NBIOT系统概述及3DMIMO原理技术介绍课件.ppt
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1、Massive IoT,应用特点,当前采用,2/3/4G,承载物联网应用的主要问题,终端,功耗过高,(使用,5Wh,电池,,2G,终端待现网能力差距,2/3G,无法满足,海量终端,应用需求(每,200kHz,带宽下:,2G,:,2.5,万,3G,:,3,万),典型场景,网络覆盖不足,,例如:室内的无,线抄表、边远地区的环境监控和地下资源,监控(,4G,规划指标穿透,1,层墙),终端种类多、批量小,开发门槛高,通信,模块成本高,综合,成本高,海量终端,增强型能源效率,低成本,低数据吞吐量,静态应用场景,广覆盖,近期主流物联网应用对通信技术提出新的需求,中速率,(1-10Mbps),智能建筑,电梯
2、卫士,低,端,M2M,汇聚等,低速率,(200kbps),抄,表,停车,物流监控,农林,牧渔,传感,追踪业务等,LPWA,高速率,(10Mbps),视频监控、智慧,医疗、智慧城市,等,?,MTC/eMTC/LTE-V,?,2G:GPRS|CDMA2K1X,?,4G:L,TE/L,TE-A,?,3G:HSP,A/EVDO/TDS,?,WiFi 802.1,1,技术,网络要求,2020,年全球,CIoT,连接占比分布,?,NB-IoT,?,SigFox/LoRa,?,短距无线,如,ZigBee,5%,25%,70%,网络接入技术,?,高速率,(10Mbps),?,中速率,(1-10Mbps),?,
3、低功耗,?,低速率,(200Kbps),?,深度覆盖,(20dB),?,低功耗,(10,年,),?,低成本,(5$),物联网市场分类和竞争技术,LPWA,(Low Power Wide Area,低功耗广覆盖,),应用占整个物联网连接规模接近,70%,LTE-M,NB-IoT,LTE,覆盖,标准,155dB,164dB,10 years,510 years,不敏感,1Mbps,200Kbps,10Mbps,500km/h,350km/h,不敏感,$510/,模组,不敏感,(,18k,),50k,$5/,模组,1ms,LoRa,37.5Kbps,10years,N/A,$7/,模组,10K,5G
4、,155dB,100ms,10S,30Km/h,吞吐量,覆盖能力,终端寿命,移动性,时延,成本,容量,用,户,数,增,加,覆,盖,增,强,移,动,性,增,强,速,率,提,升,GSA,统计已有,24,个运营商确定,NB-IOT,建设计划,预计,2017,年底将会有,20,个,NB-IoT,网络实现商用,30km/h,NB-IoT,为窄带低速大连接数物联网场景提供最佳解决方案,什么是,NB-IoT,?,NB-IoT,Narrow band-Internet of Things,即,窄带物联网,F,r,e,q,u,e,n,c,y,200 kHz,1,8,0,k,H,z,=,4,8,s,u,b,c,a
5、,r,r,i,e,r,s,S,u,b,c,a,r,r,i,e,r,s,p,a,c,i,n,g,=,3,.,7,5,k,H,z,1,0,k,H,z,(,G,u,a,r,d,b,a,n,d,),1,0,k,H,z,(,G,u,a,r,d,b,a,n,d,),?,Stand-lone,:,独立载波组网,一个载波带宽,?,下行,12,个,15Khz,子载波,?,上行,3.75Khz,或,15Khz,200Khz,小区峰值速率,?,上行最大,:,261.6kbps,?,下行最大,:,226.6kbps,NB-IOT,的三种部署方式,?,Guard band,:,利用,LTE,系统边缘保护带上没有使,用的
6、资源块,?,In-band,:,利用,LTE,系统中的资源块,NB-IoT,的关键技术,OFDM,OFDM,正交频分复用,物理层,在频域上由,12,个子载波(每个子载波宽度为,15KHz,)组成,,在时域上由,7,个,OFDM,符号组成,0.5ms,的时隙,这样保证了,和,LTE,的相容性,对于带内部署方式至关重要。,每个时隙,0.5ms,,,2,个时隙就组成了一个子帧(,SF,),,10,个子帧组成一个无线帧(,RF,)。,把高速数据流通过串并变换,分配到传输速,率较低的若干个子信道中进行传输,这样既,可以增大码元宽度,减少单个码元占用的宽,度,抵抗多经引起的频率选择性衰落,又可,以有效的克
