窄带物联网小区搜索算法研究与硬件实现

发布时间：2020-04-09 05:56

【摘要】：随着大数据和5G技术的发展,越来越多的设备需要连接入网。窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)凭借其低功耗、低成本、广覆盖、可大量连接等优势,成为低功耗广域物联网的重要分支。小区搜索作为NB-IoT下行接收机的关键过程之一,其性能优劣对终端设备能否稳定工作有着重要影响。本文基于窄带物联网协议,分别对小区搜索的算法和硬件设计进行研究,设计了一种节省存储资源的小区搜索算法和一个小区ID检测硬件电路。与长期演进技术(Long Time Evolution,LTE)相比,NB-IoT窄带辅同步信号(Narrowband secondary synchronization signal,NSSS)存在更多候选序列,需要占用大量存储空间,也使得其小区搜索算法更加复杂。针对这一问题,本文设计了一种节省存储资源的小区搜索算法,通过对NSSS生成函数进行合理拆分,利用计算模块得到部分项的值,大大减少了存储器的使用。在设计计算模块时,利用相位偏移量随帧号的变化规律,用特殊角度的移相代替复数乘法计算,降低了算法复杂度,同时避免了频繁的数据读取,有效提升了小区搜索效率。仿真结果显示,在信噪比为-12.6dB时,该算法可用100ms的检测窗口实现80%以上的检测准确率。为了降低NB-IoT小区ID检测系统的复杂度,本文设计了一个由数据控制模块和计算模块组成的小区搜索系统。利用控制模块实现小区ID和序列号的遍历以及互相关数据的读取,这种架构使得互相关过程受时序控制,更容易实现相干累加算法。在计算除法和求模时对除法器进行分时复用,节省了 DSP资源。用黑金AX7020进行FPGA验证,从资源使用情况看,该系统使用了 17.5MB的BRAM,触发器资源的使用率仅为0.4%,说明该设计达到了节省存储资源的目的。
【图文】：

设也在如火如荼进行中。比如，２０１８年中国电信的ＮＢ－ＩｏＴ客户达到８０００家，逡逑接入终端己超２０００万个；中国移动在三百多个城市部署了邋ＮＢ－ＩｏＴ基站，去年逡逑年底己将网络覆盖到乡镇级；中国联通的ＮＢ－ＩｏＴ基站部署较早，去年５月份对逡逑己有的３０万个ＮＢ－ＩｏＴ基站进行了升级，终端连接数已超过１．３亿［６］。逡逑１．１．３邋ＮＢ－ＩｏＴ的技术特点逡逑ＮＢ－ＩｏＴ通信系统的系统架构与ＬＴＥ相似，由终端、基站（ｅＮｏｄｅＢ）、核心逡逑网（ＥＰＣ）、Ｉ0Ｔ平台和应用服务器几个部分组成［７］，可以独立组网也可以利用ＬＴＥ逡逑现有的资源组网共同组网［８］。终端设备到服务器的数据传输路径如图〗？丨所示，逡逑首先终端通过空气接口连接到基站，基站主要承担信号对接、小区协调等职能；逡逑再通过Ｓ１接入ＩｏＴ核心网，ＥＰＣ负责ＵＥ和非接入层进行交互，交互完成后将逡逑数据传送到Ｉ0Ｔ平台；ＩｏＴ平台上集中了多种网络传来的数据，它会根据其网络逡逑类型将数据分类，然后传送到相应的服务器；服务器会根据ＵＥ的需求进行专门逡逑的处理操作。逡逑

２．１邋ＮＢ－ＩｏＴ物理层协议逡逑２．１．１无线接口协议架构逡逑ＮＢ－ＩｏＴ无线接口协议层结构如图２．１所示，最下面一层是物理层，第二层为逡逑数据链路层，再往上是非接入层（ＮＡＳ）协议物理层处于整个无线接口协议逡逑架构的最底层，作为终端设备传输数据的通道，，保证数据可以在各种物理媒介上逡逑传播。物理层的关键技术有：信道定义及映射规则、编码技术、调制技术等［２８］。逡逑本文重点研宄物理层的相关技术。逡逑逦ＮＡＳ．．．逡逑Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｐａｎｅｌ邋Ｓｉａｎａｌｉｎｇ逦Ｕｓｅｒ邋Ｐａｎｅｌ邋Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ逦ＡＳ逡逑ＲＲＣ逦Ｃｅｎｔｒｅ逦Ｌａｙｅｒｓ逡逑逦逦－………斯一……Ｂｅａｒｅｒ逡逑Ｃｏｒｔｒｏｌ邋Ｃｏｒｔｒｏｌ逦１逦１邋ｌ＾＇ｎ｛＾邋ｐ邋［１逡逑Ｃ邋＞ｎｋｒｏｌ逦［ｐｄｃｐ逡逑卞电逦Ｉ＇——＾邋ＢＭＣ邋１逡逑Ｉ逦「—１」ＲＬＣ逦ＲＬＣ邋Ｈ邋Ｌａｙｅｒ邋２逡逑，￣￣Ｌｌ－＜ｌｃ逦，￣￣ＬＵｅｊｌｃ邋ｈ￣逡逑「—１」ＲＬＣ邋逦邋－Ｌｉ邋ｆ？ＬＣ邋ｉｎ—１逡逑－邋＇：￣逦－Ｘ＇逦：■逦＝—逦Ｌｏｇｉｃａｌ逡逑Ｉ逦ＭＡＣ逡逑胃邋二二：N逦…；逦逦１邋＿＇＿ｒ－－－－－－＿Ｉｒｇ－ＰＡｇＱｒｔ＿＿逡逑逦ｍ■…－ｉｉ…丨：：：１邋”．．—￣７７Ｔ７逦邋Ｃｈａｎｎｅｌ逡逑－逦邋Ｐｈｙｓｉｃａ｝邋Ｌａｙｅｒ逦Ｊ邋ｇｙｅｒ邋１逡逑图２．１无线接口协议层结构逡逑ＮＢ－ＩｏＴ物理层协议规范由一篇概述文档和四篇具体文档（文献［９几２９］）构逡逑成
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.44;TP311.13;TN929.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李晓玲;;基于物联网技术的农业大棚的相关研究[J];农家参谋;2019年14期

