精华内容
下载资源
问答
  • 用于认知无线电系统的集成式“感知通信”宽带/窄带光控可重配置天线
  • 设计了一种新型的六陷波超宽带天线。通过在辐射贴片上添加一个T形谐振枝节、一个弯枝节,开一个U形槽,馈线附近引入C形枝节、反C形枝节在地板上开一对对称的L形槽,实现了六陷波特性,有效地抑制了窄带系统和超...
  • 提出了一款紧凑型多陷波特性超宽带天线,该天线由圆形贴片改进的接地板组成。采用在辐射贴片上开两个圆弧状U 形槽接地板上开一个U 形窄缝隙的结构使其具有多陷波特性。天线的体积仅为32mm*25mm*1.6mm,结构紧凑...
  • 为了避免超宽带天线与传统的窄带系统之间的干扰,在共面波导接地面的顶部刻蚀一个U形槽,从而在5.1~5.9 GHz产生一个陷波特性,有效避免超宽带系统与窄带系统之间的干扰,实现超宽带系统与WLANWiMAX系统的协同工作...
  • 宽带高增益平面微带阵列天线研究 无线通信系统的未来发展趋势需求是系统小型化...如何改善微带天线的辐射效率有效解决微带天线窄带问题,进一步开展微带阵列天线的高效、宽带、小型化研究依然有很重要的研究意义。
  • 微带天线以重量轻、低剖面、易于制造,且容易与飞行器表面共形等优点而被越来越广泛地应用。但微带天线又因其频带窄,效率低,增益低的缺点在应用上受到种种限制。...但是,现有的研究结果多数仅限于窄带天线
  • 宽窄带天线的区别w

    2020-11-05 15:00:41
    窄带宽带的区分也就是相对带宽的大小Br=(fh-fl)/f0*100%,一般相对带宽小于1%的为窄带天线,1%至25%的为宽带天线,大于25%的为超宽带天线

    窄带和宽带的区分也就是相对带宽的大小Br=(fh-fl)/f0*100%,一般相对带宽小于1%的为窄带天线,1%至25%的为宽带天线,大于25%的为超宽带天线

    展开全文
  • 太盟遵循“化繁为简”的思路方式,开发了一 种能调整到目标工作频段的天线系统。这种调谐式天线(Tunable antenna)可被称为“智能天线”或“自适应天线”。其基本原理是,将瞬时工作频率限制为一个或两个感兴趣的...
  • 多频带手机天线主要采用PIFA天线和单极天线,相比其他形式的天线,这两类天线都具有剖面低、体积小、设计方便等特点,因此广泛用于手机等移动通信终端上。基本的PIFA天线是将倒F天线的水平振子改变成平面形式,从而...
  • 现在的什么蜻蜓,企鹅FM不同,这种调频收音机是手机硬件支持的,无需网络也无需流量。只要插上耳机就可以听FM广播了,而每一个固定的电台都有固定的波段,那个时候大家都会记下自己爱听节目电台的波段。实际上,...

    如果是像小智这样的80后或者一些90后,都应该知道在诺基亚手机统计全球的时代,几乎所有的手机上都有一个共同的应用功能,那就是调频收音机。和现在的什么蜻蜓,企鹅FM不同,这种调频收音机是手机硬件支持的,无需网络也无需流量。

    只要插上耳机就可以听FM广播了,而每一个固定的电台都有固定的波段,那个时候大家都会记下自己爱听节目电台的波段。实际上,耳机只是充当了天线的作用,外放也是可以的。

    f3ba23383786d201076a5e3ab631f474.png

    而在安卓手机逐渐普及的初期,这个硬件的调频FM收音机功能也都是一直得以保留的,但随着WIFI热点越来越多,宽带家家都装上了,手机又进入4G时代,流量也越来越便宜,该功能就把手机厂商毫不犹豫的砍掉了。

    是的,其实在当下,我们也真的不需要这个功能,因为随时随地都有网络,网络收音机的电台节目和数量,完全不是这种接受电波的调频收音机可以比拟的。不过近日传来了一个消息。

    e5b66e97e27a43db6eea64980fcf0884.png

    那就是工信部鼓励手机厂商自愿安装“调频信号接收模块”,并将适时研究制定相关标准,让手机用户更为方便的接收公共预警信息。虽然工信部的意思是鼓励,自愿,但相信在工信部的推动下,这项被砍许久的老功能,很快又将回到我们的手机上。

    和便签,日历,录音机一样成为默认应用,而大家又可以方便的使用它了。可能有人还是会说没有必要,但大家有没有想到在特殊时期呢?比如发生战争,发生自然灾害,那个时候基站网络全部断掉,单纯依靠网络的FM还有用吗?

    df0ff21ef661b3e1d0d5c18098beb48f.png

    这个时候硬件的调频FM收音机就是大家接受外界权威信息的唯一途径,另外利用该功能还能够进行时间校准和简易定位,可以说是能够把手机在无网络状态下的功能发挥到极致。当然抛开这些不说,多一个功能,在没有网络的环境下还能听听收音机,不也美滋滋吗?