7、服,ISI,,起到降低系统对均衡技术,要求的作用。,NB-IoT,的关键技术减少信令开销,减少信令开销,NB-IoT,信令流程基于,LTE,设计,去掉了一些不,必要的信令,包括在控制面和用户面均进行,了优化。,原,LTE,信令流程:,NB-IoT,信令流程,NB-IoT,信令流程,NB-IoT,的关键技术半双工,Half Duplex,NB-IoT,的关键技术:半双工,Half Duplex,半双工模式在,3GPP,R8,时定义,,R12,时列出,type,A,与,type B,两种类型,,其中,Type B,为,Cat.0,专用,。,?,type,A,下,,UE,在发送上行信号时,其前面一个
8、子帧,(Subframe),的下行信号中最后一个符元,(Symbol),不接,收,用来作为保护间隔,(Guard Period,GP),;,?,type,B,下,,UE,在发送上行信号时,其前面的子帧与后,面的子帧都不接收下行信号,使得保护间隔增大,对于,设备的要求更加得降低,并且也使讯号的可靠性上升。,UE-Category,半双工方式,Category1,Type A,Category2,Type A,Category3,Type A,Category4,Type A,Category5,Type A,Category6,Type A,Category7,Type A,Category8,
9、Type A,Category9,Type A,Category10,Type A,.,Category0,TypeB,Cat.M,NB-IOT,$,半双工,只需要多一个切换器去改变发送或接收的模式,比起全双工,(Full Duplex),所,需的元件,成本更为低廉,并且也能够降低电力的消耗。,NB-IoT,的关键技术,eDRX,(Enhanced Discontinuous Reception,延长的非连续接收模式),在,R13,标准,定义改进,eDRX,,其为延长,原本,DRX,的时间,使,UE,在,DRX,的次数及频,率上可以减少,以达到更省电的目的,但,UE,在进行长时间的,DRX,周
10、期后,本身的计,时器可能会发生不准确的情况,就会让,UE,与核心网之间发生不同步的情况,因此基,站必须时常与,UE,进行同步,而在,UE,离开,eDRX,模式时,也要发出多笔传呼讯号,,让,UE,在时间不同时依旧可以收到传呼讯号。,扩展的,Long DRX,可使,LTE-M,和,NB-IoT,的,电池使用,寿命超过,10,年,,同时保持了机械,工业过程监控或家庭自动化等用例所需的,下行链路的可达性。,对下行业务时延要求高,如路灯。,对下行业务时延有较高要求,可根据设备是否处于休眠状态缓存消,息或者立即下发消息,如智能穿戴设备。,NB-IoT,的关键技术,PSM,(,Power Saving M
11、ode,,省电模式),PSM,为一种特殊的终端状态,可以最小化电力的消耗,一般,认为比空闲模式(,Idle Mode,)下更省电。,若终端支持,PSM,,在,Attach,或,TAU(,跟踪区更新,),的过程中,,会向网络申请一个启动计时器,(Active,Timer),,当设备从,连,接状态,转移到,空闲状态,后,该定时器开始运行;当定时器终,止时,设备进入省电模式。省电模式中,,UE,不再监听寻呼信,号,近似于关机的状态,但,UE,还是注册在网络中,因此不需,要重新连接或建立分组数据网络的连接,直到,UE,要再对外发,送数据,或者,TAU,的周期到了,才会恢复到连接的状态。,TAU,Cyc
12、le/,Trans.Cycle,2.56s,Rel.8,10.24,1s,1min,10mi,n,Rel.1,2,1h,2h,1 day,15min,3.7,4.5,4.9,4.9,4.9,4.9,4.9,1hour,8.1,13.8,17.0,17.8,17.9,17.9,17.9,1 day,13.2,39.1,84.9,108.0,110.8,111.1,111.3,1 week,13.5,42.0,99.4,132.1,136.2,136.6,137.0,1 month,13.6,42.3,101.6,135.9,140.2,140.7,141.1,1 year,13.6,42.5,1
