NB—IOT應用關鍵技術

金榮華

摘要：窄帶蜂窩物聯網（NB-IOT）是一種新型的物與物相連的無線網絡，具有覆蓋廣泛、并發接入終端多、傳輸速率小、電力功耗低、建設成本低等優點，具有較廣闊的應用前景。本文結合筆者多年對NB-IOT的研究實踐，重點描述了車聯網、智能城市管網、智能抄表等應用現狀，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】窄帶蜂窩物聯網 智能抄表 車聯網自適應

1 引言

隨著移動通信、光纖通信的快速發展，人與人之間的通信已經得到了極大的改進，提高了人類互聯互通的信息化水平。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4.0、智慧城市等興起，利用傳感器實現物與物之間的連接通信，具有重要的應用前景。窄帶蜂窩物聯網（NB-IOT）是一種基于傳統蜂窩通信網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廠家，具有較強的適應場景、網絡性能、可管可控等優勢，已經在車聯網、智慧城市建設中得到廣泛應用。

車輛網主要是通過NB-IOT網絡將各個車輛連接在一起，實現對車輛信息的檢測、傳輸和共享。目前，基于NB-IOT的車聯網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，避免發生碰撞。電子路牌是一種NB-IOT信息應用，其可以結合GPS與城市地圖，同時展現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信息，比如采集車輪、檔位、發動機、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、控制系統失靈等，因此智能管網建設需要采用標準化、科學化和共享化的NB-IOT技術，其可以將管網建設的主動脈、交通路網等集成在一起，利用NB-IOT實現對城市管網的精確探測和地下標識。基于NB-IOT的智能管網建設過程中，需要將智能管網的信息、計算機信息集成在一起，開發一個直觀化、形象化、共享化和數字化的軟件，并且利用云計算平臺實現用戶操作和管理。

3 NB-IOT應用關鍵技術研究

NB-IOT基于傳統的蜂窩網絡、移動通信網絡建設而成，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屬于互聯網范疇，本文重點介紹網絡關鍵技術，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，在發送端和接收端均采用多天線實現信號同時發送和接收，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，在不增加系統帶寬和天線發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的可靠性，也即是實現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據流，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，可以保證通信質量達到最優化，根據信道的傳輸環境的變化，適時地改變NB-IOT的發送、接收參數。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，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，動態地優化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，能夠將一個高速數據流分解成并行的多個低速子數據流，然后將這些數據調制到信道上，實現信息傳輸。正交信號可以在接收端實現分離，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，不僅可以實現高速率數據傳輸，同時也可以解決頻率不足等問題。

4 結束語

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

[1]楊永忠，牛小勇.蜂窩網絡基礎上的物聯網關鍵技術及業務應用[J].電子技術與軟件工程，2016 （18）：28-28.

[2]王曉周，藺琳，肖子玉，等.NB-IoT技術標準化及發展趨勢研究[J]，現代電信科技，2016 （06）：5-12.

[3]嚴益強.NB-IoT技術簡介及其在智慧城市中應用研究[J]，廣東通信技術，2016，36 （11）：6-8.

[4]帥晶，基于NFV虛擬化的NB-IOT發展和部署研究[J].數字技術與應用，2016 （11）：35-35.