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物联网与中国的下一代广播技术展望

更新时间：2019-12-24 07:19:09 大小：4M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网 LoRa 专用回传信道 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对中国农村地区物联网需求,结合现有的NB-IOT技术、LoRa技术以及中国农村实际情况,提出了一种将数字电视广播的专用回传信道与物联网结合的方案.对专用回传信道的终端模型、典型应用、物理层结构以及基于专用回传信道的物联网系统方案等进行了阐述,并将专用回传信道技术与NB-10T技术、LoRa技术进行对比,结果证明,专用回传信道方案具有长距离、高速率、容量大、易于部署等特点,适合用于农村地区物联网部署.

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弋

B ^{RoADcAsTING&TRA照黥黧}

●

奠

■嘶

一

文献引用格式：汪

，

宁，曹志，等．物网与中国的下一代广播技展望[J]．

and Chinas next

技

，2018，42(8)：65— 70．

WANG

a1．Internet

K，LUO N，CAO Z，et

ofthings

outlook[J]

generation broadcasting technology

Video

engineering，2018，42(8)：65— 70．

文献：A

中

分

号：TN949．6

志

IIl0I：10．16280／j．videoe．2018．08．014

物网与中国的下一代广播技展望

汪

1，

(1．上海交通大学，上海200240；

宁2，曹

志3，何大治1，丁良

2．上海中

3．国家广播

技

学院，上海20131；

影

局广播

划院，北京100866)

摘要：

中国村地区物网需求，

合

有的NB— IOT技、LoRa技以及中国

村

情况，提出了一种将数字

构以及基于用回

比，明，用回

广播的用回信道与物

网

合的方案。

用回信道的端模型、典型用、物理

信

道的物网系方案等行了述，并将用回信道技与NB— IOT技、LoRa技

道方案具有距离、高速率、容量大、易于部署等特点，适合用于村地区物网部署。

行

果

关

：物网；NB— IOT；LoRa；用回信道

Internet of

and Chinab Next Generation

Outlook

Things

Technology

Broadcasting

WANG _{Kaikail，LUO}

Nin92，CAO Zhi3，HE Dazhil，DING Lianghui。

(1．Shanghai Jiao而，lg University。Shanghai 200240，China；

20131，China；

2．Shanghai Zhangqiao College，Shanghai

3．Academy ofBroadcasting Planning．sAPPRH．Beinding 100866、

at the demand of Intemet of

in rural areas of

with the

NB— IOT

existing

China，combined

Abstract：Aiming

Things

technology，

LoRa

and the actual situation in rural

_digitalTV

broad-

scheme of

the dedicated return channel of

technology

China，a

combining

structure and IoT

model，typical印plieation，paysical layer system

with the Internet of

terminal

casting

Things

proposed．111e

scheme based on dedicated return channel aIe described．and the dedicated return channel

with NB— IOT

compared

technology

and

LoRa

proved

that the dedicated retum channel scheme has the characteristics

technology

technology．It

and

distance，

long

is suitable for the

of Internet of

in rural areas．

Things

high speed，large capacity

easy deployment，and

deployment

Return Channel

Key words：Internet

Things；NB— IOT；LoRa；Dedicated

随着科技的步，通信网由原来的人与人、人

POS机等，主要采用的是eMTC和2G M2M等技

迅速，

具有深度覆盖、超低功耗、超低成本、海量

。

与物之的网

，

展到在的物与物之的互

，

近些年来，低速率(<200 Kbps)

增

就是物网(Intemet

接

Things，lOT)。物网在

Power

物与物之

作

接，可以用到各种不同的域，

、境、能源、医、智能家居等域。

和

延不敏感的特点，被

Area，低功耗广覆盖)

称

LPWA(Low

Wide

比如

物

、工

⋯ ，有的3G／

网的

种

繁多，以用一技

足。

4G技从成本上无法足要求。目前全球范内，

LPWA 的物网技段授情况角度

可以两：一是授段的广域网技，以3GPP

的窄网(Narrow

大

、低延的高速率(>10

从

Mbps)

，比如

延在

自

，一般采用LTE— V技；

ms 的中速率(<1

100

Band

Internet

定

物

Mbps)

，比如穿戴

、

Things，

基金目：国家自然科学基金(61671297。61601286和61420106008)。上海市数字媒体理与

重点

室(STCSM

18DZ2270700)．国家科技重大

(2017ZX03001027)和上海市科技新行

划(17511106102)

投稿网址http：／／www．videoo．cnl《

技

>第42卷第8期( 第505期)

