物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。傳感技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和通訊技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)重要組成部分[軟件技術(shù)，管理系統(tǒng)]，其中，通訊技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)啊各單位之間進(jìn)行信息傳輸和交流的物質(zhì)基礎(chǔ)，因?yàn)橛辛送ㄓ嵓夹g(shù)物聯(lián)網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)與世界的互聯(lián)，本文主要介紹常用的幾種物聯(lián)網(wǎng)通訊方式。

LoRa

全稱“Long Rang”,是LPWAN一種成熟的通信技術(shù)，是美國(guó)公司的一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的低功耗超長(zhǎng)距離無(wú)線通信技術(shù)，是Semtech公司私有的物理層技術(shù)，主要采用的是窄帶擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，大大改善了接收靈敏度，在一定程度上奠定了LoRa技術(shù)的遠(yuǎn)距離和低功耗性能的基礎(chǔ)?？傮w來(lái)看，LoRa是為了解決物聯(lián)網(wǎng)中M2M（物對(duì)物）無(wú)線通信的需求，主要是在頻段運(yùn)行，包括433、470、868、915MHZ等非頻段的低功耗廣域接入網(wǎng)技術(shù)。

調(diào)制方式

采用的基于線性調(diào)頻信號(hào)（Chirp）擴(kuò)頻技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了數(shù)字信號(hào)處理和前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，然后數(shù)字信號(hào)通過(guò)調(diào)制Chirp信號(hào)，將原始信號(hào)頻帶展寬至Chirp信號(hào)的整個(gè)線性頻譜區(qū)間，這樣大大增加了通信范圍。

通訊協(xié)議

基于LoRa技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要是LoRaWAN，定義了網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和系統(tǒng)架構(gòu)，LoRaWAN的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是星狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要分為以下三種，種：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，從A點(diǎn)發(fā)起，B點(diǎn)接收；第二種：星狀網(wǎng)輪詢，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式，一個(gè)中心點(diǎn)和N個(gè)節(jié)點(diǎn)，由節(jié)點(diǎn)出發(fā)，中心點(diǎn)接收然后確認(rèn)接收完畢，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)繼續(xù)上傳，直到N個(gè)節(jié)點(diǎn)完成，一個(gè)循環(huán)周期；第三種：星狀網(wǎng)并發(fā)，也是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信，不同的是多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)與中心點(diǎn)通訊，這就節(jié)約了節(jié)點(diǎn)的功耗，避免了個(gè)別節(jié)點(diǎn)的故障而引起網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性得以提高。

NB-IOT

NB-IOT是可與蜂窩網(wǎng)融合眼睛的低成本電信級(jí)高可靠性、高安全性廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。NB-IOT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)之上，只消耗180KHz的頻段，可以直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)，UMTS網(wǎng)絡(luò)和LTE網(wǎng)絡(luò)，NB-IOT采用的是頻帶技術(shù)，以降低成本，它具有四大優(yōu)勢(shì)，一：海量鏈接的能力，在同一基站的情況下，NB-IOT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)，一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，設(shè)備成本降低、設(shè)備功耗降低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化；二：覆蓋廣，在同樣的頻段下，NB-IOT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益提升了20db，相當(dāng)于提升了100倍的覆蓋面積；三：低功耗，NB-IOT借助PSM和eDRX可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)待機(jī)，它的終端模塊待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年之久；四：低成本，NB-IOT和LoRa不同，不需要重新建網(wǎng)，射頻和天線都是可以復(fù)用的，企業(yè)預(yù)期的模塊價(jià)格也不會(huì)超過(guò)5美元。

優(yōu)勢(shì)

強(qiáng)鏈接：

在同一基站的情況下，NB-IOT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50—100倍的接入數(shù)。一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

高覆蓋：

NB-IOT室內(nèi)覆蓋能力強(qiáng)，比LTE提升20DB增益，相當(dāng)于提升了100倍覆蓋區(qū)域能力。不僅可以滿足農(nóng)村這樣的廣覆蓋需求，對(duì)于廠區(qū)、地下車庫(kù)、井蓋這類對(duì)深度覆蓋有要求的應(yīng)用同樣適用。

