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视频单元课程教案、知识点、字幕

同学们好

我是云南大学信息学院的常俊老师

今天

我们将继续学习物联网无线通信技术

从过往的物联网工程实践观察

短距离无线通信

给物联终端的连接

提供了优秀的技术手段

但大规模组网

将会给用户

带来维护成本

和管理的问题

因此

近年来

广域网技术

在物联网的应用中迅速发展

今天我们来学习

广域网无线通信技术

什么是广域网无线通信

广域网无线通信

也称为远距离无线通信

并没有一个严格的定义

一般意义上

只要通信收发双方

通过无线电波传输信息

单跳传输距离限制在几百米以上的范围内

就可以称为广域网无线通信

主要包括

蜂窝移动通信

和低功耗广域网

LPWAN

两种技术

其中

蜂窝移动通信的运营商

使用授权频段

可提供部分物联网应用的支撑

但其对窄带应用存在成本

和功耗的问题

自2005年开始

3GPP

逐渐开始研究蜂窝网

承载机器类通信服务的可行性

和改进措施

并在R13中

定义了三种全新的窄带

空口

包括

兼容GSM的EC-GSM-IOT

兼容LTE的eMTC

和NB-IOT技术

低功耗广域网

LPWAN

则突出低功耗特点

形成了

使用授权频段的NB-IOT技术

和使用非授权频段的LoRa技术

等主流技术

首先

蜂窝移动通信技术

蜂窝移动通信

自上世纪80年开启商用以来

每隔十年就更新一代

发展迅猛

5G

正向我们走来

蜂窝移动通信

采用最新的集成电路

信号处理

和网络技术

是这个时代

不惧困难

不断创新

不断突破的又一真实写照

完备的物联网系统

由前端

信息生成

中间传输网络

以及后端的应用平台构成

蜂窝移动通信网络

凭借

覆盖范围广

服务质量

保证将成为物联网终端全面

随时

随地

传输信息的有效平台

我们通过这张图

来看看蜂窝移动通信的变迁

与技术进步

第一代移动通信(1G)

称为模拟时代

产生于1980年代

应用场景为模拟和语音

典型系统

是美国的AMPS

第二代移动通信(2G)

称为数字时代

产生于1990年代

应用场景为数字

语音和短信

传输速率

为115kbps

到384kbps

典型系统是欧洲的GSM

第三代移动通信(3G)

称为

互联网时代

产生于2000年

应用场景为多媒体互联网

传输速率为384kbps

到100Mbps

典型系统

是欧洲的WCDMA

和中国的TD-SCDMA

我们国家

在3G开始跟上了

技术发展的步伐

拥有了自主知识产权的

TD-SCDMA技术

第四代移动通信(4G)

称为移动互联网时代

产生于2010年代

应用场景为数据业务占主的

传输速率为100Mbps

到1Gbps

典型系统是中国

TD-LTE

我们国家

在此时

实现了与国际并肩走

技术和系统日趋成熟

第五代移动通信(5G)

