NB—IOT应用关键技术

金荣华

摘要：窄带蜂窝物联网（NB-IOT）是一种新型的物与物相连的无线网络，具有覆盖广泛、并发接入终端多、传输速率小、电力功耗低、建设成本低等优点，具有较广阔的应用前景。本文结合笔者多年对NB-IOT的研究实践，重点描述了车联网、智能城市管网、智能抄表等应用现状，同时描述了NB-IOT的关键技术，比如自适应技术、多载波聚合传输技术等，为NB-IOT在多领域的应用提供参考和辅助。

【关键词】窄带蜂窝物联网 智能抄表 车联网自适应

1 引言

随着移动通信、光纤通信的快速发展，人与人之间的通信已经得到了极大的改进，提高了人类互联互通的信息化水平。随着人与人之间通信的盛行，物与物之间的通信也开始进入到研究者的视野，可穿戴设备、智能手机、工业4.0、智慧城市等兴起，利用传感器实现物与物之间的连接通信，具有重要的应用前景。窄带蜂窝物联网（NB-IOT）是一种基于传统蜂窝通信网络的物与物通信技术，目前许多运营商、设备商正在进行研究，形成了许多的应用成果，并且在部分领域得到了广泛应用。

2 NB-IOT应用现状研究

随着NB-IOT的研究和改进，其广袤的市场前景开始吸引诸多研究院所和生产厂家，具有较强的适应场景、网络性能、可管可控等优势，已经在车联网、智慧城市建设中得到广泛应用。

车辆网主要是通过NB-IOT网络将各个车辆连接在一起，实现对车辆信息的检测、传输和共享。目前，基于NB-IOT的车联网最常见的应用就是碰撞检测、电子路牌、红绿灯警告、车辆诊断，可以利用这些信息规划车辆行驶路径，管理城市交通，提高人们出行的效率，缓解交通压力，同时也可以将车辆周边附近的娱乐、餐厅、社交等生活信息通过NB-IOT发送给车辆终端，提高人们生活的便捷性和娱乐性。碰撞检测可以使用NB-IOT网络计算每一辆行车与附近车辆的距离，同时将这些距离信息准确地提供给驾驶员，驾驶员就可以获知车辆四周的物体状况，避免发生碰撞。电子路牌是一种NB-IOT信息应用，其可以结合GPS与城市地圖，同时展现每一个交通路口的详细信息，为车辆行驶提供决策和指挥。车辆诊断功能可以利用NB-IOT的传感器采集车辆自身的状态信息，比如采集车轮、档位、发动机、离合器等，查看这些设备组件是否需要维护或更换，以便保证汽车的正常运行。

智慧城市建设中，城市管网是一个城市安全运行的生命线，城市管道建设面临着许多威胁，比如第三方开挖、机械故障、管道腐蚀、控制系统失灵等，因此智能管网建设需要采用标准化、科学化和共享化的NB-IOT技术，其可以将管网建设的主动脉、交通路网等集成在一起，利用NB-IOT实现对城市管网的精确探测和地下标识。基于NB-IOT的智能管网建设过程中，需要将智能管网的信息、计算机信息集成在一起，开发一个直观化、形象化、共享化和数字化的软件，并且利用云计算平台实现用户操作和管理。

3 NB-IOT应用关键技术研究

NB-IOT基于传统的蜂窝网络、移动通信网络建设而成，其应用关键技术包括很多，比如传感器技术、单片机技术、移动通信技术等。由于NB-IOT属于互联网范畴，本文重点介绍网络关键技术，也即是多输入多输出技术、自适应技术和多载波聚合传输技术。

3.1多输入多输出技术

NB-IOT可以利用多天线技术抑制信道传输衰弱，获得分集增益、空间复用增益和阵列增益，在发送端和接收端均采用多天线实现信号同时发送和接收，因此就形成了一个并行的多空间信道，充分利用空间信道传输资源，在不增加系统带宽和天线发射总功率的条件下提供空间分集增益，在多径衰落信道中提高传输的可靠性，也即是实现信息的多输入多输出。NB-IOT的多输入多输出技术还采用了预编码或波束成型技术，可以确保一个或多个指定方向上的能量形成一个阵列增益，允许在不同方向上的多个用户同时获得服务，NB-IOT的多输入多输出技术可以突破传统的单输入单输出信道容量存在的瓶颈问题，充分利用空间信道的弱相关性形成空间复用增益，在多个相互独立的空间信道上传递不同类型的数据流，不需要增加物理带宽，就可以成倍地增大NB-IOT的容量。

3.2 自适应技术

自适应技术是现代无线通信的一个重要标志，NB-IOT采用自适应技术，可以保证通信质量达到最优化，根据信道的传输环境的变化，适时地改变NB-IOT的发送、接收参数。目前常用的自适应技术包括自适应资源分配技术、自适应编码调制技术、自适应功率控制技术和自适应重传技术。NB-IOT采用自适应技术，可以利用最新的理论和技术，为NB-IOT提供一个全方位的自适应系统，实时地感知人为、自然噪声和频率干扰，实时分析信道的通信特性，识别干扰等级，动态地优化NB-IOT。

3.3 多载波聚合传输技术

NB-IOT采用了多载波聚合传输技术，其是一种正交频分复用技术，可以将信道划分为多个正交的信道，能够将一个高速数据流分解成并行的多个低速子数据流，然后将这些数据调制到信道上，实现信息传输。正交信号可以在接收端实现分离，避免各个信道之间的相互干扰，由于信道相关带宽大于子信道的信号传输带宽，每一个子信道都可以作为平坦性衰落，消除了各个符号之间的干扰。NB-IOT采用多载波聚合传输技术，不仅可以实现高速率数据传输，同时也可以解决频率不足等问题。

4 结束语

NB-IOT是一种应用前景广阔、潜力巨大的无线通信技术，其可以进一步改进物与物之间的通信传输能力，促进人类社会的信息化、智能化，具有重要的作用和意义。

参考文献

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