    展开全文
  • 多频带手机天线主要采用PIFA天线和单极天线,相比其他形式的天线,这两类天线都具有剖面低、体积小、设计方便等特点,因此广泛用于手机等移动通信终端上。基本的PIFA天线是将倒F天线的水平振子改变成平面形式,从而...
  • 对模拟电晕放电信号的测试结果表明:实验区域背景噪声主要分布在400 MHz以内,采用80 MHz~2 GHz的宽带测试系统最大测试距离为100 m,而使用所设计的200~300 MHz窄带测试系统最大测试距离可达260 m。所设计的窄带测试...
  • 在复杂电磁干扰环境下,卫星导航接收设备接收到的信号相当微弱...通过仿真软件验证及在暗室环境测试,实验结果表明,本设计能对强压制式窄带和宽带干扰进行有效抑制,三方向干扰抑制可达到80 dB,具有很好的应用前景。
  • 在短短的20年间,技术上已经走过了二代的经历,即80年代的第一代模拟技术90年代的第二代窄带数字技术。近些年来,随着无线通信宽带化技术的突破,移动通信正在向以CDMA为基础,以宽带化通信为特征的第三代3G技术...
  • 5G LTE窄带物联网(NB-IoT) 5

    千次阅读 2019-01-11 12:16:11
    第2章 4G5G系统 ... 4G具有先进的功能特性,例如更高的峰值数据速率(DL上为300 Mbps,UL上为75 Mbps),更高的系统容量覆盖范围,更高的频谱效率,低延迟,更低的运营成本,多天线支持,灵活的带宽操...

    第2章  4G和5G系统

     

     

    2.1 LTE历史

    4G蜂窝技术,即E-UTRA或LTETM [2],已于2008年在3GPPTM第8版中被引入,作为超出IMT-2000要求的宽带蜂窝技术[1]。 4G具有先进的功能和特性,例如更高的峰值数据速率(DL上为300 Mbps,UL上为75 Mbps),更高的系统容量和覆盖范围,更高的频谱效率,低延迟,更低的运营成本,多天线支持,灵活的带宽操作,与现有系统无缝集成。后来推出了LTE版本10(称为LTE-Advanced)作为满足IMT-Advanced要求的技术[3]。 LTE-Advanced通过载波聚合支持高达100 MHz的带宽扩展,显着增强了LTE版本8,支持更高的峰值速率(DL中为1 Gbps,UL中为500 Mbps),吞吐量和覆盖范围更高,延迟更低,从而实现了更好的用户体验。此外,LTE版本10支持更多数量的空间复用(MIMO),协调多点传输和中继节点。 2016年发布的LTE版本13(LTE-Advanced-Pro)将LTE-Advanced扩展到广泛的新应用和行业,支持智能手机以外的新用例。第13版是5G之前活动的开始,旨在补充5G新服务和功能。

     5G旨在支持国际电联对IMT-2020能力的要求[4],如图2.1所示。用于增强型移动宽带的IMT-2020峰值数据速率预计将达到10 Gbps,并可提高至20 Gbps。与IMT-Advanced相比,预计频谱效率将提高三倍。预计IMT-2020将支持10 Mbit / s / m2的区域流量容量,以应对热点。 IMT-2020将能够提供1 ms的空中延迟,能够以极低的延迟要求支持服务。预计IMT-2020还可实现高达500 km / h的高移动性,并为高速列车提供可接受的服务质量(QoS)。最后,预计IMT-2020将支持每公里多达10台设备的连接密度,例如,在大型机器类型的通信场景中。

    图2.1:国际电联IMT-2020和5G能力的目标[4] .1

     

    5G无线通信网络是未来十年及以后的下一代连接和技术,其设立是为了满足IMT-2020的要求[4]。 5G LTE标准化和规范已在3GPP Release 15中开始。基于LTE和新无线电(NR)的初始5G技术规范于2018年初作为第15版的一部分完成。预计第一阶段的5G技术规范到2018年全面完工,并准备在2020年前进行商业部署。

     1经国际电联书面许可转载。

    5G技术承诺为互联世界提供大量最先进的功能,包括窄带物联网(NB-IoT)(术语\ NB-IoT,“\ CIoT”,“LTE IoT”,“或\ UE”可互换使用。) [5,6]。 5G正在提供丰富的功能,如联网汽车(车对所有(V2X)),机器类型通信,设备到设备通信,小型蜂窝和中继网络。此外,还有许多其他先进功能,包括大规模MIMO和先进天线技术,自适应波束成形,同步使用许可和未许可频段,统一和单一空中接口,可固定FDD / TDD子帧设计,以及可扩展的OFDM数字和调制方案。

     虽然4G LTE将在5G商用之前继续发展,但无处不在的下一代5G网络将支持许多新用例和垂直应用,即使是最先进的4G LTE网络也无法运行。从各种物联网部署到大规模机器类型的通信场景,5G网络将比我们今天拥有的移动宽带应用程序更多。这些网络将按照非常高的数据速率(高达20 Gbps)和超低延迟(低于1 ms)以及超高可靠性进行扩展,以容纳数十亿设备[7]。

    2.2 5G窄带物联网

    3GPP 5G技术在版本13中引入了新的无线接口,窄带物联网(NB-IoT)[5],并在版本14和版本15中进行了扩展.NB-IoT旨在连接大量设备形成所谓的物联网(IoT)的应用领域范围。连接的设备通过蜂窝基础设施进行通信。 3GPP还引入了适用于NB-IoT的不同数据速率,其范围从180KHz带宽(LTE Cat-NB1)中的10s Kbps到几百Kbps(LTE Cat-NB2)[2,8]。用于NB-IoT的5G新无线电还计划为大规模物联网引入高级功能,包括资源扩频多址(RSMA),用于需要异步和无授权接入的物联网用例,多跳网格,省电模式(PSM)方案,和延长的非连续接收(eDRX),延长电池寿命。

     NB-IoT是一种低功耗广域网(WAN)解决方案,可在许可的频段中运行。 3GPP将此技术作为LTE标准的一部分,以受益于LTE技术和移动运营商提供的大型生态系统。

    图2.2:IMT-2020及以后的使用场景[4] .3

     5G技术不仅可以增强现有的蜂窝用例,还可以扩展到用例和场景的新时代;大型物联网,智能家居,智能城市,智能交通,智能电网,智能公用事业和仪表,可穿戴设备和远程传感器,自动驾驶和自动驾驶车辆,物体跟踪,移动虚拟现实,航空和机器人的远程控制和过程自动化,以及任务关键型控制[9,10]。图2.2说明了国际电联[4]设定的IMT-2020及以后的设想使用方案示例。

