多天線技術(shù)在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

許莎佳

摘要：本文通過對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的描述，探討了多天線技術(shù)在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中的具體應(yīng)用，以期能夠促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，為用戶帶來便利及良好的體驗。

[關(guān)鍵詞]蜂窩互聯(lián)網(wǎng)多天線技術(shù)

1蜂窩物聯(lián)網(wǎng)

1.1蜂窩互聯(lián)網(wǎng)的概念

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，就是蜂窩移動通信網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的發(fā)展產(chǎn)物。主要包括eMTC（en-hancedMachine-TypeCommunications，增強機器類通信）和NB-IoT（narrowbandinternetofthings，基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)），有較長的覆蓋距離，是LTE系統(tǒng)的簡化版。eMTC占LTE1.4MHz帶寬，支持FDD和TDD兩種模式，支持語音業(yè)務(wù)、切換，適合發(fā)展中速率寬帶的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。NB-IoT采用200kHz超窄帶設(shè)計，支持FDD工作模式，支持超大連接及小區(qū)重選，不支持切換和語音，NB-IoT的覆蓋能力強且成本較低，適合發(fā)展低速率的窄帶物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。

1.2蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的特點

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)是萬物互聯(lián)時代的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其主要特點如下：

（1）低功耗。

（2）低成本。

（3）廣覆蓋。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有2種，分別為eMTC和NB-IoT，兩種技術(shù)在技術(shù)特點及性能，上有所差別，互有長短，均可用于LPWA業(yè)務(wù)。差別如下：

（1）eMTC：采用1.4MHz帶寬，適合于承載中速業(yè)務(wù)。

（2）NB-IoT：采用180kHz帶寬，適合于承載低速業(yè)務(wù)。

2多天線技術(shù)

2.1多天線技術(shù)網(wǎng)的概念

所謂的多天線技術(shù)，是在空域?qū)o線設(shè)備發(fā)送與接收的信號進(jìn)行處理，并與時域信號結(jié)合，利用空時信號的相關(guān)技術(shù)，在時域及帶寬不變的基礎(chǔ)上來改善無線通信的容量與速率;是增加信道容量、提高無線傳輸速率、改進(jìn)通信質(zhì)量的重要技術(shù)。

多天線技術(shù)一般需要將發(fā)送信號在多根天線上并行傳輸。

2.2多天線技術(shù)網(wǎng)的分類

多天線技術(shù)的主要技術(shù)有2個，分別是智能天線技術(shù)和MIMO技術(shù)。

2.2.1智能天線技術(shù)

智能天線技術(shù)利用自適應(yīng)空間處理技術(shù)和波束轉(zhuǎn)換技術(shù)，在信號接收時對用戶所需要的信號的到達(dá)方向進(jìn)行判斷，接收模式是利用合適的合并權(quán)值設(shè)定相對應(yīng)的要求，建立主波束在對應(yīng)的信號到達(dá)方向上，并在干擾方向上設(shè)置低增益的旁瓣或零陷;在信號發(fā)送時，智能天線技術(shù)能最大化目標(biāo)用戶的接收功率，降低其他干擾信號的影響。

智能天線有兩種，分別為自適應(yīng)陣列智能天線和波束轉(zhuǎn)換智能天線。

2.2.2MIMO技術(shù)

MIMO系統(tǒng)是采用了多天線的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行聯(lián)合空時處理的?？諘r信號的處理技術(shù)是MIMO系統(tǒng)的核心技術(shù)，利用多天線技術(shù)把空時結(jié)合在一起，并通過MIMO核心技術(shù)，改善了通信質(zhì)量、提高了系統(tǒng)的整體性能。

MIMO系統(tǒng)為了達(dá)到空間分集的效果，對天線陣元采用拉遠(yuǎn)處理，使得天線陣元的信號彼此之間獨立。

3應(yīng)用實踐

目前，物聯(lián)網(wǎng)已在各行業(yè)內(nèi)的多個領(lǐng)域中規(guī)模應(yīng)用，如教育、醫(yī)療、安防、家居、農(nóng)業(yè)、交通、建筑等;蜂窩物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，既支持接入多類型的物聯(lián)網(wǎng)終端和傳感設(shè)備，包括現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)終端和未來的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)終端;同時，為所有行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)終端接入對應(yīng)的業(yè)務(wù)平臺提供專用的網(wǎng)絡(luò)連接，連接管理平臺為物聯(lián)網(wǎng)終端、行業(yè)應(yīng)用提供支撐服務(wù)。

綜合分析各個行業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)階段比較成熟或熱點的應(yīng)用有：

（1）數(shù)據(jù)采集類。如遠(yuǎn)程抄電表等，采用移動通信網(wǎng)絡(luò)代替了傳統(tǒng)的人工抄表，從而減少了人力成本的投入也提高了生產(chǎn)效率和及時性。

（2）實時交互類。如智能穿戴、車載終端等，通過數(shù)據(jù)的交換，實時完成交互終端的數(shù)據(jù)及信息的傳送。

（3）視頻應(yīng)用類。如遠(yuǎn)端視頻監(jiān)控終端

等，通過遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集，對系統(tǒng)做出相應(yīng)的針對，從而管控、指揮及調(diào)度生產(chǎn)，使得整個工作流程安全、正確。

以上數(shù)據(jù)采集和實時交互等業(yè)務(wù)，促使信道的頻率資源日益緊張，F(xiàn)DMA、TDMA和CDMA等時、頻域技術(shù)也無法滿足用戶在傳輸速率等方面的需求。目前，我們遇到最棘手的問題就是我們要怎樣最大化地利用線信道中的頻譜資源，要怎么來使無線通信速率快和容量高。

經(jīng)過研究可知，多天線技術(shù)是將無線設(shè)備發(fā)送與接收的信號在空域進(jìn)行處理，并與時域信號結(jié)合，利用空時信號的相關(guān)技術(shù)，在時域及帶寬不變的基礎(chǔ)上顯著改善無線通信的容量與速率。故此，我們將多天線技術(shù)融入到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)中，能在平臺、數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)傳輸方面做到一個質(zhì)的提升，能提高無線傳輸速率、增加信道容量、改進(jìn)通信質(zhì)量，從而提高社會各行業(yè)的生產(chǎn)效能和信息服務(wù)水平。

4總結(jié)和展望

由于個人業(yè)務(wù)消費的局限性，傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)收入增長面臨考驗，而物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了機器與機器、機器與人之間的通信，通過傳感數(shù)據(jù)采集、移動通信等技術(shù)，滿足人們的各種信息化需求。

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的興起為通信領(lǐng)域提供了新的增長點，而多天線技術(shù)作為無線通信中熱門的技術(shù)，能夠大幅度提高信道空間頻譜利用率和信道容量，有效抵抗噪音干擾，將在新興領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，最終會促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，為用戶帶來便利及良好的體驗。

參考文獻(xiàn)

[1]李釗，韋瑋，第四代移動通信系統(tǒng)中的多天線技術(shù)[J].移動通信，2005（12）：49-52.

[2]鄧安達(dá)，程日濤，王韜，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃體系與部署策略研究[J].移動通信，2017（18）：16-17.