物联网入门须知的技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。传感技术、嵌入式系统技术和通讯技术是物联网的三个重要组成部分，其中，通讯技术是互联网啊各单位之间进行信息传输和交流的物质基础，因为有了通讯技术物联网才能实现与世界的互联，本文主要介绍常用的几种物联网通讯方式。

LoRa

全称“Long Rang”，是LPWAN一种成熟的通信技术，是美国公司的一种基于扩频技术的低功耗超长距离无线通信技术，是Semtech公司私有的物理层技术，主要采用的是窄带扩频技术，抗干扰能力强，大大改善了接收灵敏度，在一定程度上奠定了LoRa技术的远距离和低功耗性能的基础。总体来看，LoRa是为了解决物联网中M2M（物对物）无线通信的需求，主要是在全球免费频段运行，包括433、470、868、915MHZ等非授权频段的低功耗广域接入网技术。

调制方式

采用的基于线性调频信号（Chirp）扩频技术，同时结合了数字信号处理和前向纠错编码技术，然后数字信号通过调制Chirp信号，将原始信号频带展宽至Chirp信号的整个线性频谱区间，这样大大增加了通信范围。

通讯协议

基于LoRa技术的网络层协议主要是LoRaWAN，定义了网络通信协议和系统架构，LoRaWAN的通信系统网络是星状网结构，主要分为以下三种，第一种：点对点通信，从A点发起，B点接收;第二种：星状网轮询，一点对多点的方式，一个中心点和N个节点，由节点出发，中心点接收然后确认接收完毕，下一个节点继续上传，直到N个节点完成，一个循环周期;第三种：星状网并发，也是一点对多点的通信，不同的是多个节点可以同时与中心点通讯，这就节约了节点的功耗，避免了个别节点的故障而引起网络的瘫痪，网络的稳定性得以提高。

NB-IOT

Nb-IOT是可与蜂窝网融合眼睛的低成本电信级高可靠性、高安全性广域物联网技术。NB-IOT构建于蜂窝网络之上，只消耗180KHz的频段，可以直接部署于GSM网络，UMTS网络和LTE网络，NB-IOT采用的是授权频带技术，以降低成本，它具有四大优势，一：海量链接的能力，在同一基站的情况下，NB-IOT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数，一个扇区能够支持10万个连接，设备成本降低、设备功耗降低，网络结构得到优化;二：覆盖广，在同样的频段下，NB-IOT比现有的网络增益提升了20db，相当于提升了100倍的覆盖面积;三：低功耗，NB-IOT借助PSM和eDRX可实现更长待机，它的终端模块待机时间可长达10年之久;四：低成本，NB-IOT和LoRa不同，不需要重新建网，射频和天线都是可以复用的，企业预期的模块价格也不会超过5美元。

优势

强链接：

在同一基站的情况下，NB-IOT可以比现有无线技术提供50—100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络结构。

高覆盖：

NB-IOT室内覆盖能力强，比LTE提升20DB增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

低功耗：

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感器监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池寿命是最本质的需求。NB-IOT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IOT设备 功耗可以做到非常小。

低成本：

NB-IOT无需重新建网，射频和天线基本上都是服用的。举个例子：就拿中国移动来说，900MHZ里面有一个比较宽的频带，只需要请出来一部分2G的频段，就可以直接进行LTE和NB-IOT的同时部署。低速率、低功耗、低宽带同样给NB-IOT芯片以及模块带来低成本的优势。

TD-LTE

即time division long term evolution （分时长期演进），由3GPP组织涵盖的全球各大企业及运营商共同制定，LTE标准中的FDD和TDD两个模式实质上是相同的，两个模式间只存在较小的差异，相似度达90%。TDD即时分双工，是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD频分双工相对应。TD-LTE是TDD版本的LTE的技术，FDD-LTE的技术是FDD版本的LTE技术。

关键技术

多址技术

1. 采用OFDMA取代CDMA作为基本的多址技术

技术原理

采用循环前缀（CP）对抗符号间干扰，OFDM符号持续时间《信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响。OPDM子载波的带宽《信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道，所经历的衰落是“平坦衰落”。”