万方数据

ⅡB ROADcAsT|NG&TRA黛勰

y烹

焉

NB— IoT)技

代表；另一是非授

代表心J。

段的广域

网关(S— SW)、移性管理体(MME)、属用

器(HSS)、PDN网关(P— GW)、服能力

网技，主要以Lora等技

服

目前，全球于部署NB— IOT的主流段分

将NB—

IOT部署在800 MHz 段上，中国通会

开放元(SCEF)、第三方用服器(AS)和第三

是800 MHz和900 MHz，中国信会

方服能力服器(scs)‘引。

900

MHz来部署NB— IOT，中国移

MHz 段[3】。根据通信原理，

会重耕有的

率与信号

900

的

波

距离呈相关，

波

率越高，信号的

距

SOW

^n'RANH

NB— IOT网

PGW

离越短，从而使得基站的覆盖面也就越小，因此采

用低段更有利于建。在中国，无管理

的行政分配制度，由广控制的

500 MHz到900 MHz左右的段用于播广播

使用，随着由原来的模信号向数字信

号，多套不同的目可以

E如-I

l嘴班I

体架构

网

委

率

会

NB— IOT支持三种操作模式，分是：(1)Stand

— alone：独立网；(2)Guard— band：利用LTE

波

系

保

上未被使用的

源

行部署；(3)

到原来模

段的

In— band：

源

来自LTE系。

J。由于

内，可以放出 100 MHz的

NB— IOT的下行路和上行路

都是

500

MHz 段的低特性，基站的覆盖面大，将会

大大降低建造成本，因此广在建造物网网

可以考在500 MHz 段上建立物网。此外，由

180

kHz，于下行路，采用的是OFDM方式，在上

述三种操作模式下都是15kHz的子

于上行路，NB— IOT的技方案提供了两种

，

波

隔MJ，而

于广一直

了大量广播

广播

的

播，在全国各地建

塔的覆盖半径超

方式，

音(Single— tone)

和多音(Multi

塔，些广播

— tone)

