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为了使nb-iot实现低功耗广域网3GPP应用了哪些技术手段?

更新时间:2018-11-02
摘要:

 

在未来智慧城市、智慧家居、自动化办公等领域,窄带物联网(nb-iot)越来越被很多专家和投资者看好,很有可能,它将成为新的经济爆发点。因此,3GPP对nb-iot非常重视。但由于竞争对手的低功耗广域网技术(如LoRa和Sigfox)市场份额不断增长,nb-iot一路绿灯,从研究到推向市场仅仅用了9个月的时间。

3GPP版本13定义的nb-iot是新的无线接入技术。支持海量设备连接,广覆盖,长电池寿命或者说低功耗,低成本和对低数据速率的支持是新技术的关键要求。nb-iot是通过哪些技术手段满足这些要求的?

部署

利用180MHz信道,nb-iot可以作为独立载波(可能重新使用GSM信道),LTE载波的保护频带或带内部署,占用现有LTE载波的资源块。因此,对于一些运营商而言,通过重新使用现有的小区站点来减少nb-iot的部署成本。版本13中的nb-iot将部署在现有的运营频段内。

空中接入计划

类似于LTE,nb-iot在下行链路中使用OFDMA接入技术,并且选择单音传输(3.75KHz或15KHz),或者,在上行链路中使用相同的15kHz子传输SC-FDMA多音传输。载波间隔为LTE。在其初始RRC连接请求中用信号通知UE(用户设备)上行链路传输能力。

广覆盖

扩展的覆盖范围,穿透力强,能够更深入地渗透到建筑物中以连接地下室或地下设施,是nb-iot模块的关键要求。

通过使用更适度的调制方案(例如QPSK甚至BPSK)以及减少的传输块大小和重复传输来实现这种额外的覆盖。

例如,主信息块或MIB(UE在接入小区时解码的第一消息)以640ms的周期(与LTE的40ms相比)发送,在此期间,8个独立编码的块每次发送8次。该重复有助于UE的接收。

还可以重复下行链路数据,在NPDCCH的DCI(用于B-IoT的新控制信道)中向UE发信号通知; 可以配置多达2048次重复,以显着帮助小区边缘的接收。

类似地,在上行链路中,已经进行了改变以适应窄带宽并增强了边缘。新的窄带物理随机接入信道(NPRACH)以单音3.75KHz传输工作,但使用跳频来降低选择性衰落影响接收的可能性。NPRACH传输最多可重复128次以扩展覆盖范围。

降低功耗延长电池寿命

nb-iot的目标之一是实现超过10年的电池寿命,因为设想了许多无法连接电源的应用场景。例如远程抄表、货物跟踪、珍稀动物跟踪保护等场景,无法获取电源,那么就需要减少带宽,并通过更适度的调制方法降低功耗,从而延长电池寿命。除此之外,两个关键的3GPP概念,即3GPP版本12中引入的“省电模式”(PSM)和版本13中的“增强不连续接收”(eDRX),使设备能够进入超长睡眠状态,从而减少功耗。在从睡眠状态唤醒之后,UE不需要重新连接到网络; 这些功能进一步减少了功耗。

测试

测试是任何蜂窝设备开发过程的关键部分。

功能测试,例如设备如何在电池最远的地方或地下室深处进行,以及电池寿命如何受到电池边缘操作的影响,只是需要考虑的几个方面 - 如果没有这些方面很难实现正确的网络模拟器。对于物联网设备,由于更换功能不良的设备的成本,调制解调器的性能可能更为关键。而不是消费者走进高街商店,可能需要将维护工程师派遣到偏远地区 - 如果大规模重复,则需要进行昂贵的工作。