     预计在未来几年内,物联网连接设备的数量将会出现爆炸式增长。例如,到2025年,预计将通过5G NB-IoT连接超过50亿台设备。 5G NB-IoT设备的设计符合以下要求和目标:

      大量低吞吐量设备:支持小区站点内至少52,547个连接设备。该目标基于每户使用40台设备,其住宅密度基于[11,12]中提供的伦敦城市假设(1517家庭密度/ km2和小区站点间距1732米)。

      低功耗:使物联网设备能够吸收低电流(在纳安范围内),使单个电池充电多年(在10年范围内)。

     3经国际电联书面许可后生产。

     更长的电池寿命:目标是提供10年的电池寿命,电池容量为5 WH。

      改善室内和室外覆盖:与传统GPRS设备相比,目标是实现20 dB的扩展覆盖。应支持至少160 bps的数据速率

     上行链路和下行链路。

      低复杂性:目标是提供超低复杂度的设备来支持物联网应用,从而降低成本。

      低延迟:99%的设备目标是10秒或更短的延迟。

      低成本:每台设备的目标成本为5美元。

    NB-IoT设备连接到蜂窝基础设施和网络。支持NB-IoT设备的蜂窝网络具有以下要求和目标:

      重新使用核心网络中的现有节电程序以增加UE电池寿命。

      支持在多个移动运营商之间共享核心网络。

      控制每个PLMN的UE接入。也就是说,支持每PLMN访问类限制。

      支持短消息服务(SMS)。

      支持基于IP的服务的IP标头压缩。

      在IDLE和CONNECTED模式下支持单元选择和(重新)选择过程。

      支持组播流量。

    2.3 NB-IoT应用和场景

    许多NB-IoT部署方案将使用传感器。传感器正在成为NB-IoT网络的端点,收集越来越多的上下文感知数据和信息(例如,位置,图像,天气条件)并将大量结构化和非结构化数据注入到网络和应用中。因此,大数据,分析和预测已成为NB-IoT的明显同义词。那些用作传感器的NB-IoT设备可用于以下应用:

     计量燃气,水和电的消耗。

      测量天气条件,如温度,湿度,压力,风向和紫外线(UV)指数。

      测量碳排放,汞和放射性排放等污染水平。

      测量环境活动,如噪音,花粉和尘埃水平,以及太阳活动。

    NB-IoT设备也可用作执行器。执行器用于控制和操纵设备,例如控制交通信号灯,交通车道或家用电器。用作传感器的NB-IoT设备通常比用作致动器的NB-IoT设备的数量更多。

     NB-IoT承诺创建一个高度互联的世界,需要使用传感器和数据分析来感知,监控和控制家庭,汽车,农业,工业和环境场所中的所有事件。传感器生成的传感器和数据由NB-IoT设备传输和交付,最终有利于利益相关者实时分析和应用见解。以下示例现在可以使用5G NB-IoT:

      智慧城市:监控公路交通信号灯和街道交叉路口,监控和控制基础设施网格,如电力,燃气和污水;公共安全和灾害管理;视频监控;交通违规;和执法。

      智能家居:照明系统,智能家电,联网电视,游戏机,声音和影院系统,烟雾和报警系统,可穿戴设备以及儿童和宠物监控设备。

      智能交通:在车辆,行人或骑车人之间进行交通,以进行交通警告,碰撞和事故

     避免,交通安全和交通标志执法,公共汽车,火车和地下交通信息和管理,以及公共停车和停车计时器通信。

    3GPP无视NB-IoT设备和传感器通常使用的许多应用,如表2.1所示。这些应用程序的特点是在一段时间内连续报告多少字节数据[7]。

    表2.1 CIoT应用及其流量使用情况摘要

    应用

    单个单元中的设备数量

    上行链路中报告间隔

    上行字节数

    每日上行链路总流量(KB)

    报告下行链路的间隔

    下行字节数

    每日下行总流量(KB)

    水计量

    37500

    1/day

    200

    7324

    1/week

    50

    262

    燃气计量

    37500

    4/hour

    100

    351652

    1/week

    50

    262

    废物管理

    100

    1/hour

    50

    117

    None

    None

    0

    污染监测

    150

    1/hour

    1000

    3515

    2/day

    1000

    293

    污染警报

    20

    4/hour

    5000

    9375

    1/week

    1000

    3

    公共照明

    200

    1/day

    20000

    3906

    2/day

    1000

    390

    停车管理

    80000

    1/hour

    100

    187500

    1/day

    100

    7812

    洒水

    200

    2/day

    100

    39

    1/day

    100

    20

    自助式自行车租赁

    500

    4/hour

    50

    2344

    1/hour

    50

    586

    总共

    156170

     

     

    565772

     

     

    9628

    2.4大量低吞吐量设备

    预计NB-IoT设备将在家庭,汽车,城市和自治市大量使用[13,14]。 伦敦和东京这两个城市被用作模型来了解人口和家庭密度,以及使用的NB-IoT设备的数量[11]。 细胞几何形状如图2.3所示。

    图2.3:CIoT细胞几何学。

    3GPP 45.820定义的NB-IoT话务模型

    用户接入时间间隔(H)

    用户比例

    24

    40%

    2

    40%

    1

    15%

    0.5

    5%

    每小时每用户接入次数

    0.467

    每小区支持用户数

    52547

    小区容量:一定时间区间内,一定流量模型下,一个小区能够正常收发数据的用户总数

    小区"并发容量":不完全适用NB,一个时间点上,一个小区能够正常收发数据的用户总数

    3.75Khz终端接入,180Khz带宽,“并发用户数"理论力48个

    15Khz终端接入,180Khz带宽,”并发用户数”理论为12个

    A-B时间段,空口资源有48个,可容纳48个用户

     每个单元设计为每个家庭最多40个设备。 表2.2显示了伦敦和东京城区的小区几何和物联网设备密度。 每个小区站点扇区的设备数量等于小区站点扇区的面积x每平方公里的家庭密度x每个家庭的设备数量。