，其中Single— tone技

是

了支持更

50 km，丰富的塔站源使广有能力行物

的研究和部署。

网

好的覆盖、得更大的容量与降低

端耗，而

技

Multi— tone技

— tone 采用15 kHz和3．75 kHz两种子

隔，而Multi— tone模式采用15 kHz 一种子

隔。在覆盖增景下，3．75 kHz子隔比

隔性能更好，可以提供更大的系

容量。在In— band 景下，采用15 kHz子

比3．75

是了支持更大的峰速率，Single

党的十九大提出要推新型城化建，新型

化很重要的一点就是行集化、色化展，

波

城

在

波

个

程中，信息化手段能提供重要的支持。

波

利用信息化技和物网技

村的医、养老、教育等民生系

行感知，将城市与

kHz子

波

行

接【5 J，促

波

隔

新型城化的展。小城

4G等技起步，但广播

深厚的基，覆盖范广，广在新型城

在

展

程中，3G／

kHz子波隔效果更好，因采用

KHz子波隔使得IOT系具有更好的LTE

才

技

在

村地区

化

具

兼容性旧J。NB— IOT系的小区上行峰速率

程中

抓住机遇，开展

广播的物网网的

261．6

Kbps，下行峰速率 226．6 Kbps，

于延

建

。

不敏感的

用

景上，NB— IOT的个扇区可以支

km。

持大 50 K的用接人，覆盖范

NB— IOT技方案

2015年12月，

、高通、立信等公司成的

LoRa

NB— IOT工作，提出了NB— IOT技方案，并在

2016年6月得3GPP RAN批准。NB一10T技是

一种可与有蜂网融合演的低成本、高可靠性、

超低功耗广域物网技，其网架构与有的4G

Range)技是由Semetech公司在

LORa(Long

2013年布的。

无

系

一般采用

制方式，FSK是一种低功耗

制的方式，其在

低功率特性方面的表与FSK相当，但由于ch卸

移

控

(VSK)作物理

的

制手段。LoRa采用chirp

网

架构基本一致口]，NB一10T的网

l所示。在NB— lOT的网架构中，包括：NB—

IOT用端、E— UTRAN基站(即eNodeB)、服

体架构如

信号占用的

大于信息

，因此可以

得到高的系

理增益，使得采用chirp 制技

66《

技》第42卷第8期( 第505期)l投稿网址http：／／www．videoe．cn

万方数据

RoADcAsT。NG&TRA惠瓢黧_-

y烹

烹

此大幅增加，因

点接收并

来自其他点的

的LoRa覆盖范大大增加。在事通信域，chirp

制由于通信距离，抗干能力，得到了广

泛的用，但是在民用方面用的少，主要是成本太

信息可能与其无关，降低了网容量，并减少了

的使用寿命。I．oRa采用的是距离星型架构，

点和网关之可以直接行通信，避免了因

池

端

高，不利于推广，LoRa是第一个采用

种

方式

用。LoRa网工作在非授

和运投入不高，成本

的低成本商

无用信息造成某个点的源浪，从而影响整

个网的生存周期，有效延池的使用寿命川。

LoRa的点有三种工作模式，即Class A(功率

的

段上，前期的基

建

了

低。

端

2所示 LoRa的网架构，由四个部分

最低的双向

端

)、Class B(具有确定性下行

端 )和Class C(最低延的双

成，分

用

是

端

点、集中器／网关、网

服

器以及

候

路延的双向

服

器。网状网架构在部署网

的

向

端

)，但同一

只能取一种工作模式。

的速率不同，

取。

常被使用，在网状网中，各个端

的信息以增加网的通信范和小区大小。尽管通

点信息可以增加覆盖范，但复性也因

点

其他

点

不同工作模式的能量消耗和数据

一般通

件根据不同的

景

行

用服

器

端

点

集中器／网关

网

服

器

LoRa网架构

中国的村地区来，大模地行基于

(4)由于基于NB— IOT技和LoRa技一个

k和10

NB— IOT或LoRa的物网技缺陷

突出。主

扇区的用的数量分

k，

了

足

要原因包含以下几个方面：

村的用接人数量的要求，需要建立多个扇区

行覆盖。

(1) 村地区没有高大的建筑物，干

小，适

村地区的物网服包含多种方面的内容，

用于大范覆盖的技

的

用，而NB— IOT技

和

村

LoRa技的覆盖范在15 km左右。了将

比如急广播系、智慧

智慧村建和新型城

、

境

等等，

推

。

地区全部覆盖，需要建立更多的基站和配套施，不

利于物网技村地区的拓展；

(2)NB— IOT技需要与有的网架构

融合，由于村地区的网不完善，可能需要先

村地区的网行升，但是村地区相

化

程具有重要意

在

但由于村地区本身的条件限制，有的物网技

框架并不能直接用于村地区物网的建

村地区的物展需要一种符合村地区

行

，

建

网

于

相

情况的新技

。

城市地区来，人口密集度小，运商提供的服

有限，因此在村地区建基于NB— IOT的物

上海交通大学和数字

下一代数字准ATSC

国家工程中心美国

3．0 用回

了

信

网网成本非常高，且收益不明

；

道的提案，此方案在已是ATSC3．0 A／323的候

准，利用此方案可以很好地解决村地区目前

(3)基于LoRa技

的方式，且LoRa技工作在非授

率的干，干不可控，可靠性差。

物

网技采用独立建网

物

国

网建中遇到的

。数字

广播服在中

段，会受到其

他

村地区具有良好的基，通在中国展下一

投稿网址htlp：／／www．vi(tooe．cnI<

技 >第42卷第8期( 第505期)67

万方数据

啊B 嗽sT№&TRA感勰

y烹薏熬

策略 ATSC 3．0系与物网的合提供了契机，

代数字

量的音

广播技

服

，

村地区不可以接受到更

可以通用回信道，将

高

，

从而可以构建一套新的依于广播系的物

网

信息回到服端。通

技

，可以

数字

技

。

3．1

广播技构建中国村地区的物网。

DRC上行端

3 DRC上行端的系架构。DRC上行

DRC概述

路

端包含三个模，分是：自

Repeat— reQuest，ARQ)模

重

求(Au—

路自适

Return

tomatic

用回信道(Dedicated

Channel，

、

模

DRC)支持ATSC 3．0系中的交互式服，而不依

以及随机接人模。ARQ模用于重

程中失的数据包；路自适用于DRC上

路的自适制和信道；当DRC上行

与BTS( DRC基站模的ATSC3．0 射机)有建

，随机接入模用于DRC上行端的初始

在

3．0

于其他非ATSC 3．0网

基

施。在ATSC

模

中，用于交互式服的下行路广播信道和用返

回信道使用不同的RF 率(即分双工，FDD)。

意味着，在原有的ATSC3．0系中，不可以

行

端

立

接

广播

信息到用端，而且用端可以将用

接入。当BAT( DRC基站模的ATSC3．0接收

的数据通 DRC回到服器。种数据

机)失去与BTS的同步

，

程也被启。

来

A阳I

1厂— 一

同步管理

路自适

同步

厂_ r]

