LPWA通信技术以及解决方案—

LPWA通信技术以及解决方案——NB-loT（1）

1.loT应用场景分类

2.NB-loT的标准演进过程

NB-loT的演进过程是在3GPP组织下进行的，所谓3GPP，就是指的是第三代合作伙伴计划，成立于98年，中国99年加入。
2014年提出：Machine to machine，2015年5第一次融合NB-CloT技术，9月第二次融合NB-loT技术。

3.NB-loT物理层介绍

3.1物理层设计：

①系统带宽：180KHz

这里的带宽和我们平常生活中所说的带宽不是一个。这里区分一下数据传输速率和信道带宽之间的关系：

a.数据传输速率：是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒种传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒（bit/second）记作b/s，在现代网络技术中，人们总是以“带宽”来表示信道的数据传输速率，“带宽”和“速率”几乎成为了同义词。

b.带宽：信道可以不失真的传输信号的频率范围，也就是信号传输速率的最大值和最小值之差（单位为Hz）
首先信道和电路不同，信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。
关于信道带宽和数据传输速率之间的关系可以根据奈奎斯特准则和香农定理进行描述。

为了让大家对信道有更深入的理解和认识，也为下面的相关技术做铺垫，下面说一下具体的传输所需要的调制技术：
简单的说也就是计算机本身发出的信号（基带信号）信道不能进行传输，需要进行调制，调制成信道能够传输的信号。 emmm…专业术语：
来自信源的信号常称为基带信号。像计算机输出的代表各种文字或者图像文件的数据信号都属于基带信号，基带信号中含有很多低频成分，甚至有直流成分，为了解决这一问题，就需要对基带信号进行调制。
调制技术分为两大类：
（1）基带调制（俗称为编码技术）：是把数字信号转化成另一种形式的数字信号。
（2）载波调制：把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转化为模拟信号，这样子就可以更好滴在模拟信道中传输。
（所谓数字信号，代表信息的参数的取值是离散的，也就是用户家中的计算机到调制解调器（猫）之间）
（所谓的模拟信号，代表信息的参数的取值是连续的，用户家中的调制解调器到电话端局之间的）

②下行技术OFDMA
首先说一下什么是上行下行，这里用宽带的上行和下行来进行阐述，宽带上行指的是从电脑上传的速度，下行指的就是从网络上主机下载的速度，一般情况下下行速率比较高。
（1）OFDMA（正交频分多址）是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合，在利用OFDM对信道进行子载波化之后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。
（2）OFDMA是一种多址接入调制技术，用户通过OFDMA共享频带资源，接入系统。

OFDM（正交频分复用技术）：将信道分成若干正交子信道，将高速的数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。
（这里正交的概念可以从数学语言来考虑，就是另两个信道的互关函数为零，简单的理解就是这两个子信道没有任何的关系）

FDMA（频分多址）：把总带宽分隔成多个正交的信道，每个用户占用一个信道。在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。

③SC-FDMA（单载波频分多址）是LTE的上行链路的主流多址。

所谓的单载波特性，不是指它只用了单个载波，而是值相对于OFDMA，每个子载波的独立性而言，SC-FDMA是将所有的子载波作为一个整体来传输调制之后的一组符号的。

3.2物理信号与物理信道：

在空中接口的协议中，定义了物理信道，传输信道和逻辑信道。逻辑信道描述了信息的类型，即定义了传输的是什么信息。
传输信道描述的是信息的传输方式，即定义了信息是如何传输的。物理信道则由物理层用于具体的信号的传输。
参考信号（RS，reference signal）
①作用：参考信号就是"导频"信号，是由发射端供给接收端用于信道估计或者信道探测的一种已知信号。
②分类：a.上行参考信号，发送端：UE（用户体验端）；接收端：eNode（LTE的中基站），两种参考信号：DM-RS，SRS
b.下行参考信号，与上行相反，五种参考信号：CRS,MBSFN-RS,UE-specificRS,PRS,CSI-RS

物理信道的介绍：

下行物理信道：

NPBCH（窄带物理广播信道）：传递系统帧号，NB-SIB1的调度信息，接入限制和操作模式等信息，QPSK的调制方式640ms为周期，经过编码之后的符号首先映射在帧0和子帧0上，映射在帧0和子帧0上的内容在随后的7个帧的子帧0上重复映射。

NPDCCH（窄带物理下行控制信道）：用于指示NPDSCH,NPUSCH的传输格式，资源分配信息，采用QPSK调制方式。NPDCCH信道由1或2个NCCE组成，每个NCCE占用6个子载波。

NPDSCH（窄带物理下行共享信道）：传输DL-SCH和PCH信息，也采用QPSK调制方式。

上行物理信道：

NPUSCH（窄带物理上行共享信道）：承载上行数据和指令，采用BPSK或者QPSK调制方式。

NPRACH（窄带物理随机接入信道）：用于NB-loT UE的随机接入，采用BPSK调制方式。

NDMRS（窄带解调参考信号）：NDMRS用于上行信道估计，NPUSCH信道的相干检测和解调。

4.NB-loT关键特性

（1）低成本：华为提供了SingleRAN的解决方案，支持在现有的网络设备上升级改造，从而降低了网络建设和维护成本。
（2）低功耗：NB-loT设计独特的PSM，eDRX特性，终端在发送数据包后，立刻进入一种休眠状态，不进行任何活动，等到它有上报数据的时刻，就会唤醒他自己。
（3）覆盖广：通过空口重传和超窄带宽，相比GSM有20dB+增益，意味着更少的站点可以覆盖更广的范围和强的穿透性。
（4）超大连接：NB-loT的终端便宜，能够支持大量部署。