    表2.2 IoT电池容量

    城市

    家用密度 km2

    ISD (m)

    细胞部位面积 (km2)

    每个房屋的设备数量

    单元站点扇区内的设备数量

    London

    1517

    1732

    0.866

    40

    52548

    Tokyo

    2316

    1732

    0.866

    40

    80226

    2.5电池寿命更长

    NB-IoT设备由电池供电。 NB-IoT数据速率,使用情况和覆盖范围确定一次充电后该电池可以运行多长时间。当设备主动向eNodeB发送和接收时,它消耗电池能量;如果设备处于睡眠模式,则能耗大大降低。

     电池容量以瓦特小时(WH)表示。也就是说,多少能量,瓦特=伏特x电流,它可以提供一个小时。电池寿命可以通过添加在激活期间消耗的功率和设备处于睡眠模式期间消耗的功率来近似计算。设备处于活动状态时会消耗更多电量。因此,设备尽可能长时间处于睡眠模式以延长电池寿命。

     在活动模式下,功耗可能会有所不同根据流量负载情况,设备可能会在传输大量流量或流量较小之间波动。覆盖范围也会影响功耗,因为覆盖范围较差;设备需要多次传输和重传相同的消息,从而导致更高的功耗。为了获得良好的覆盖范围,设备需要以较少的次数传输其消息,从而降低功耗。

     NB-IoT设备受限于资源,即低复杂性硬件,有限的存储器和处理能力,以及没有永久能源。 NB-IoT设备可以使用不同的供电机制,例如:

      不可充电电池,只能充电一次。

      具有定期充电的可充电电池(例如,太阳能源)。

      具有不规则再充电的可再充电电池(例如,机会能量清除)。

      始终开启(例如,有源电表)。

    某典型水表的NB业务应用,每天定期上报一次数据包(10年),报文大小为200字节,采用PSM模式

    365days*1751uAH(最差信号)*10年*1.5(冗余系数)=9586mAH

    MCL无线路损

    功耗值/包

    PSM功耗

    总功耗/天

    135dB

    14uAH

    80.16uAH

    94.16uAH

    145dB

    22uAH

    80.16uAH

    102.16uAH

    152dB

    32uAH

    80.16uAH

    112.16uAH

    158dB

    751uAH

    80.16uAH

    831.16uAH

    162dB

    1016uAH

    80.16uAH

    1096.16uAH

    164dB

    1671uAH

    80.16uAH

    1751.16uAH

     

    2.6低延迟和数据报告

    图2.4:CIoT传输的不同报告。

    预计在NB-IoT设备上运行的大多数应用程序都会容忍延迟。也就是说,它们具有延迟容忍性。然而,某些应用程序(例如警报应用程序)可以近乎实时地提供其数据,延迟目标为10秒。

     期望NB-IoT设备在上行链路和下行链路上发送和接收数据。这些数据采用触发报告,异常报告或定期报告[11,12]的形式,如图2.4所示。

     在触发报告(也称为命令 - 响应流量交换)中,eNodeB向NB-IoT设备发送命令,其中来自NB-IoT的响应是可选的。命令的示例是诸如打开/关闭灯或电开关或报告仪表读数。通常,命令的有效载荷大小约为20字节,而响应有效载荷大小约为100字节,总往返延迟为10秒。每个命令 - 响应交换可以以1天,2小时,1小时或30分钟的间隔重复。

     异常报告是NB-IoT设备传输的特殊数据。用作传感器的NB-IoT设备通常用于监视物理条件,如果满足此条件,则触发传输异常报告。例如,烟雾探测器和警报器,燃气或电力故障探测器或智能电表传输异常报告,其上行链路有效负载为20字节,延迟最长为10秒。

    通过从eNodeB接收具有零长度分组的ACK信号来确认异常报告。 NB-IoT设备定期发送定期报告。用于智能公用事业(水,煤气或电力),智能农业或智能环境的NB-IoT设备是那些定期报告的设备的示例。周期性报告发出的数据大小介于20个字节和最多200个字节之间。每隔一段时间传输周期性数据,可以是1天,2小时,1小时或30分钟。

    最后,预计偶尔会发生对NB-IoT设备的软件升级和更新。这包括重新配置NB-IoT软件或应用程序。预计将进行此类升级的有效负载

    在200 - 2,000字节的范围内,周期时间间隔为180天。

     表2.1显示了可以在NB-IoT设备上触发命令响应,异常或定期报告流量的不同应用程序[7]。

    2.7 LTE NB-IoT协议栈和架构

    图2.5:OSI数据平面协议栈。

    网络协议栈被设计成存在于发送和接收节点的分层体系结构。每个层运行一个协议,该协议可以与同一层的对等节点通信。协议交换消息,分组或协议数据单元(PDU)以便向上层提供服务或功能。协议还与下层交换这些消息,数据包或PDU以使用其功能和服务。

     图2.5显示了分层架构。这些层是开放系统互连(OSI)参考模型的层,它是由国际标准组织(ISO)开发的计算机网络的国际标准。通常,分层架构进一步垂直划分为两个平面:数据平面和控制平面。第一个是用户数据在两个节点之间流动的平面,而后者是交换控制信息的地方。其中一些层可能不存在于控制平面中,例如应用程序,会话和表示层。图2.7和2.8分别显示了NB-IoT协议栈的数据平面和控制平面。

