NB-IoT: यह कैसे काम करता है? भाग 1

NB-IoT मानक में डिवाइस एक साधारण बैटरी पर 10 साल तक चल सकते हैं। किस कारण से? हमने इस तकनीक के बारे में सभी सबसे महत्वपूर्ण चीजों को संकलित किया है। इस लेख में, हम रेडियो एक्सेस नेटवर्क की वास्तुकला के दृष्टिकोण से इसकी विशेषताओं के बारे में बात करेंगे, और दूसरे भाग में, एनबी-आईओटी के दौरान होने वाले नेटवर्क कोर में परिवर्तन के बारे में।



एनबी-आईओटी तकनीक को एलटीई से बहुत कुछ विरासत में मिला है - रेडियो सिग्नल की भौतिक संरचना से वास्तुकला तक। एक लेख में सब कुछ सूचीबद्ध करना असंभव है, इसलिए आइए उन मुख्य विशेषताओं पर ध्यान केंद्रित करने की कोशिश करें जिनके लिए यह तकनीक बनाई गई थी। तो:

रेडियो एक्सेस नेटवर्क आर्किटेक्चर के संदर्भ में NB-IoT में क्या अंतर हैं?

सबसे पहले, LTE के बारे में महत्वपूर्ण बात याद रखें:

LTE सिग्नल के लिए, 15 kHz के सबकार्अर स्पेसिंग के साथ OFDM चैनल पृथक्करण सिद्धांत का उपयोग किया जाता है। DL (डाउनलिंक, बीएस से दिशा) OFDMA का उपयोग किया जाता है, और उल (Uplink, BS को दिशा) SC-FDMA का उपयोग किया जाता है। LTE में पूरे वाहक को संसाधन ब्लॉक (संसाधन ब्लॉक, आरबी) में विभाजित किया गया है, जिनमें से प्रत्येक में 12 उपकार और 12x15 kHz = 180 kHz (छवि 1) की कुल अधिकृत बैंडविड्थ शामिल है। प्रत्येक संसाधन ब्लॉक को 12x7 = 84 संसाधन तत्वों (संसाधन तत्व, आरई) में विभाजित किया गया है।



चित्र 1। संसाधन ब्लॉक, संसाधन तत्व

उच्च सेल थ्रूपुट को प्राप्त करने के लिए, डीएल के लिए उच्च मॉडुलन आदेश QAM256 और उल में QAM64 लागू होते हैं। इसके अलावा, MIMO2x2 और MIMO4x4 प्रौद्योगिकियों का उपयोग एक ही उद्देश्य के लिए किया जाता है।

NB-IoT रेडियो सिग्नल की विशेषताएं :

NB-IoT में सबसे महत्वपूर्ण बात कम सिग्नल स्तर और उच्च शोर स्तरों पर काम करने की क्षमता है, साथ ही बैटरी की बचत भी है। NB-IoT को छोटे संदेशों को प्रसारित करने के लिए भी बनाया गया है, और इसमें ऑडियो-वीडियो सामग्री, बड़ी फ़ाइलों और अन्य चीजों के हस्तांतरण की आवश्यकता नहीं होती है।

इसके आधार पर, भौतिक स्तर पर कुछ विशेषताएं हैं जो आवश्यक विशेषताओं को प्रदान करने में मदद करती हैं:

1. NB-IoT के लिए कुल बैंडविड्थ 180 kHz की चौड़ाई के साथ एक RB तक सीमित है;
2. उपयोगकर्ता डिवाइस के रेडियो पथ में केवल एक एंटीना, रिसीवर और ट्रांसमीटर है;
3. ट्रांसमिशन और रिसेप्शन समय में, अर्थात् यह अनिवार्य रूप से आधा द्वैध मोड है;
4. एक उपकार पर उल दिशा में संचारित करने की क्षमता;
5. उपयोग किए जाने वाले मॉड्यूलेशन प्रकार BPSK और QPSK तक सीमित हैं;
6. प्रेषित संकेत (कवरेज बढ़ाने) की पुनरावृत्ति।

