ملحوظة: إنترنت الأشياء؟ الجزء الأول

يمكن تشغيل الأجهزة في معيار NB-IoT لمدة تصل إلى 10 سنوات على بطارية عادية واحدة. بسبب ماذا؟ لقد قمنا بتجميع كل الأشياء الأكثر أهمية حول هذه التكنولوجيا. في هذه المقالة ، سنتحدث عن ميزاتها من وجهة نظر بنية شبكة الوصول إلى الراديو ، وفي الجزء الثاني ، حول التغييرات في جوهر الشبكة التي تحدث أثناء NB-IoT.



لقد ورثت تقنية NB-IoT الكثير من LTE - من البنية المادية للإشارة اللاسلكية إلى الهندسة المعمارية. من المستحيل إدراج كل شيء في مقالة واحدة ، لذلك دعونا نحاول التركيز على الميزات الرئيسية التي تم إنشاء هذه التكنولوجيا من أجلها. لذلك:

ما هي الاختلافات بين NB-IoT من حيث بنية شبكة النفاذ الراديوي؟

أولاً ، تذكر الشيء المهم حول LTE:

بالنسبة لإشارة LTE ، يُستخدم مبدأ فصل قناة OFDM مع تباعد الموجات الحاملة الفرعية بمقدار kHz 15. في DL (الوصلة الهابطة ، الاتجاه من BS) ، تُستخدم OFDMA ، وفي UL (الوصلة الصاعدة ، الاتجاه إلى BS) تُستخدم SC-FDMA. ينقسم الناقل بأكمله في LTE إلى كتل الموارد (كتلة الموارد ، RB) ، ويتكون كل منها من 12 موجة حاملة فرعية وعرض نطاق إجمالي مشغول يبلغ 12x15 كيلو هرتز = 180 كيلو هرتز (الشكل 1). يتم تقسيم كل كتلة موارد إلى 12 × 7 = 84 عنصرًا من الموارد (عنصر الموارد ، RE).



الشكل 1. كتلة الموارد ، عنصر الموارد

لتحقيق إنتاجية عالية للخلية ، يتم تطبيق أوامر التشكيل العالية QAM256 لـ DL و QAM64 في UL. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام تقنيات MIMO2x2 و MIMO4x4 لنفس الغرض.

ميزات إشارة الراديو NB-IoT :

الشيء الأكثر أهمية في NB-IoT هو القدرة على العمل بمستويات إشارة أقل ومستويات ضوضاء عالية ، بالإضافة إلى توفير طاقة البطارية. تم تصميم NB-IoT أيضًا لنقل الرسائل القصيرة ، ولا يتطلب نقل محتوى الصوت والفيديو والملفات الكبيرة وأشياء أخرى.

بناءً على ذلك ، على المستوى المادي ، هناك ميزات معينة تساعد على توفير الخصائص الضرورية:

1. يقتصر عرض النطاق الترددي الإجمالي لـ NB-IoT على RB واحد بعرض 180 kHz ؛
2. يحتوي المسار الراديوي لجهاز المستخدم على هوائي وجهاز استقبال وجهاز إرسال واحد فقط ؛
3. متباعدة الإرسال والاستقبال في الوقت المناسب ، أي هذا هو في الأساس وضع مزدوج الاتجاه ؛
4. القدرة على الإرسال في اتجاه UL على موجة حاملة فرعية واحدة ؛
5. تقتصر أنواع التشكيل المستخدمة على BPSK و QPSK ؛
6. تكرار الإشارة المرسلة (تحسين التغطية).

أدناه سوف نتحدث عن بعض منها بمزيد من التفصيل.

يتيح لك استخدام نطاق تردد ضيق من RB واحد ، هوائي واحد ووضع إرسال مزدوج أحادي الاتجاه ، تبسيط الجهاز وتحقيق:

• تقليل متطلبات وحدة المعالجة المركزية ؛
• انخفاض استهلاك الطاقة ؛
• تقليص
• أجهزة أرخص.

تعيين ترددات الراديو:

بالنسبة إلى NB-IoT ، يمكن استخدام جميع نطاقات التردد نفسها تقريبًا كما في 2G / 3G / 4G في النطاق "المنخفض". هذه هي B20 (800 ميجاهرتز) ، B8 (900 ميجاهرتز) ، B3 (1800 ميجاهرتز). لا يوجد سبب لاستخدام ترددات "أعلى" أعلى بسبب التوهين الأكبر للإشارة.

توجد ثلاث طرق لتخصيص مورد تردد لـ NB-IoT:

1. قائمة بذاتها.