    图2.5中最底部的两层也称为Access Stratum(AS)。这两层负责处理和处理媒体上的物理传输或接收。在典型的网络中,物理介质可以是以太网电缆,无线信道或任何其他形式的物理连接。随着媒体从网络变为另一个(例如,从以太网到WiFi网络),MAC和PHY层协议也需要改变,因为它们要处理不同类型的媒体。在NB-IoT的情况下,物理媒体是无线信道,MAC层和PHY层都被称为接入层。因此,上五层是非接入层(NAS),并且它们在不同类型的物理介质上几乎相同,因为它们的协议和功能独立于物理介质。

    图2.5中所示的层将其数据单元交换为服务数据单元(SDU)或协议数据单元(PDU)。 SDU指的是层内的数据单元(即,层内数据单元),而PDU指的是层之间交换的数据单元(即,层间数据单元)。三层的SDU和PDU如图2.6所示。每个层具有其自己的SDU,当将SDU交换到上层或下层时,每个层附加有用于每个层(H1,H2,H3)的头部。在发送路径上,每个层通过标头附加其SDU并将其向下发送到它下面的层。在接收路径上,每个层将其SDU发送到上层。每层知道其头部的大小,因此可以剥离从下层接收的PDU以提取SDU。另外,每个层可以向其SDU添加尾部(例如,校验和或完整性保护预告片)。

     另一方面,NB-IoT具有其在特定类型的媒体上发送和接收的协议栈,服务和功能的分层体系结构;在这种情况下,它是无线信道。 NB-IoT没有如图2.5所示的所有层,但是只有最多的两个底层,MAC和PHY层,同时保持其余的上五层不变。这是因为3GPP协议栈仅违反仅驻留在MAC层和PHY层的接入层和空中接入方法和协议。可以使用传输和网络层协议(TCP / IP),因为它们现在存在于3GPP协议和层之上。

    图2.6:服务数据单元和协议数据单元。

    图2.7:NB-IoT数据平面协议栈。 

    图2.8:NB-IoT控制平面协议栈。

    图2.9:通过NB-IoT协议栈进行数据包遍历。

    图2.7和2.8示出了用于数据平面和控制平面的ISO栈内的3GPP协议栈。在图2.7中,正如预期的那样,3GPP仅限于接入层:分组数据汇聚协议(PDCP),无线链路控制(RLC),媒体访问控制(MAC)和物理(PHY)子层,而在图2.8中,附加控制平面子层也由3GPP定义:无线电资源控制(RRC)和非接入层(NAS)。

     在本书中,我们描述并解释了PDCP,RLC,MAC和PHY子层中的3GPP数据平面和控制平面协议栈。另外,还解释了来自控制平面堆栈的RRC子层。该书解释了为5G LTE NB-IoT网络引入的这些子层。 NAS层是与其他3GPP协议栈(例如UMTSTM)一起演进并存在的信令层。

    图2.9说明了数据包如何遍历网络层(IP层)和不同的NB-IoT数据平面协议栈; PDCP,RLC,MAC和PHY子层。这些子层中的每一个的详细说明将在以下章节中进行。

     LTE已经发展成为其前身系统UMTS的增强版。增强型UMTSTM地面无线电接入和网络(E-UTRA和E-UTRAN)分别是3GPP用于LTE UE及其核心网络的官方名称。 E-UTRAN由eNodeB组成,eNodeB充当连接到大量NB-IoT设备的中央控制器(例如,基站)。不同的eNodeB通过诸如S1和X2协议之类的协议彼此连接并连接到核心网络。术语E-UTRAN指的是网络侧(eNodeB和核心网络),而术语E-UTRA指的是UE侧。

    图2.10说明了这种架构。每个eNodeB负责向地理区域提供无线电覆盖,并且该区域中的所有NB-IoT设备可以连接到该eNodeB。单个或多个eNodeB属于移动运营商(例如,AT&T,T-Mobile)。移动运营商服务区内的所有NB-IoT设备都配备有USIM卡,以便在移动运营商网络上实现其服务。

     eNodeB通过X2协议和接口相互连接。 eNodeB还通过S1接口连接到作为核心网络的EPC(演进分组核心)4。更具体地,eNodeB借助于S1-MME接口连接到MME(移动性管理实体)并且通过S1-U接口连接到服务网关(S-GW)。 S1-MME接口承载控制平面消息和信令,而S1-U接口承载数据平面消息。

     4术语EPC或核心网络可互换使用。

    图2.10:LTE NB-IoT网络架构。

    图2.11:UE和eNodeB的3GPP LTE NB-IoT协议栈。

    图2.11示出了NB-IoT UE,eNodeB和核心网络(EPC)处的整体3GPP协议栈。被称为演进分组核心(EPC)的LTE核心网络具有与eNodeB的两个接口; S1-MME协议承载所有信令消息,S1-U承载所有用户或数据消息。数据平面业务从UE流向eNodeB,通过S1-U接口流向S-GW,分组网关(P-GW),最后流向互联网。控制平面业务通过S1-MME接口从UE流向eNodeB到MME。

    MME是控制平面组件,因为它包含NAS,NAS是用于发信号通知与UE的消息交换的锚点。由于MME区域内的NB-IoT设备的数量可以是数十万个设备,因此来自NB-IoT设备的大量通信可能使MME不堪重负。为了处理如此大量的NB-IoT设备,可以有多个MME与相同的eNodeB通信并在它们之间执行负载平衡。 MME还与S-GW和P-GW通信。 MME的主要功能是:

      NAS信令(例如,附着和跟踪区域更新过程,承载建立和释放)。

      授权和身份验证。

      选择S-GW和P-GW

      合法拦截信令消息或数据平面消息搭载信令消息。

    服务网关(S-GW)是EPC中的第一个通过S1-U接口从UE接收数据平面分组的组件。如果UE的数据平面分组与NAS信令消息搭载,则那些分组不通过S-GW。 S-GW的主要功能如下:

      分组转发和路由到P-GW。

      考虑UE流量。

      本地移动锚。如果UE移动到不同的EPC,则其流量通过其归属S-GW路由。

      合法拦截数据平面数据包。

    分组网关(P-GW)是分组数据网络(PDN)的网关,是EPC中的第二个网关。它充当用于提供到UE到因特网,应用和服务的连接的接入点。 P-GW的主要功能如下:

     支持IPv4,IPv6,DHCPv4,DHCPv6,并为UE分配IP地址。

      将EPS承载QoS参数(QCI和ARP)映射到DiffServ代码点。

      包过滤和检查。

      下行链路和上行链路中UE的数据速率实施。

      考虑下行链路和上行链路的UE业务量。

      合法拦截数据平面数据包。

    HSS(归属订户服务器)是用于存储和更新UE订阅信息的另一EPC组件。 HSS还存储UE信息,其中生成用于身份和流量加密的不同安全密钥。 HSS的主要功能如下:

      UE识别和寻址。它包含IMSI(国际移动用户识别码)或移动电话号码。

      UE个人资料信息。这包括UE订阅的服务质量信息(例如最大允许比特率或允许的流量类别)。

      在MME和UE之间提供认证。

      提供用于在UE和eNodeB之间交换的加密和完整性保护信令和数据平面消息的安全密钥。

    在本书中,我们描述了NB-IoT设备侧的3GPP LTE NB-IoT协议栈。值得注意的是,相同的NB-IoT设备堆栈存在并在eNodeB处镜像。但是,在eNodeB端,堆栈有多个实例;每个NB-IoT设备一个。

    2.8 NB-IoT操作模式

    NB-IoT的无线电接口可以支持三种操作模式,如图2.12所示。以下是NB-IoT设备支持的模式:

      带内:利用LTE频段。它利用LTE载波带宽内的资源块,其中LTE的一个物理资源块占用180KHz的带宽。

     

    图2.12:NB-IoT操作模式。

      Guardband:利用LTE频段。它利用LTE载波的保护频带内未使用的(保护)资源块。

      独立:使用除LTE之外的专用载波(例如,GSM)。它占用一个GSM频道(200 KHz)。

    对于带内模式,NB-IoT信号在LTE带宽内占用180KHz或一个物理资源块(PRB)。当PRB不用于NB-IoT时,eNodeB可以将其安排用于其他LTE流量。

    展开全文
  • 与传统窄带分析有所不同,在超宽带条件下天线阵列表现出一些新的性质,可以用于实现阵列的稀疏化。本文推导了超宽带多输入多输出阵列角分辨率旁瓣、栅瓣水平的计算式,提出了一种针对步进频率信号体制的超宽带多输入...
  • 近年来,超宽带(UWB)无线通信成为...UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升下降脉冲,脉冲覆盖的频谱从直流至GHz,不需常规窄带调制所需的RF频率变换,脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10 - 100 ps
  • 作为微波接收机的核心组成部分,接收前端将天线天线接口单元输出的射频信号转化为信号处理机所需的窄带中频信号,其尺寸性能直接关系到整个接收机的能力。目前国内的超宽带小型化接收前端产品受限于低频段滤波器...

    随着无线电通信技术和综合电子信息技术的不断发展,系统对微波接收机的要求向着超宽带、通用化和小型化方向不断加深[1-2]。作为微波接收机的核心组成部分,接收前端将天线或天线接口单元输出的射频信号转化为信号处理机所需的窄带中频信号,其尺寸和性能直接关系到整个接收机的能力。

    目前国内的超宽带小型化接收前端产品受限于低频段滤波器尺寸,其射频输入频率最低下探至0.4 GHz[3],中频输出频率大多选择在1 GHz以上[4],或是仅针对变频前的滤波放大电路进行阐述[5]

    本文设计的小型化超宽带接收前端采用成熟的、高集成度的多芯片微组装技术(Multi-Chip Micro-package,MCM),选用多功能芯片滤波器和小型化LC滤波器,在满足产品性能要求的前提下大幅缩小产品尺寸。该产品实现了对0.1 GHz~18 GHz微波频段全覆盖,易于集成到各种单/多通道微波侦收系统中,具有广泛的应用前景。

    1 接收前端的技术要求

    接收前端的工作频段为0.1 GHz~18 GHz,典型增益为35 dB,全频段增益在±3 dB波动。接收前端要求先进行预选滤波再进行放大,全温范围内噪声系数要求≤22 dB。输出中频中心频率为140 MHz,具有80 MHz和2 MHz两种带宽可选,相应的50:3矩形系数要求分别为≤1.75和≤2.5。输出P-1≥10 dBm,输出限幅≤15 dBm,中频抑制和镜频抑制度均≥70 dBc。射频输入和中频输出端口驻波系数要求均为≤2.5:1。

    2 接收前端的设计与实现

    2.1 电路方案设计

    接收前端电路原理框图如图1所示,可划分为射频部分与混频部分两大部分。

    接收前端的射频部分采用先预选滤波再放大的电路布局。射频部分输入级为手动增益控制(Manual Gain Control,MGC)数控衰减器,用于大信号时的增益控制,然后通过单刀双掷开关分为0.1 GHz~6.2 GHz和6.2 GHz~18 GHz高低两段。0.1 GHz~6.2 GHz分为10段滤波器进行预选滤波,并分三段使用低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)进行放大;6.2 GHz~18 GHz分4段滤波器进行预选滤波并使用LNA进行放大。总共14段预选频段,除第一段和第二段之外,其余频段均采用亚倍频滤波以提高系统抗干扰能力,并在相邻频段间保留足够的频带交叠以保证信号完整性。具体预选频段划分如表1所示。