低功耗：

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，特別對(duì)于一些不能經(jīng)常更換電池的設(shè)備和場(chǎng)合，如安置于高山荒野偏遠(yuǎn)地區(qū)中的各類傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們不可能像智能手機(jī)一天一充電，長(zhǎng)達(dá)幾年的電池壽命是最本質(zhì)的需求。NB-IOT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此NB-IOT設(shè)備 功耗可以做到非常小。

低成本：

NB-IOT無(wú)需重新建網(wǎng)，射頻和天線基本上都是服用的。舉個(gè)例子：就拿中國(guó)移動(dòng)來(lái)說(shuō)，900MHZ里面有一個(gè)比較寬的頻帶，只需要請(qǐng)出來(lái)一部分2G的頻段，就可以直接進(jìn)行LTE和NB-IOT的同時(shí)部署。低速率、低功耗、低寬帶同樣給NB-IOT芯片以及模塊帶來(lái)低成本的優(yōu)勢(shì)。

TD-LTE

即time division long term evolution （分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)），由3GPP組織涵蓋的各大企業(yè)及運(yùn)營(yíng)商共同制定，LTE標(biāo)準(zhǔn)中的FDD和TDD兩個(gè)模式實(shí)質(zhì)上是相同的，兩個(gè)模式間只存在較小的差異，相似度達(dá)90%。TDD即時(shí)分雙工，是移動(dòng)通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD頻分雙工相對(duì)應(yīng)。TD-LTE是TDD版本的LTE的技術(shù)，F(xiàn)DD-LTE的技術(shù)是FDD版本的LTE技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)

多址技術(shù)

1. 采用OFDMA取代CDMA作為基本的多址技術(shù)

技術(shù)原理

采用循環(huán)前綴（CP）對(duì)抗符號(hào)間干擾，OFDM符號(hào)持續(xù)時(shí)間＜信道可以等效為“線性時(shí)不變”系統(tǒng)，降低信道時(shí)間選擇性衰落對(duì)傳輸系統(tǒng)的影響。OPDM子載波的帶寬＜信道“相干帶寬”時(shí)，可以認(rèn)為該信道是“非頻率選擇性信道，所經(jīng)歷的衰落是“平坦衰落”。”

2. 上行SC-FDMA多址方式

TD-LTE系統(tǒng)中上行鏈路采用SC-FDMA技術(shù)，以期降低PAPR，提高攻放功率，延長(zhǎng)電池壽命，DTE-S-OFDM可以認(rèn)為是SC-FDMA的頻域產(chǎn)生方式，是OFDM在IFFT調(diào)制前進(jìn)行了基于傅里葉變換的預(yù)編碼。

MIMO多天線解決方案

在多個(gè)天線上分別發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)流，利用多徑衰落，在不增加帶寬和天線發(fā)送功率的情況下，提高信道容量及頻譜利用率，或提高數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。

優(yōu)點(diǎn)：

MIMO多種模式帶來(lái)多種收益：1.分集增益；2.波束賦星增益；3.空間復(fù)用增益

提高頻譜效率：要求TD-LTE的下行頻譜效率達(dá)到5kps/Hz，上行頻譜效率達(dá)到2.5bps/Hz。

TD-LTE中MOMI的應(yīng)用（PDSCH傳輸方案）

TM1.單天線端口傳輸

的傳輸方案，PDSCH使用單天線端口傳輸時(shí)，根據(jù)Port0上的CRS進(jìn)行解調(diào)，可用于各種場(chǎng)景。

TM2.發(fā)送分集

用于增強(qiáng)小區(qū)覆蓋，作為TM3/4/5/6/7的回退模式,LTE中的實(shí)現(xiàn)方式SFBC+FSTD。

TM3.開(kāi)環(huán)空間復(fù)用

一種大延遲（CDD）空間復(fù)用，接收端不需給發(fā)送端反饋預(yù)編碼矩陣信息，用于提高小區(qū)平均頻譜效率和峰值速率，適用于高速移動(dòng)場(chǎng)景。