تردد قناة مخصص بعرض 200 كيلو هرتز. هذا الخيار هو الأكثر فعالية لـ NB-IoT ، ولكنه أيضًا الأغلى. والحقيقة هي أنه في هذه الحالة ، قد تحتاج من 300 إلى 600 كيلوهرتز من طيف قيم للغاية إلى جانب فترات الحراسة. في هذه الحالة ، يكون التدخل المتبادل مع التقنيات الأخرى ضئيلاً (الشكل 2).



التين. 2. خيارات التنسيب لـ NB-IoT في الوضع المستقل.

2. داخل النطاق

في هذه الحالة ، يتم تخصيص الموارد لـ NB-IoT داخل ناقل LTE الحالي ، لكن لدى NB-IoT قدرة متزايدة بمقدار 6 ديسيبل مقارنة بمجموعات موارد LTE. هذا الخيار مناسب تمامًا لحفظ مورد التردد ، ولكن هناك مشكلة التأثير المتبادل مع شبكة LTE (الشكل 3).



التين. 3. وضع NB-IoT في الوضع داخل النطاق.

3. الحرس الفرقة

في هذه الحالة ، يبدأ NB-IoT في فترة الحراسة المزعومة. على سبيل المثال ، في نطاق LTE10 MHz ، يتم استخدام 500 كيلو هرتز من الطيف الحر كفاصل حارس. كما هو الحال في الوضع داخل النطاق لمدى أطول ، تتمتع حاملة NB-IoT بقوة متزايدة من 6-9 ديسيبل مقارنة بمجموعات موارد LTE (الشكل 4). تتيح لك حالة الاستخدام هذه حفظ مورد التردد في نفس الوقت وتقليل التأثير المتبادل مع شبكة LTE ، على الرغم من انخفاض الانبعاثات خارج النطاق في LTE في هذه الحالة.



التين. 4. وضع NB-IoT في وضع نطاق الحراسة.

القدرة على الإرسال في اتجاه UL على موجة حاملة فرعية واحدة:

إذا تم تخصيص وحدات كتلة الموارد التي تتكون من واحد أو أكثر من RBs للمشترك في LTE ، فإن الحد الأدنى للوحدة في NB-IoT هو RE - فهي تقطع أجزاء من المورد الراديوي إلى المشترك. لذلك ، أصبح من الممكن للجهاز إرسال إشارة إلى UL على موجة حاملة فرعية واحدة عند 15 كيلوهرتز. وفي الوقت نفسه ، تم توحيد فصل RB إلى 48 موجة حاملة فرعية تبلغ 3.75 kHz في اتجاه UL من أجل NB-IoT. تزداد مدة عناصر الموارد في هذه الحالة أربع مرات ، وبالتالي فإن الفترة الزمنية تصل إلى 2 مللي ثانية ، وبالتالي لا تتغير سعة المعلومات الخاصة بها (الشكل 5).



الشكل 5. عنصر الموارد.

يمكن أن يؤدي إرسال الإشارة في نطاق ضيق على موجة حاملة فرعية واحدة تبلغ 15 كيلوهرتز ، وحتى أكثر من ذلك عند 3.75 كيلوهرتز ، إلى زيادة الكثافة الطيفية للإشارة بشكل كبير ، وبالتالي فإن نسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وهو أمر مهم جدًا لأجهزة المشترك التي لديها أجهزة إرسال أقل قوة بكثير من المحطة الأساسية. علاوة على ذلك ، في NB-IoT ، وكذلك في LTE ، فإن قوة أجهزة المشترك تقتصر على 23dBm (200mW).

في الوقت نفسه ، إذا سمحت ظروف الراديو ، بتقليل وقت وضع الإرسال النشط ، وبالتالي توفير البطارية ، فمن الممكن الإرسال على عدة ناقلات فرعية في نفس الوقت. يُطلق على الإرسال على موجة حاملة فرعية واحدة وضع الإرسال أحادي النغمة ، ويسمى في العديد من الموجات الحاملة الفرعية نغمات متعددة (هذه هي الموجات الحاملة الفرعية 3 أو 6 أو 12 بتردد 15 كيلو هرتز). يوضح الشكل 6 التكوين من عناصر الموارد لمختلف الاختلافات في وحدة الموارد (وحدة الموارد ، RU).



الشكل 6. وحدات الموارد (RU).