DRC上行端的系架构

3．2

DRC的典型用

元)的原始数据。中站的数量、中站将信号

BTS的方案以及BTS利用信号的方案由网

当存在BAT和BTS之

的

距路径，DRC上

运

商确定。

行

路的覆盖范可达100 km哺1。但是，在城市地

大，覆盖范小。考到不

区，由于路径

耗

会

●

同的路径耗，在DRC系操作中DRC上行路

与中是可行的。

⋯ 啊

●8“1

■

4 BTS和BAT使用中与不使用中的

两种景。若不使用中，所有的BAT都和BTS

行直接通信。在使用中的情况下，下行路广播

口川瑚

●

直接从BTS

从BAT

到所有BAT。然而，DRC上行

一啊

路

有

到中站，然后中

站通高速

●⋯

或无

网

将收到的信号到BTS，延

■

短。中

站

所有的BAT都是透明的，从

信号是来自模数或解

．叶㈨

，一：

中

站到BTS的

BAl到BT_S之

通

中

上行

Data

Unit，

数据

后的MAC PDU(Protocol

DRC的两种典型用

61t《

万方数据

技》第42卷第8期( 第505期)I投稿网址h ：／／www．videoe．cn

RoADcAsT。NG&TRA鼎篾糠__

V_{l“⋯ l㈣l。d¨l}

3．3

DRC上行

DRC上行路采用具有循

分多址(SC— FDMA)方式。 5描述了数据比

Turbo 制、ND 点DFr 、子

、P／S(IFFT 生的复数

路

构和

制

的并行到串行

)、添加循

前

、DAC／RF(数

前

(CP)的

模

／射 )等

程

生SC— FDMA的信号。在

波

制方式上，DRC采用BPSK，QPSK和16QAM三种

不同的制方式‘91。

特通

卷

、

波映射、N。F丌点IFFI'

一 CT C．．

。仰．群叫，。用m一。．增警，数，_J

SC— FDMA信号生成

构

在

域上，上行路每个上行

的

度T，=10

上接收下行路的数据，在f。上送DRC上行

路

IIlsec，包含44个SC— FDMA符号以及一个保

隔

数据。其中下行路数据包含音

器的指令数据以及物网服

数据、交互服

(GP)，DRC不能在GP上送信息。在域上有

器

物

网

点

2048个子波，些子

上行路支持不同的

，DRC系将不同

波

号从0到2047。DRC

了适不同的

下的有效子波数量定

送的求信息，上行数据主要是用向交互服

送的求以及物点根据收到的

网服信息。

器

，

网

求

送到

物

器

在BTS中，通 ATSC3．0的网关，可以将音

N．。域上的一个SC— FDMA符号和域上的

一个子成的元被称一个小区，若用

波

源

信息送到ATSC3．0的射机。ATSC3．0网关

k和1分表示域和域的索引，一个小区可由

索引 (k，1)唯一指定。域上子波索引 1到

180的小区和域上索引 0到15的SC— FDMA

符号将被保留用于随机接人的物理随机接入信道

的主要功能是将ATSC3．0数据

包封装成基 (BBP)数据包，并把些数据包送到

射机送。在网关配置上，ATSC3．0系

用特有的PLY(物理管道)技，每个PLP都映射

到IP 的不同端口，DRC下行路信令和数据也

路 (ALP)的数据

行

采

(PRACH) 源，DRC上行

路内其他有效的小区

可用作物理上行共享信道(PUSCH)的

。

以具有特定IP端口的AIJP数据包的形式送到网

关。BAT中的ATSC 3．0接收机接收来自不同PLP

的信息，并将DRC的同步信息，信令信息以及与

基于DRC的物网系方案

6表示的是包含DRC功能的ATSC3．0系

架构。BTS和BAT通信道行通信，BTS在

率fo上送下行路的有效数据，接收机在

f。上接收DRC上行路数据；相反的，BAT在率fo

DRC相关得数据信息与

广播服数据分离，

DRC同步和信令数据被送到DRC上行路网关

无

率

以便理和

。

投稿网址http：／／www．videoe．cnI《

技

》第42卷第8期( 第505期)