नीचे हम उनमें से कुछ पर अधिक विस्तार से ध्यान केन्द्रित करेंगे।

एक आरबी, एक एंटीना और आधा डुप्लेक्स ट्रांसमिशन मोड की एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड का उपयोग करने से आपको डिवाइस को सरल बनाने और प्राप्त करने की अनुमति मिलती है:

• सीपीयू आवश्यकताओं को कम करना;
• ऊर्जा की खपत में कमी;
• आयामों की कमी,
• सस्ता उपकरण।

रेडियो फ्रीक्वेंसी की नियुक्ति:

NB-IoT के लिए, लगभग सभी समान आवृत्ति रेंजों का उपयोग "निम्न" बैंड में 2G / 3G / 4G के लिए किया जा सकता है। ये हैं B20 (800 MHz), B8 (900 MHz), B3 (1800 MHz)। अधिक संकेत क्षीणन के कारण उच्च "उच्च" आवृत्तियों का उपयोग करने का कोई कारण नहीं है।

NB-IoT के लिए एक आवृत्ति संसाधन आवंटित करने के तीन तरीके हैं :

1. अकेले खड़े।

समर्पित आवृत्ति चैनल 200 kHz चौड़ा। यह विकल्प NB-IoT के लिए सबसे प्रभावी है, लेकिन सबसे महंगा भी है। तथ्य यह है कि इस मामले में, आपको गार्ड अंतराल के साथ-साथ बहुत मूल्यवान स्पेक्ट्रम के 300 से 600 किलोहर्ट्ज़ की आवश्यकता हो सकती है। इस मामले में, अन्य तकनीकों के साथ पारस्परिक हस्तक्षेप न्यूनतम है (छवि 2)।



अंजीर। 2. स्टैंड-अलोन मोड में NB-IoT के लिए प्लेसमेंट विकल्प।

2. इन-बैंड

इस स्थिति में, मौजूदा LTE वाहक के भीतर NB-IoT के लिए संसाधन आवंटित किए जाते हैं, लेकिन NBE-IoT वाहक में LTE संसाधन ब्लॉक की तुलना में 6 dB की बढ़ी हुई शक्ति होती है। यह विकल्प आवृत्ति संसाधन को बचाने के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है, लेकिन एलटीई नेटवर्क (छवि 3) के साथ पारस्परिक प्रभाव की समस्या है।



अंजीर। 3. इन-बैंड मोड में NB-IoT का प्लेसमेंट।

3. गार्ड-बैंड

इस मामले में, NB-IoT तथाकथित गार्ड अंतराल में शुरू किया जाता है। उदाहरण के लिए, LTE10 मेगाहर्ट्ज बैंड में, गार्ड अंतराल के रूप में 500 kHz का मुफ्त स्पेक्ट्रम इस्तेमाल किया जाता है। लंबी दूरी के लिए इन-बैंड मोड के रूप में, NBE-IoT वाहक में LTE संसाधन ब्लॉक (छवि 4) की तुलना में 6-9 डीबी की बढ़ी हुई शक्ति होती है। यह उपयोग मामला आपको आवृत्ति संसाधन को एक साथ सहेजने और एलटीई नेटवर्क के साथ पारस्परिक प्रभाव को कम करने की अनुमति देता है, हालांकि इस मामले में एलटीई के लिए आउट-ऑफ-बैंड उत्सर्जन नीचा है।



अंजीर। 4. गार्ड-बैंड मोड में NB-IoT का प्लेसमेंट।

एक उपकार पर उल दिशा में संचारित करने की क्षमता:

यदि एक या कई आरबी से युक्त संसाधन समूहों के ब्लॉक एलटीई में ग्राहक को आवंटित किए जाते हैं, तो एनबी-आईओटी में न्यूनतम इकाई आरई है - वे ग्राहक को रेडियो संसाधन के हिस्से काटते हैं। इसलिए, डिवाइस के लिए यह संभव हो गया कि 15 किलोहर्ट्ज़ पर एक उपकार पर उल पर एक सिग्नल प्रसारित किया जाए। इसी समय, उल दिशा में 3.75 किलोहर्ट्ज़ के 48 उपकार में आरबी की जुदाई पहले से ही NB-IoT के लिए मानकीकृत है। इस मामले में संसाधन तत्वों की अवधि चार गुना बढ़ जाती है, और तदनुसार समय स्लॉट 2 एमएस तक बढ़ जाता है, इसलिए उनकी सूचना क्षमता नहीं बदलती (छवि 5)।



चित्र 5। संसाधन तत्व।

15 किलोहर्ट्ज़ के एक उपकार पर एक संकीर्ण बैंड में सिग्नल ट्रांसमिशन, और इससे भी अधिक 3.75 किलोहर्ट्ज़ पर, सिग्नल की वर्णक्रमीय घनत्व में काफी वृद्धि कर सकता है, और तदनुसार सिग्नल-टू-शोर अनुपात, जो कि बेस स्टेशन की तुलना में बहुत कम शक्तिशाली ट्रांसमीटरों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, NB-IoT में, साथ ही LTE में, सब्सक्राइबर उपकरणों की शक्ति 23dBm (20000W) तक सीमित है।

उसी समय, यदि रेडियो की स्थिति सक्रिय संचरण मोड के समय को कम करने की अनुमति देती है, और तदनुसार बैटरी बचाती है, तो एक ही समय में कई उपकार को प्रसारित करना संभव है। एक उपकार पर संचरण को एकल-स्वर संचरण मोड कहा जाता है, और कई उप-वाहक पर इसे बहु-टोन कहा जाता है (ये 15 kHz के 3, 6 या 12 उपकार हैं)। चित्रा 6 एक संसाधन इकाई (संसाधन इकाई, आरयू) के विभिन्न रूपों के संसाधन तत्वों से गठन को दर्शाता है।



चित्र 6। संसाधन इकाइयाँ (RU)।

आरयू - यह एक और बड़ी ईंट है, जिसमें से परिवहन ब्लॉक (ट्रांसपोर्ट ब्लॉक, टीबी) का निर्माण होता है, जिसे उपयोगकर्ता को सौंपा जाता है। एक टीबी एक से दस आरयू तक हो सकती है। इसके अलावा, संकेत की गुणवत्ता के आधार पर, प्रत्येक टीबी में उपयोग की जाने वाली मॉड्यूलेशन कोडिंग स्कीम (MCS) के आधार पर उपयोगी जानकारी की एक अलग मात्रा हो सकती है। एनबी-आईओटी में टीबी का आकार, ज़ाहिर है, एलटीई की तुलना में बहुत छोटा है और डीएल में 680 बिट और उल (रिले.1 3 जीपीपी) में 1000 बिट है। इस मानक में भी केवल एक ही हरक (हाइब्रिड ऑटोमैटिक रिपीट रिक्वेस्ट) प्रक्रिया है, इसलिए अगले टीबी को पिछले टीबी की प्राप्ति के बाद ही प्रसारित किया जा सकता है। रिलीज में 14 3GPP, ट्रांसपोर्ट ब्लॉक के आकार को 2536 बिट्स और डुअल-हार्क तक बढ़ाया जाता है, जो आपको एक पंक्ति में दो ट्रांसपोर्ट ब्लॉक को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

कवरेज वृद्धि:

एनबी-आईओटी की एक अन्य विशेषता कवरेज एन्हांसमेंट कार्यक्षमता है, जो संचरित सिग्नल के क्रमिक रिट्रांसमिशन द्वारा प्राप्त की जाती है। यह तंत्र असफल रिसेप्शन पर पैकेट के पुन: प्रवेश के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए; कवरेज बढ़ाने के मामले में, प्राप्त सिग्नल की सफलता पर निर्णय सभी दोहराया संदेशों (छवि 7) को प्राप्त करने के बाद होता है। सभी भौतिक चैनल NPDCCH, NPDSCH, NPRACH और NPUSCH (यहाँ N, नैरोबैंड उपसर्ग है) दोहराया जा सकता है।