RU - هذا هو لبنة أكبر أخرى ، يتم من خلالها تشكيل كتل النقل (كتلة النقل ، TB) ، المخصصة للمستخدم. يمكن أن يحتوي السل الواحد من واحد إلى عشرة رو. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على جودة الإشارة ، قد يحتوي كل السل على كمية مختلفة من المعلومات المفيدة اعتمادًا على مخطط تشفير التشكيل (MCS) المستخدم. حجم السل في NB-IoT ، بالطبع ، أصغر بكثير مما هو عليه في LTE وهو 680 بت في DL و 1000 بت في UL (Rel.13 3GPP). في هذا المعيار أيضًا ، هناك عملية واحدة فقط HARQ (طلب التكرار التلقائي الهجين) ، لذلك لا يمكن نقل السل التالي إلا بعد الإقرار باستلام السل السابق. في الإصدار 14 3GPP ، يتم زيادة أحجام كتل النقل إلى 2536 بت و Dual-HARQ ، مما يسمح لك بنقل كتلتين من النقل على التوالي.

تعزيز التغطية:

ميزة أخرى لـ NB-IoT هي وظيفة تحسين التغطية ، والتي تتحقق من خلال إعادة الإرسال المتتالية للإشارة المرسلة. يجب عدم الخلط بين هذه الآلية وإعادة إرسال الحزمة عند استقبال غير ناجح ؛ في حالة تحسين التغطية ، يتم اتخاذ قرار بشأن نجاح الإشارة المستقبلة بعد استقبال جميع الرسائل المتكررة (الشكل 7). يمكن تكرار جميع القنوات المادية NPDCCH و NPDSCH و NPRACH و NPUSCH (هنا N هي بادئة النطاق الضيق).



التين. 7. يتكرر في NB-IoT

يحدد المعيار ثلاثة مستويات ، تسمى مستوى التغطية 0 و 1 و 2. يمكن أن يختلف عدد التكرارات بشكل كبير ويتم تعيينه بشكل فردي لكل نوع من أنواع القنوات المادية وتنسيقها. على سبيل المثال ، يحدد المعيار قيمًا للإشارة المفيدة في UL حتى 128 وفي DL حتى 2048. في الواقع ، بالطبع كل شيء سيعتمد على إعدادات الشبكة المحسنة لوضع التشغيل (قائمة بذاتها ، داخل النطاق / نطاق الحراسة) ، جودة الإشارة و شروط أخرى. تسمح لك التكرار بفك شفرة الإشارة عند مستوى أقل بكثير من نسبة الإشارة إلى الضوضاء نظريًا حتى 10 ديسيبل وأقل.

كل ما سبق - استخدام نطاق أضيق ووظيفة تحسين التغطية - يسمح لك في النهاية بتحقيق مكسب سيئ السمعة بقيمة 20 ديسيبل فيما يتعلق بـ GSM.

معدلات الباود في NB-IoT

بشكل عام ، لا يعني مبدأ إنترنت الأشياء نفسه ، كما ذكر أعلاه ، تبادلًا كبيرًا للمعلومات مع الأجهزة ، وبالتالي ، فإن هذه القيم تعسفية للغاية. أولاً ، يتم تحقيقها فقط بجودة إشارة جيدة. ثانيًا ، لا يتم تكييف تبادل الإشارات ، بما في ذلك تعيين DCI kagala و ACK ، كما هو الحال في LTE ، للحصول على أقصى سرعة. ثالثًا ، إذا كان الجهاز يرسل رسالة واحدة أو رسالتين قصيرتين فقط ، في هذه الحالة ليس من الواضح تمامًا ما هو المقصود بمعدل الإرسال. لكن لا يمكنك القول عن السرعات هنا. على سبيل المثال ، يوضح الشكل 8 السرعة المحسوبة في DL للمستخدم.



الشكل 8. معدل البت في DL.

يمكن أن نرى من الشكل أنه في NB-IoT ، على عكس LTE ، لا يمكن لجهاز المستخدم أن يشغل كامل الموارد اللاسلكية المتاحة. وباقي مصادر الراديو يمكن استخدام BS للتواصل مع الأجهزة الأخرى. حالة مماثلة في UL (الشكل 9).



الشكل 9. معدل الباود UL.

لذا ، فإن استخدام Dual-HARQ والحجم المتزايد لكتل ​​النقل نفسها حتى 2536 بت (الإصدار 14 3GPP) ، يسمح لك بزيادة سرعة الإرسال في DL و UL فوق 100 كيلوبت / ثانية.
هذا كل شيء - إذا تحدثنا عن الميزات الرئيسية من وجهة نظر بنية الوصول إلى الراديو ، دون الذهاب إلى الجانب. اتمنى ان تكون مفيدة قريبا - في المنشور التالي - سنخبرك كيف تغير جوهر الشبكة (الشبكة الأساسية) مع NB-IoT. سيكون موضع تقدير ردود الفعل.

تم النشر بواسطة
خبير قسم هندسة شبكة الوصول اللاسلكي MTS Ilnur Fauziev ilnurf