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多天线技术在蜂窝物联网中的应用

    1蜂窝物联网
 
    1.1蜂窝互联网的概念
 
    蜂窝物联网,就是蜂窝移动通信网+物联网相结合的发展产物。主要包括eMTC(en-hancedMachine-TypeCommunications,增强机器类通信)和NB-IoT(narrowbandinternetofthings,基于蜂窝的窄带物联网),有较长的覆盖距离,是LTE系统的简化版。eMTC占LTE1.4MHz带宽,支持FDD和TDD两种模式,支持语音业务、切换,适合发展中速率宽带的物联网业务。NB-IoT采用200kHz超窄带设计,支持FDD工作模式,支持超大连接及小区重选,不支持切换和语音,NB-IoT的覆盖能力强且成本较低,适合发展低速率的窄带物联网业务。
 
    1.2蜂窝物联网的特点
 
    蜂窝物联网是万物互联时代的重要基础设施,其主要特点如下:
 
    (1)低功耗。
 
    (2)低成本。
 
    (3)广覆盖。
 
    蜂窝物联网技术有2种,分别为eMTC和NB-IoT,两种技术在技术特点及性能上有所差别,互有长短,均可用于LPWA业务。差别如下:
 
    (1)eMTC:采用1.4MHz带宽,适合于承载中速业务。
 
    (2)NB-IoT:采用180kHz带宽,适合于承载低速业务。
 
    2多天线技术
 
    2.1多天线技术网的概念
 
    所谓的多天线技术,是在空域将无线设备发送与接收的信号进行处理,并与时域信号结合,利用空时信号的相关技术,在时域及带宽不变的基础上来改善无线通信的容量与速率;是增加信道容量、提高无线传输速率、改进通信质量的重要技术。
 
    多天线技术一般需要将发送信号在多根天线上并行传输。
 
    2.2多天线技术网的分类
 
    多天线技术的主要技术有2个,分别是智能天线技术和MIMO技术。
 
    2.2.1智能天线技术
 
    智能天线技术利用自适应空间处理技术和波束转换技术,在信号接收时对用户所需要的信号的到达方向进行判断,接收模式是利用合适的合并权值设定相对应的要求,建立主波束在对应的信号到达方向上,并在干扰方向上设置低增益的旁瓣或零陷;在信号发送时,智能天线技术能最大化目标用户的接收功率,降低其他干扰信号的影响。
 
    智能天线有两种,分别为自适应阵列智能天线和波束转换智能天线。
 
    2.2.2MIMO技术
 
    MIMO系统是采用了多天线的结构来进行联合空时处理的。空时信号的处理技术是
 
    MIMO系统的核心技术,利用多天线技术把空时结合在一起,并通过MIMO核心技术,改善了通信质量、提高了系统的整体性能。
 
    MIMO系统为了达到空间分集的效果,对天线阵元采用拉远处理,使得天线阵元的信号彼此之间独立。
 
    3应用实践
 
    目前,物联网已在各行业内的多个领域中规模应用,如教育、医疗、安防、家居、农业、交通、建筑等;蜂窝物联网体系架构,既支持接入多类型的物联网终端和传感设备,包括现有的物联网终端和未来的蜂窝物联网终端;同时,为所有行业的物联网终端接入对应的业务平台提供专用的网络连接,连接管理平台为物联网终端、行业应用提供支撑服务。
 
    综合分析各个行业,物联网现阶段比较成熟或热点的应用有:
 
    (1)数据采集类。如远程抄电表等,采用移动通信网络代替了传统的人工抄表,从而减少了人力成本的投入也提高了生产效率和及时性。
 
    (2)实时交互类。如智能穿戴、车载终端等,通过数据的交换,实时完成交互终端的数据及信息的传送。
 
    (3)视频应用类。如远端视频监控终端等,通过远程的数据采集,对系统做出相应的针对,从而管控、指挥及调度生产,使得整个工作流程安全、正确。
 
    以上数据采集和实时交互等业务,促使信道的频率资源日益紧张,FDMA、TDMA和
 
    CDMA等时、频域技术也无法满足用户在传输速率等方面的需求。目前,我们遇到最棘手的问题就是我们要怎样最大化地利用线信道中的频谱资源,要怎么来使无线通信速率快和容量高。
 
    经过研究可知,多天线技术是将无线设备发送与接收的信号在空域进行处理,并与时域信号结合,利用空时信号的相关技术,在时域及带宽不变的基础上显著改善无线通信的容量与速率。故此,我们将多天线技术融入到蜂窝物联网中,能在平台、数据管理及数据传输方面做到一个质的提升,能提高无线传输速率、增加信道容量、改进通信质量,从而提高社会各行业的生产效能和信息服务水平。
 
    4总结和展望
 
    由于个人业务消费的局限性,传统移动网络业务收入增长面临考验,而物联网实现了机器与机器、机器与人之间的通信,通过传感数据采集、移动通信等技术,满足人们的各种信息化需求。
 
    物联网业务的兴起为通信领域提供了新的增长点,而多天线技术作为无线通信中热门的技术,能够大幅度提高信道空间频谱利用率和信道容量,有效抵抗噪音干扰,将在新兴领域有着广泛的应用,最终会促进物联网技术持续进步,为用户带来便利及良好的体验。
 
    参考文献
 
    [1]李钊,韦玮.第四代移动通信系统中的多天线技术[J].移动通信,2005(12):49-52.
 
    [2]邓安达,程日涛,王韬.蜂窝物联网规划体系与部署策略研究[J].移动通信,2017(18):16-17.

以上这篇职称论文适合发表到【计算机时代】杂志

1.1该杂志基本信息:
主管单位:浙江省科技厅
主办单位:浙江省计算技术研究所;浙江省计算机学会
出版地方:浙江
快捷分类:计算机
国际刊号:1006-8228
国内刊号:33-1094/TP
邮发代号:32-81
创刊时间:1983
发行周期:月刊
期刊开本:A4
见刊时间:1个月内
业务类型:杂志征订
 
1.2该期刊被以下单位收录:
万方收录(中)
上海图书馆馆藏
北大核心期刊(中国人文社会科学核心期刊)
国家图书馆馆藏
知网收录(中)
维普收录(中)
 
1.3期刊发表价格:1280元
1.4论文发表周期:1天
1.5杂志邮寄周期:1天
1.6期刊级别:国家级核心
1.7投稿难易程度:中等偏上

 
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