    9f2feed996ddebc9adcefc727495b335.gif

    混频部分电路采用超外差接收架构,通过三次变频方案将0.1 GHz~18 GHz信号下变频至中心频率为140 MHz的IF信号。第一级混频时,将输入信号根据频段变频为高/低两种IF1:0.1 GHz~6.2 GHz频段上变频至8.2 GHz,6.2 GHz~18 GHz频段下变频至4.2 GHz。采用这种变频方案,第一级本振信号(Local Oscillator,LO)仅需覆盖8.3 GHz~19.7 GHz,可以降低频综的实现难度。两种IF1通过开关选择,在第二次混频时均与LO2下变频至频率为1.2 GHz的IF2,最后通过第三次混频与LO3下变频至IF3频率140 MHz,并使用两种不同带宽的滤波器进行带宽选择后输出,送至信号处理系统。

    2.2 关键指标分析

    对于超宽带接收系统,全频带的增益平坦度、中/镜频频率抑制度和组合干扰的抑制度等技术指标实现难度较大,并直接影响系统的使用性能。噪声系数本身也是接收系统的关键指标,但在本接收前端的应用场景中,前级端接了具有一定增益的低噪声天线接口单元,要求接收前端先进行预选滤波,因此对噪声系数要求较低。

    2.2.1 接收前端增益平坦度分析

    接收前端频率覆盖0.1 GHz~18 GHz,为保证全频段增益满足≤±3 dB的平坦度要求,在以下3个方面进行了针对性设计:

    (1)混频前电路根据频率共划分为4段,每段使用独立的LNA,如图1所示,将全频段增益平坦度指标分解至4个相对较易实现的子段增益平坦度指标。

    (2)选用宽带性能良好的元器件,并选用均衡器或自带均衡的放大器对平坦度进行补偿。同时在链路上预留温补衰减器,对高低温下的增益波动进行补偿。

    (3)在三次变频后的IF3放大链路上预留一级MGC,通过数控增益补偿的方式,对不同射频频率下的增益波动进行补偿。

    通过上述设计,可以保证全频段及全温范围内增益波动在±3 dB以内。

    2.2.2 接收前端中/镜频频率抑制度分析

    接收系统的中/镜频频率抑制度一般要求至少比系统的动态范围大10 dB。中/镜频频率抑制度设计有两个要点:(1)正确计算接收系统各级的中/镜频频率;(2)根据频率合理规划各级滤波器的带外抑制度。

    本文设计的接收前端首先根据变频方案计算第一级、第二级和第三级中频频率和镜频频率,包括可能间接产生第二级或第三级中/镜频信号的频率,然后将对计算得到的各种频率的抑制度指标分配至各级带通滤波器和低通滤波器中,并在设计时预留足够的余量,确保最终的中/镜频频率抑制度满足≥70 dBc的指标要求。

    2.2.3 接收前端组合干扰的ADS仿真

    上节提到的中/镜频频率属于最显而易见的干扰来源,但在宽带接收系统的使用中,还可能会出现各种其他的、在设计时不易发现的干扰来源,如各级LO信号间的频率组合,或是特定频率RF信号和LO信号的高阶组合等,统称为组合干扰[6]。在接收前端设计时,为消除组合干扰的影响,实现对组合干扰的抑制,首先需要确定存在哪些组合干扰。本文在完成电路方案设计和元器件选型后,使用AdvancdDesign System(ADS)仿真软件全链路S参数仿真,对组合干扰进行了分析和排除[7-8]。链路仿真模型如图2所示。

    1eaebcad006f514e4cbed7534f82cc94.gif

    该模型将接收前端中关键元器件(滤波器、放大器等)的S21实测数据代入仿真,模拟接收系统的工作模式,使用固定LO改变RF和固定RF改变LO两种方式来寻找干扰点。通过这种方式,在电路实施前定位了数种在方案设计时难以发现的组合干扰,并通过优化电路方案和元器件参数将其排除。

    该仿真方法确认的组合干扰抑制度与实物相差在10 dB以内,可精确指导接收前端的设计与实现。同时该模型还用于接收前端增益平坦度的仿真设计。

    2.3 接收前端小型化设计

    在结构上,采用正反两面布局,正面为射频链路,背面为电源与控制电路,通过合理规划两面的腔体深度,将模块总厚度控制在9.5 mm,便于系统集成;射频接插件选用SMP型超小型推入式射频同轴连接器,低频接插件选用J63A型微矩形电连接器,均具有体积小、重量轻、抗振性能优越等特点。

    射频链路部分,选用全芯片方案,通过MCM工艺实现芯片器件与微带线之间的连接。射频腔体采用两层盖板设计,内层盖板使用沉头螺钉钳装固定,提高传输线之间的隔离度,并确保腔体不会产生可能影响性能的谐振;外层盖板使用激光缝焊,保证射频部分的气密性。

    滤波器的小型化是超宽带接收前端的重点与难点。本文设计的接收前端,0.8 GHz~18 GHz频段选用了3片MMIC开关滤波芯片作为预选滤波器,每片开关滤波芯片内部集成了两个开关和数个滤波器,3片共集成了10段滤波器;对于开关滤波芯片暂时无法覆盖的0.1 GHz~0.8 GHz频段预选滤波,选用了3个小型化LC滤波器来实现,该LC滤波器使用定制的芯片电容和绕线电感,在9 mm×5 mm×2 mm体积内实现了常规LC滤波器的性能。IF2和80 MHz带宽的IF3带通滤波器也使用了这种形式的LC滤波器。其他滤波器选用了MEMS带通滤波器、MMIC高/低通滤波器和窄带声表面波滤波器等。

    3 接收前端实物与指标测试结果

    小型化超宽带接收前端实物如图3和图4所示。接收前端的RF输入、IF输出端口和低频J63A端口位于图3的左侧窄边,3路LO输入端口位于右侧窄边,上述接口布局与左右两侧,易于系统集成。上下两侧的接口为调试端口,可与第一级混频器前的电路相连,便于调试宽带电路平坦度,调试完成后与内部电路断开。