13、02.3,137.1,141.4,141.9,142.3,终端在不同的,TAU,周期与传送周期的耗电情况(月),若是,TAU,周期为,1,小时,而,1,个星期发送一次数据,两,个,2A,电池可以使用超过,136,个月,相当于,11,年左右,NB-IoT,的四大优势,20dB,增益,1$,芯片成本,?,简化射频硬件,?,简化协议降低成本,?,减小基带复杂度,10,年,电池寿命,100K,连接数每小区,?,频谱效率高,?,小包数据发送特征,?,终端极低激活比,深覆盖,?,窄带功率谱密度提升,?,重传次数,?,编码增益,?,简化协议,芯片功耗低,?,功放效率高,?,发射,/,接收时间短,低功耗,大连
14、接,低成本,深覆盖:比,LTE,覆盖高,20dB,功率谱密度,=,200mW/180kHz,180 KHz,IOT,终端,:200mw,3.75 KHz,注:,由于,GSM,终端发射功率最大可以到,33dBm,NB-IOT,发射功率最大,23dBm,所以实际,NB-IOT,终端比,GSM,终端功率谱密度高,7dB,Data Package,(e.g100 byte),2G/3G/LTE,终端发射功率,功率谱密度,=,200mW/3.75kHz,NB-IOT,终端,最多重复,16,次,技术点,1,:功率谱密度增强,+17dB,技术点,2,:,重复,+3 12dB,48,倍,NB-IOT,功率谱密
15、度高,低功耗:基于,AA,电池,使用寿命可超过,10,年,?,Tx(23dBm):200m,W,?,Rx:80mW,?,Idle:3mW,?,PSM:,0.015mW,Active,Idle,PSM,Active timer Active timer,Start,Expiration,T,AU/RAU timer,Expiration/MO,PSM,和长周期定时器,Active,M2M,终端,CloudEdge,MME,基亍终端分组,/,业务特征下发定时器给终端:,Ready timer/Active timer/RAU timer,Extended Long DRX,DRX Cycle,eD
16、RX Cycle,M2M,终端,MME,eDRX,协商,,MME,决策,省电模式,减少,IDLE,态寺呼侦听次数,PSM,省电模式,PSM,省电模式终端空闲时关闭收发信机,99%,时间在,PSM,状态,PSM,下只,占用,1%,功耗,eDRX,扩展动态接收,增大,IDLE,态寻呼信道侦听周期,延长定时周期,根据终端业务模型,灵活适配长周期位,置更新定时器,RAU/T,AU,,减少唤醒次数,大连接:,100K,用户容量,*/200kHz,小区,话务模型,海量连接的特有系统设计,15,分钟,1,天,100 byte,对时延不敏感,关键技术,1,:,窄带技术,?,上行等效功率提升,大大提升信道容量,
17、100k,设备,/,小区,关键技术,2,:,减小空口信令开销,提升频谱效率,蜂窝物联核心网,业务平台,DL Data,关键技术,4,:,核心网优化,?,终端上下文存储,?,下行数据缓存,关键技术,3,:,基站优化,?,独立的准入拥塞控制,?,终端上下文信息存储,NB-IoT,基站,*,典型值,与应用类型和话务模型相关,低成本:,终端模组成本低至,5$,?,协议栈优化,?,500kByte,P,A:Power Amplifier,SOC:System on Chip,Cat-4 L,TE,BB,2RX,1TX,RF,PMU,Flash/RAM,BB,1RX,1TX,RF,PMU,Flash,/R
18、AM,BB,1RX,1TX,RF,PMU,Flash/,RAM,Cat-0 MTC,NB-IOT,MMMB:,多模多频段,P,A,MB:,多频段,BB:,基带,PMU:,电源管理单元,低复杂度基带,?,终端协议简化,精,简,射,频,?,单天线,半双工,高,效,功,放,?,上行峰均比低,,?,功放效率高,?,SOC,可内置,P,A,精简电源管理,小,容,量,存,储,典型应用:智慧城市,a,智能停车,行业应用:,监测车位是否有,车,将车位信息,上报到平台,通,过引导屏和终端,引导车主停车。,停车场,APP,业务特点:,低速率小包业务为主,移动性:,不要求,时延:,不敏感,能耗:敏感,成本:,敏感,
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