अंजीर। 7. एनबी-आईओटी में दोहराता है

मानक तीन स्तरों को परिभाषित करता है, जिसे कवरेज स्तर 0, 1 और 2 कहा जाता है। दोहराव की संख्या व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है और प्रत्येक प्रकार के भौतिक चैनल और इसके प्रारूप के लिए अलग-अलग सेट की जाती है। उदाहरण के लिए, मानक यूएल में उपयोगी सिग्नल के लिए मूल्यों को 128 तक और डीएल में 2048 तक निर्दिष्ट करता है। वास्तव में, सब कुछ ऑपरेटिंग मोड (स्टैंड-अलोन, इन-बैंड / गार्ड-बैंड), सिग्नल गुणवत्ता और के लिए अनुकूलित नेटवर्क सेटिंग्स पर निर्भर करेगा। अन्य शर्तें। दोहराता है कि आप सिग्नल-टू-शोर अनुपात के बहुत कम स्तर पर एक सिग्नल को डीकोड करने की अनुमति देते हैं सैद्धांतिक रूप से 10dB और उससे कम तक।

उपरोक्त सभी - एक संकरा बैंड और कवरेज बढ़ाने के कार्य का उपयोग - जो आपको अंततः जीएसएम के संबंध में 20dB के कुख्यात लाभ को प्राप्त करने की अनुमति देता है।

NB-IoT में बॉड दरें

सामान्य तौर पर, IoT सिद्धांत, जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, उपकरणों के साथ सूचनाओं का एक महत्वपूर्ण आदान-प्रदान नहीं करता है, और तदनुसार, ये मूल्य बहुत ही मनमाना हैं। सबसे पहले, वे केवल अच्छी सिग्नल गुणवत्ता के साथ प्राप्त किए जाते हैं। दूसरी बात, डीसीआई कगला और एसीके पावती की नियुक्ति सहित सिग्नल एक्सचेंज, अधिकतम गति प्राप्त करने के लिए, एलटीई में अनुकूलित नहीं है। तीसरा, यदि डिवाइस केवल एक या दो छोटे संदेश प्रसारित करता है, तो इस मामले में यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि ट्रांसमिशन दर का क्या मतलब है। लेकिन आप यहां गति के बारे में नहीं कह सकते। उदाहरण के लिए, अंजीर। 8 उपयोगकर्ता के लिए डीएल में गणना की गई गति दिखाता है।



चित्र 8। डीएल में बिट दर।

यह आंकड़ा से देखा जा सकता है कि NBE-IoT में, LTE के विपरीत, उपयोगकर्ता डिवाइस पूरे उपलब्ध रेडियो संसाधन पर कब्जा नहीं कर सकता है। और बाकी रेडियो संसाधन बीएस अन्य उपकरणों के साथ संचार करने के लिए उपयोग कर सकते हैं। उल (चित्र 9) में भी ऐसी ही स्थिति है।



चित्र 9। उल बॉड रेट।

तो, दोहरे-हार्क का उपयोग और परिवहन का बढ़ा हुआ आकार खुद को 2536 बिट्स (14 3GPP रिलीज) तक अवरुद्ध करता है, जिससे आप डीएल और यूएल में ट्रांसमिशन की गति 100 kbit / s से ऊपर बढ़ा सकते हैं।
यह सब है - अगर हम रेडियो की पहुंच की वास्तुकला के दृष्टिकोण से मुख्य विशेषताओं के बारे में बात करते हैं, तो दूर की तरफ जाने के बिना। आशा है कि यह मददगार था। जल्द ही - अगली पोस्ट में - हम आपको बताएंगे कि एनबी-आईओटी के साथ नेटवर्क (कोर नेटवर्क) का कोर कैसे बदल गया है। प्रतिक्रिया की सराहना की जाएगी।

द्वारा पोस्ट किया गया
एमटीएस रेडियो एक्सेस नेटवर्क आर्किटेक्चर विभाग के विशेषज्ञ इल्नूर फौजीव इल्नर्फ़