万方数据

B咻嗽洲G&TRA感恩

y烹甍

DRC和NB— IOT在PER上的表

于LoRa

DRC与U)WA技

比

和Sigfox。当每分信息数达到2．1

和LoRa技的PER接近100％，也就是

104 ，Sigfox

表1 DRC技与常的物网技 NB—

此

Sig-

fox和LoRa在此

已

完全失效。DRC和NB— IOT

IOT．LoRa以及Sigfox在技

比可以，DRC技的峰速率、典型容量以及覆

盖范方面明于其他几种技 7所示DRC

指

上的比，通

由于

大，峰速率高，支持的用数量多，因此

保持相比低的PER。DRC占用的

比NB—

。

IOT要多，因此其在PER上的表

于NB— IOT。

与其他几种LPWA技的包

接收信息的关系曲，通

率(PER)与每分

中的曲可以看出，

表1 DRC与LPWA技参数

比

状，DRC技

相

于其他的物网技方案具有非

常大的越性。因此，广在中国开展下一代数字

广播技的研究，不要提升数字广播

量，极投入到物网部署当中，充分利用

500

∞

阳

要

∞

MHz 段的

将DRC的越性与

和广

村

有丰富的塔站源，

有的条件合起来，在新

一

Z山t

加

型城化建

程中抓住机遇。

∞

加

束

目前，基于DRC的物网系方案机系

已

搭建完成，通

量的音

套系，用

源，可以

不

可以接收到高

地通 DRC与交互

7包

率

比

服

器

系

行交互。此外，通 DRC构建的智能家居

室内的温度、湿度、PM2．5等

DRC具

距离、高速率、容量大、易于部署等特点，

能

未来必定会成 LPWA技之一。

区面大，干小，且基

中国村地

相落后的

境信息。未来此系将会用到更多其他方面，

网

建

(下sin．第75

)

70< 技 )第42卷第8期( 第505期)I投稿网址http· ／／www．videoe．on

万方数据

ROADcASTlNG&TRA寇黑漂匹

ROSENBERG

A．Constrained fast— time

[3]

L，GRAY

不需要事先确定GNSS信号来波方向，

列

差

STAP for interference

in muhicharmel SAR

and Electronic

Sys-

suppression

健。数据表明，在多种干景下，所提方法

Transactions on

[J]．IEEE

Aerospace

均能干抑制能力均良好，相比于SCORE方法、功

率倒置法，本研究所提方法在抑制干的同，能保

terns，2013，49(3)：1792— 1805．

[4]柏仲干，朱震，彭燕，等．SAR 制干效果的推算方法

研究[J]．光与控制，2012，19(4)：6— 9．

出中GNSS信号信干噪比最大化，健性很

。

最后提出

星接收器的

措施。

[5]林烘．星合成孑L径雷达干与抗干

[D]．沙：国防科学技大学，2014．

技

研究

参考文献：

[1]

◇

OBRIEN A

antenna

Transac．

J，GUPTA J．Mitigation

adaptive

作者介：

induced bias eITors in GNSS

receivers[J]．IEEE

林列 (1962一)。本科。副教授。主要从事航空子技

教学与研究。

：徐弘涛

tions on

and Electronic

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Systems，201 l，47(1)：

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任

收稿日期：2018一 -28

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与低噪声接收器的

[D]．大：大海事大学，2011．

的意

。

叫h全髑c 3· o[1]-TBC．,2016,62(1)：352— 360·

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技

介

一)，士生。主要研究方向：数字

与物蝴网技 (19；95一～⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ^广一^播

息化，20。一92i：一譬：～⋯ ⋯ 。。⋯ ⋯ 。⋯

[2]w／z,g,．月-4--． “，巴17(1，

物

网

芊

的

展与

～；一；(一1963一)，副教授，主要研究

通信，多媒体，

竺tm／Lr．JT：1，：

竺

与技李：芝1二i。：jj311詈!：髦o：．．

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物

技桑：本文通釜磊喜I：：：三：⋯ ro_～nin～g@一sin⋯ aj三：；“’

⋯ ⋯ 一志一(1— 984一--)‘，嘉；2主要研究方向：数字

技某；

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何大治(1977一)：；磊三蚤：；萎；；F茹嘉磊高

无

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，，⋯ 。⋯ ，．

[51^竺翌^号，物²⁰¹N⁶⁽N^{5)：44：4，．．5．⋯ ⋯ ，}

2．o 蹙翌开启[1]-宁波

3警^竺妻：^’黧^：2非^0⋯：¹³余^。(7⋯耋^)：‘^35．。^．登^-3竺^1’孳^。。曼^⋯!^⋯NB^，-IOT)

(

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自

网

和

化、无

网

高度、高

：；墓通信等。

⋯ ⋯ ．

^{准与妥磊磊}⋯^；!⋯^禁⋯^美；⋯^⋯一^{⋯ ～⋯ ⋯ 一≤ 磊言茹：}⋯ ²⋯^⋯⋯⁰¹一^{8-⋯ 07”-71：}

关

技

[M]．北京：人民

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投稿网址htIp：／／www．vidaoe．cnl《

技

>第42卷第8期( 第505期) 75

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