称为物联网时代

产生于2020年代

应用场景为数据洪流和物联网

传输速率为10Gbps+

典型系统是中国的5G

我们国家实现了技术超越

引领5G的发展

5G时代通信技术的另一次变革

如果说

2-3G的转变实现了

业务由通信向个人应用的跨越

那么4G向5G的转变

将成为

通信历史上最重要的变革

实现了由个人应用

向行业应用的转变

通信业界

将5G的应用划分为三个场景

增强型移动宽带eMBB

海量物联网

mMTC

高可靠低时延

uRLLC

其中

eMBB

相当于

3G和4G网络速率的变化

用于为用户提升

更好的应用体验

mMTC

和uRLLC

则是针对行业推出的全新场景

推动5G

由移动互联网时代

向万物互联时代转变

接下来

我们学习

推动物联网

焕发新生的低功耗广域网技术

首当其冲的

就是NB-IOT技术

概述

NB-IOT

窄带物联网

基于已有蜂窝网络

只占用约180KHz频段

可直接部署于

GSM/LTE等网络

部署成本低

易升级

NB-IoT充分利用已有蜂窝网络

可由电信运营商主导

NB-IoT标准

由3GPP主导

目标

是定义一种

非后向兼容

有极大变动的蜂窝物联网

无线接入新技术

以解决室内覆盖增强

支持巨量低速率设备接入

低时延敏感

超低成本

低功耗

和网络架构优化等问题

适合低功耗

长待机

深覆盖

大容量

低速率

静态非连续移动

实时传输

时延敏感的业务类型

部署

方式一

利用GSM载波的部署

将原来提供GSM服务的部分载波

移给NB-IoT使用

方式二

与既有网络独立部署

各自使用独立频谱

无相互干扰

但需要一段自己的频谱

方式三

与现有的LTE系统共存

利用LTE频谱

边缘信号强度较弱的部分

来部署NB-IoT

优点是

不需要自身频谱

缺点是

可能与LTE系统发生干扰

网络结构方案

NB-IOT组网

由NB-IOT终端

NB-IOT基站

NB-IOT核心网

IOT平台

和IOT应用组成

是市政公用

等窄带业务的理想方案

应用广泛

另一个低功耗广域网技术

就是非授权的LoRa

概述

LoRa

是Semtech公司

推出的在1GHz以下

433

868

915MHz的

长距离低功耗数据传输技术

通信距离最长可以达15公里

接收灵敏度达到了负148dbm

比以往技术呢有更大的改善

确保了网络连接的可靠性

其工作电流10mA

休眠电流200nA

低功耗特性明显

LoRa使用线性调频扩频调制

保持了

与FSK调制相同的低功耗特性

又明显

增加通信距离

提高网络效率

并消除干扰

集中器

网关

能并行接收处理多节点数据

有效扩展了系统容量

网络结构方案

LoRa网络

主要由终端

网关

或者基站

服务器

和云服务四部分组成

应用数据可双向传输

其中

网关可以承担

每天数百万次的节点间通信

每次数据包长度10字节

网关发射功率100mW

在城市密集环境

可覆盖2公里左右

而在郊区的

覆盖范围可超过10公里

LoRa的测距

是基于信号的空中传输时间

而非传输的RSSI

定位

则基于多个网关

对一个节点的空中传输时间差的测量

10公里范围的定位精度可达5m

小结

短距离无线通信技术

我们重点介绍了ZigBee

蓝牙

和WiFi等主流技术

由于应用场景多样

终端设备差异较大

导致了短距离无线通信技术

类型较多

需要根据实际需求

合理选择

蜂窝移动通信技术

介绍了蜂窝移动通信技术的演进

5G

主要是以承载物联网应用的

重点关注

并学习3GPP的相关标准

低功耗广域网技术

介绍了NB-IOT

和LoRa的技术特点

详细探讨了网络结构方案

好的

今天的课就上到这里

同学们再见

物联网工程导论课程列表:

第一章 物联网概述

-1.1 什么是物联网?

--视频单元

--图文单元

--物联网概述(一)作业

--讨论单元

-1.2 物联网的三层结构

--视频单元

--图文单元

--物联网概述(二)作业

--讨论单元

-第一章作业

第二章 信息识别与信息感知

-2.1 自动识别技术之RFID

--视频单元

--图文单元

-2.2 感知技术之传感器

--视频单元

--图文单元

-第二章作业

-讨论单元

第三章 计算机网络及通信技术

-3.1 计算机网络技术

--视频单元

--图文单元

--计算机网络课后作业

--讨论单元

-3.2 物联网无线通信基础

--视频单元

--图文单元

--物联网无线通信基础课后作业

--讨论单元

-3.3 物联网无线通信技术(一)

--视频单元

--图文单元

--物联网无线通信技术(一)作业

--讨论单元

-3.4 物联网无线通信技术(二)

--视频单元

--图文单元

--物联网网络通信技术(二)作业

--讨论单元

第四章 智能硬件与嵌入式系统

-4.1 开源硬件之Arduino(一)

--视频单元

--图文单元

--开源硬件之Arduino(一)课后作业

--讨论单元

-4.2 开源硬件之Arduino(二)

--视频单元

--图文单元

--开源硬件之Arduino(二)课后作业

--讨论单元

-4.3 智能硬件与嵌入式系统(一)

--视频单元

--图文单元

--智能硬件与嵌入式系统(一)课后作业

--讨论单元

-4.4 智能硬件与嵌入式系统(二)

--视频单元

--图文单元

--智能硬件与嵌入式系统(二)课后作业

--讨论单元

第五章 智能信息处理技术

-5.1 基于云计算平台的数据融合和信息处理

--视频单元

--图文单元

-5.2 基于大数据技术的数据挖掘和知识发现

--视频单元

--图文单元

-第五章课后作业

-讨论单元

第六章 软件编程技术

-6.1 移动应用开发技术

--视频单元

--图文单元

-6.2 Web应用开发技术

--视频单元

--图文单元

-第六章课后作业

-讨论单元

第七章 无人机技术

-视频单元

-图文单元

-第七章课后作业

-讨论单元

第八章 科技制作、创新创业及竞赛活动

-8.1 物联网应用实例

--视频单元

--图文单元

--物联网应用实例课后作业

--讨论单元

-8.2 物联网导论竞赛

--视频单元

--图文单元

--物联网导论科技制作竞赛课后作业

--讨论单元

第九章 云南大学信息学院及物联网工程专业介绍

-视频单元

-图文单元

-第九章课后作业

-讨论单元

视频单元笔记与讨论

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