    9574992b0eb5eb35977cc304dfbc4f89.gifdacd0a4414cf38eaaa8dee6621dea32a.gif

    由于接收前端工作频带较宽,覆盖多个倍频程,因此测试时,首先使用矢量网络分析仪从调试端口对混频前的直通链路进行测试,调试并确定各个频段的增益平坦度补偿量,部分频段测试结果如图5所示。

    e095eeea9a865d1ed75ca70889def5da.gif

    将通路从调试端口切换至变频部分,使用多台信号源和频谱分析仪对增益补偿后的全链路的各项技术指标进行测试,测试结果如表2所示。

    730ce43749db5605ad0b4ad6b973fe6b.gif

    接收前端增益通过数控衰减器进行补偿,大幅降低了超宽带模块全频段增益平坦度指标的调试难度;通过合理设计,实现了端口驻波的免调试;其余各项指标,根据首件的调试结果,确定了后续产品的各调试点的元器件参数。经过成功批量生产,验证了该接收前端具备免调试能力,仅需测试人员或自动测试系统对指标进行测试即可,具备良好的可生产性。

    4 结论

    本文设计了一种小型化超宽带接收前端,内部集成了多种MMIC器件和小型化滤波器,工作频率覆盖整个0.1 GHz~18 GHz,尺寸仅为119 mm×61 mm×9.5 mm,可供各类通信/微波侦收项目使用。该模块采用了数控增益补偿的方式,解决了超宽带模块增益平坦度调试难度大的问题,实现了批量生产的免调试,大幅提高了生产效率并降低了生产成本。该超宽带通用化小型化接收前端已成功应用于多个超宽带微波通信信号侦收系统中,充分验证了设计的可靠性,未来还将在各类超宽带侦收系统中广泛使用。

    参考文献

    [1] 石超,乔召杰,徐亮,等.S波段小型化发射通道设计[J].电子技术应用,2018,44(7):38-41.

    [2] 刘博源,徐军.基于MEMS滤波器芯片的X波段混频通道设计[J].电子技术应用,2017,43(6):52-55,59.

    [3] 余高干.0.4~18 GHz超宽带雷达接收前段小型化的研究[D].成都:电子科技大学,2015.

    [4] 荀民.超宽带接收前端的设计与实现[J].火控雷达技术,2017(3):58-61.

    [5] 张越成.新型小型化超宽带微波接收前端设计[J].电子科技,2017(5):107-110.

    [6] 漆家国.基于宽带射频接收机功能电路的虚假响应分析[J].无线电工程,2016,46(7):84-88.

    [7] 魏宪举.ADS在TR组件方案论证中的作用[J].现代电子技术,2008(13):55-60.

    [8] 闫鸿.综合化射频信道的半实物仿真设计[J].电讯技术,2010(7):145-148.

    作者信息:

    唐霆宇

    (中国西南电子技术研究所,四川 成都610036)

    展开全文
  • 近年来,超宽带(UWB)无线通信成为短...UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升下降脉冲,脉冲覆盖的频谱从直流至GHz,不需常规窄带调制所需的RF频率变换,脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10 - 100
  • 导航接收机常工作于复杂的电磁环境下,易...该算法在不增加阵元的前提下,通过时间抽头来增加天线阵列的自由度,由此增加可处理干扰的数目,增强对宽带干扰和窄带干扰的抑制能力。通过MATLAB仿真验证了该算法的有效性。
  • 1 概述  在微波探测系统中,通常天线都是系统自动... 网络分析仪,不管是标量网络分析仪还是矢量网络分析仪,测量电网络参数时都依赖二极管检波技术(宽带)或超外差接收技术(窄带)。窄带检测适合于相位测量*估频率
  • 1 概述  在微波探测系统中,通常天线都是系统自动... 网络分析仪,不管是标量网络分析仪还是矢量网络分析仪,测量电网络参数时都依赖二极管检波技术(宽带)或超外差接收技术(窄带)。窄带检测适合于相位测量*估频率
  • 自适应波束形成学习笔记

    万次阅读 多人点赞 2017-06-07 20:22:40
    自适应阵列天线的研究可以追溯到20世纪60年代,其中最具代表性的工作包括Adams提出的基于SNR输出的自适应处理器以及Widrow提出的宽带和窄带自适应阵列结构。 波束形成原理:  阵列输出选取一个适当的加权向量以补偿...
  • 自适应阵列天线的研究可以追溯到20世纪60年代,其中最具代表性的工作包括Adams提出的基于SNR输出的自适应处理器以及Widrow提出的宽带和窄带自适应阵列结构。 波束形成原理: 阵列输出选取一个适当的加权向量以...
  • 抗干扰性能好:它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力,有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波,可以使多径干扰消除,这对军用民用移动通信是很有利的。 ...
  • 普天的应急通信直播解决方案考虑了这一“缺陷”,普天卫星通信车增加了HDMA宽带基站,实现了现场指挥中心直接通信。  普天应急通信直播解决方案由卫星通信系统、视音频处理系统、现场无线通信系统等部分组成。...
  • 将无线通信的各种功能,如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密抗干扰模式、通信协议等用软件来完成,并使宽带A/DD/A转换器尽可能靠近天线。理想的软件无线电结构如图1所示。其中,N-/RT为准时实时;信源/...
  • 按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路...
  •  按工作频带分类,可以分为窄带射频功率放大器和宽带射频功率放大器。窄带射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路,例如LC谐振回路。宽带射频功率放大器则不采用选频网络作为负载回路,而是以频率响应很宽的...

空空如也

空空如也

1 2
收藏数 37
精华内容 14
关键字:

宽带天线和窄带天线