TM4.閉環(huán)空間復(fù)用

發(fā)送端需要給接收端反饋預(yù)編碼矩陣信息，用于提高小區(qū)平均頻譜效率和峰值效率，適用于低速移動(dòng)場(chǎng)景。

TM5.多用于MIMO

只支持每個(gè)用戶單程的傳輸，而且支持兩層，用于提高小區(qū)平均頻譜效率和峰值速率。

TM6.閉環(huán)RANK=1的預(yù)編碼

用于增強(qiáng)小區(qū)覆蓋，盡可能承載相關(guān)的控制信息，僅支持RANK=1的傳輸。

TM7.單流波束賦形

PDSCH是依據(jù)port5上DRS進(jìn)行調(diào)解的，用于提高小區(qū)邊緣用戶的覆蓋，單流波束賦形是基于專用導(dǎo)頻的非碼本波束賦形，主要用于TD-LTE系統(tǒng)。

TM8.雙流波束賦形

雙流波束賦形將波束賦形技術(shù)與空間復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，既提高小區(qū)邊緣用戶的覆蓋，也可以提升小區(qū)中心用戶的吞吐量，雙流波束賦形是基于專用導(dǎo)頻的非碼本波束賦形，雙流波束賦形是TD-LTE Rel-9中的增強(qiáng)型技術(shù)。

藍(lán)牙4.0

藍(lán)牙是一種短程寬帶無(wú)線電技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)拈_(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)，它使用跳頻譜（FHSS）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等技術(shù)在校范圍內(nèi)建立多種通信與信息系統(tǒng)之間的信息傳輸。藍(lán)牙4.0是2010年7月份發(fā)布的，它將傳統(tǒng)藍(lán)牙、高速藍(lán)牙以及藍(lán)牙3.0版本規(guī)格集于一體的低功耗藍(lán)牙，功耗比之前版本降低了90%，具有極低的平均功耗，待機(jī)功耗和峰值功耗，設(shè)備建立時(shí)間縮短，由原來(lái)的100ms縮短至現(xiàn)在的3ms，藍(lán)牙4.0的傳輸距離可達(dá)100米以上，擁有AES-128加密方式，數(shù)據(jù)更安全。

關(guān)鍵技術(shù)

1. 藍(lán)牙的系統(tǒng)組成

無(wú)線射頻單元，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的接收和發(fā)送，具有短距離、低功耗的特點(diǎn)，且藍(lán)牙天線體積小、重量輕。基帶或鏈路控制單元，進(jìn)行射頻信號(hào)、數(shù)字和語(yǔ)音的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)基帶協(xié)議和其他的底層連接規(guī)程。鏈路管理單元，負(fù)責(zé)管理藍(lán)牙設(shè)備之間的通信，實(shí)現(xiàn)鏈路的建立、驗(yàn)證、鏈路配置等操作。藍(lán)牙軟件協(xié)議規(guī)范包括傳輸協(xié)議、中介協(xié)議、應(yīng)用協(xié)議等。

2. 藍(lán)牙核心協(xié)議

核心協(xié)議由基帶、鏈路管理、邏輯鏈路和適配協(xié)議及業(yè)務(wù)搜尋協(xié)議等4部分組成，它分為兩個(gè)或多個(gè)藍(lán)牙單元之間建立物理RF連接。

基帶協(xié)議就是確保各個(gè)藍(lán)牙設(shè)備之間的物理射頻連接，以形成微微網(wǎng)，這個(gè)協(xié)議可為亟待數(shù)據(jù)分組提供兩種物理連接方式，同步面向連接（SCO）和異步非連接（ACL），SCO可以傳輸語(yǔ)言分組也能傳輸數(shù)據(jù)分組，ACL只能傳輸數(shù)據(jù)分組。鏈路管理協(xié)議，管理基帶層內(nèi)主從網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，負(fù)責(zé)兩個(gè)多多個(gè)設(shè)備之間的鏈路設(shè)置和控制，包括傳遞驗(yàn)證和加密，管理鏈路密匙。邏輯鏈路和適配協(xié)議，介于高層與底層的適應(yīng)層，直接為上層服務(wù)，主要負(fù)責(zé)聯(lián)兩個(gè)藍(lán)牙設(shè)備間數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)的分段及重組、多路復(fù)用和協(xié)商通道參數(shù)功能，服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議，是藍(lán)牙技術(shù)框架中非常重要的一個(gè)部分，它使所有用戶模式的基石也使用SDP，可以查詢到設(shè)備信息和服務(wù)類型，然后藍(lán)牙設(shè)備之間的連接才能建立。