2. 上行SC-FDMA多址方式

TD-LTE系统中上行链路采用SC-FDMA技术，以期降低PAPR，提高攻放功率，延长电池寿命，DTE-S-OFDM可以认为是SC-FDMA的频域产生方式，是OFDM在IFFT调制前进行了基于傅里叶变换的预编码。

MIMO多天线解决方案

在多个天线上分别发送多个数据流，利用多径衰落，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，提高信道容量及频谱利用率，或提高数据的传输质量。

优点：

MIMO多种模式带来多种收益：1.分集增益;2.波束赋星增益;3.空间复用增益

提高频谱效率：要求TD-LTE的下行频谱效率达到5kps/Hz，上行频谱效率达到2.5bps/Hz。

TD-LTE中MOMI的应用（PDSCH传输方案）

TM1.单天线端口传输

最简单的传输方案，PDSCH使用单天线端口传输时，根据Port0上的CRS进行解调，可用于各种场景。

TM2.发送分集

用于增强小区覆盖，作为TM3/4/5/6/7的回退模式，LTE中的实现方式SFBC+FSTD。

TM3.开环空间复用

一种大延迟（CDD）空间复用，接收端不需给发送端反馈预编码矩阵信息，用于提高小区平均频谱效率和峰值速率，适用于高速移动场景。

TM4.闭环空间复用

发送端需要给接收端反馈预编码矩阵信息，用于提高小区平均频谱效率和峰值效率，适用于低速移动场景。

TM5.多用于MIMO

只支持每个用户单程的传输，而且最大支持两层，用于提高小区平均频谱效率和峰值速率。

TM6.闭环RANK=1的预编码

用于增强小区覆盖，尽可能承载相关的控制信息，仅支持RANK=1的传输。

TM7.单流波束赋形

PDSCH是依据port5上DRS进行调解的，用于提高小区边缘用户的覆盖，单流波束赋形是基于专用导频的非码本波束赋形，主要用于TD-LTE系统。

TM8.双流波束赋形

双流波束赋形将波束赋形技术与空间复用技术相结合，既提高小区边缘用户的覆盖，也可以提升小区中心用户的吞吐量，双流波束赋形是基于专用导频的非码本波束赋形，双流波束赋形是TD-LTE Rel-9中的增强型技术。

蓝牙4.0

蓝牙是一种短程宽带无线电技术，是实现语音和数据无线传输的全球开放性标准，它使用跳频谱（FHSS）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等先进技术在校范围内建立多种通信与信息系统之间的信息传输。蓝牙4.0是2010年7月份发布的，它将传统蓝牙、高速蓝牙以及蓝牙3.0版本规格集于一体的低功耗蓝牙，功耗比之前版本降低了90%，具有极低的平均功耗，待机功耗和峰值功耗，设备建立时间缩短，由原来的100ms缩短至现在的3ms，蓝牙4.0的传输距离可达100米以上，拥有AES-128加密方式，数据更安全。

关键技术

1. 蓝牙的系统组成

无线射频单元，负责数据和语音的接收和发送，具有短距离、低功耗的特点，且蓝牙天线体积小、重量轻。基带或链路控制单元，进行射频信号、数字和语音的相互转化，实现基带协议和其他的底层连接规程。链路管理单元，负责管理蓝牙设备之间的通信，实现链路的建立、验证、链路配置等操作。蓝牙软件协议规范包括传输协议、中介协议、应用协议等。

2. 蓝牙核心协议

核心协议由基带、链路管理、逻辑链路和适配协议及业务搜寻协议等4部分组成，它分为两个或多个蓝牙单元之间建立物理RF连接。

基带协议就是确保各个蓝牙设备之间的物理射频连接，以形成微微网，这个协议可为亟待数据分组提供两种物理连接方式，同步面向连接（SCO）和异步非连接（ACL），SCO可以传输语言分组也能传输数据分组，ACL只能传输数据分组。链路管理协议，管理基带层内主从网络的运行，负责两个多多个设备之间的链路设置和控制，包括传递验证和加密，管理链路密匙。逻辑链路和适配协议，介于高层与底层的适应层，直接为上层服务，主要负责联两个蓝牙设备间数据信息传输时的分段及重组、多路复用和协商通道参数功能，服务发现协议，是蓝牙技术框架中非常重要的一个部分，它使所有用户模式的基石也使用SDP，可以查询到设备信息和服务类型，然后蓝牙设备之间的连接才能建立。