(xiàn)對城市管網(wǎng)的精確探測和地下標識?；贜B-IOT的智能管網(wǎng)建設過程中，需要將智能管網(wǎng)的信息、計算機信息集成在一起，開發(fā)一個直觀化、形象化、共享化和數(shù)字化的軟件，并且利用云計算平臺實現(xiàn)用戶操作和管理。

3 NB-IOT應用關鍵技術研究

NB-IOT基于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡建設而成，其應用關鍵技術包括很多，比如傳感器技術、單片機技術、移動通信技術等。由于NB-IOT屬于互聯(lián)網(wǎng)范疇，本文重點介紹網(wǎng)絡關鍵技術，也即是多輸入多輸出技術、自適應技術和多載波聚合傳輸技術。

3.1多輸入多輸出技術

NB-IOT可以利用多天線技術抑制信道傳輸衰弱，獲得分集增益、空間復用增益和陣列增益，在發(fā)送端和接收端均采用多天線實現(xiàn)信號同時發(fā)送和接收，因此就形成了一個并行的多空間信道，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?，也即是實現(xiàn)信息的多輸入多輸出。NB-IOT的多輸入多輸出技術還采用了預編碼或波束成型技術，可以確保一個或多個指定方向上的能量形成一個陣列增益，允許在不同方向上的多個用戶同時獲得服務，NB-IOT的多輸入多輸出技術可以突破傳統(tǒng)的單輸入單輸出信道容量存在的瓶頸問題，充分利用空間信道的弱相關性形成空間復用增益，在多個相互獨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 自適應技術

自適應技術是現(xiàn)代無線通信的一個重要標志，NB-IOT采用自適應技術，可以保證通信質(zhì)量達到最優(yōu)化，根據(jù)信道的傳輸環(huán)境的變化，適時地改變NB-IOT的發(fā)送、接收參數(shù)。目前常用的自適應技術包括自適應資源分配技術、自適應編碼調(diào)制技術、自適應功率控制技術和自適應重傳技術。NB-IOT采用自適應技術，可以利用最新的理論和技術，為NB-IOT提供一個全方位的自適應系統(tǒng)，實時地感知人為、自然噪聲和頻率干擾，實時分析信道的通信特性，識別干擾等級，動態(tài)地優(yōu)化NB-IOT。

3.3 多載波聚合傳輸技術

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

4 結(jié)束語

NB-IOT是一種應用前景廣闊、潛力巨大的無線通信技術，其可以進一步改進物與物之間的通信傳輸能力，促進人類社會的信息化、智能化，具有重要的作用和意義。

參考文獻

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