2 郑昱;赵建萍;;物联网统一编码:立足顶层 兼容并蓄[J];中国自动识别技术;2014年01期

3 郑昱;;物联网:一个充满活力的市场[J];中国自动识别技术;2014年05期

4 侯远达;王敏;焦明;胡建军;;外军物联网建设对我军军交运输领域的启示[J];军事交通学院学报;2013年11期

5 陈钊;曾凡平;陈国柱;张燕咏;李向阳;;物联网安全测评技术综述[J];信息安全学报;2019年03期

6 刘铭;柳青;董丙瑞;;论物联网技术在现代农业中的应用[J];南方农机;2017年03期

7 孙路;;物联网技术在土地工程中的应用预想[J];绿色科技;2019年12期

8 ;国家物联网产业示范基地——物联网特色小镇[J];杭州(我们);2015年12期

9 孙会勇;牛志国;;物联网在智能交通中的应用研究[J];中国设备工程;2019年12期

10 李咏乐;;香港智慧图书馆管理模式和调查发展关键研究[J];兰台世界;2019年07期

相关会议论文 前10条

1 张大鹏;张刘华;;建筑消防物联网技术应用研究初探[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

2 朱飞勇;;基于物联网的消防安全工作实践与思考[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

3 刘建国;毕晓华;;基于物联网的灾害现场内部环境监测及预警关键技术[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

4 贾俊涛;;关于“智慧消防”建设的几点思考[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

5 刘志勇;杨小华;李佩河;;门址数据应如何迎接物联网时代的到来[A];卫星导航产业机遇与挑战2010[C];2010年

6 杨婷婷;李晶晶;李丹;;探究“互联网+”时代物联网技术在沈阳智慧城市中的应用[A];第十五届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2018年

7 拓洁;;试分析物联网对会计的影响[A];探索科学2016年6月学术研讨[C];2016年

8 黄冰倩;黄珊;张雅;;物联网技术在智慧环保中的应用[A];第六届云南省科协学术年会暨红河流域发展论坛论文集——专题二：滇南中心智慧城市建设[C];2016年

9 ;城市公共管理物联网大数据平台助力城市精细化管理[A];2017年中国照明论坛——半导体照明创新应用与智慧照明发展论坛论文集[C];2017年

10 朱育红;;感知农业物联网的智慧气象信息[A];第34届中国气象学会年会 S12 提升气象科技水平，保障农业减灾增效论文集[C];2017年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 平阳 通讯员 夏滨彬;桐乡打造全国“互联网+医疗”发展先行地[N];嘉兴日报;2016年

2 本报记者 李佳师;物联网如何跳出“看起来很美”？[N];中国电子报;2016年

3 本报记者 赵晨;“开放物联”从全局引领物联网产业发展[N];中国电子报;2016年

4 本报记者 李佳师;中国或因物联网而领跑全球[N];中国电子报;2016年

5 本报记者 李佳师;物联网是地产行业转型的有力推手[N];中国电子报;2016年

6 记者 崔晓利;构建物联网 推广新技术[N];安阳日报;2016年

7 ;《中国移动互联网发展报告(2016)》发布 移动互联网将向智慧物联网发展[N];中国电子报;2016年

8 柯文;MWCS2016：一场“连接”的盛宴[N];人民邮电;2016年

9 本报记者 徐勇;5G是爱情，基于现实基础才更甜蜜[N];人民邮电;2016年

10 胡桃;物联网“太湖印记”愈发清晰[N];无锡日报;2019年

相关博士学位论文 前10条

1 李继蕊;移动物联网环境下高可信性数据转发模型及节能路由机制研究[D];北京邮电大学;2019年

2 李鹏绪;卫星物联网系统中多址接入技术研究[D];北京邮电大学;2019年

3 查选;物联网数据安全传输相关问题研究[D];北京邮电大学;2018年

4 刘素艳;物联网实体相似性分析技术研究[D];北京邮电大学;2019年

5 程咏阳;事件驱动的物联网多流程建模与消息调度技术研究[D];北京邮电大学;2019年

6 陈博;物联网运营商的客户忠诚影响因素及作用机理研究[D];北京邮电大学;2019年

7 潘奇;面向物联网大连接的接入拥塞控制研究[D];北京邮电大学;2019年

8 马松君;社交物联网信息传播关键问题研究[D];上海交通大学;2017年

9 易灵芝;基于物联网的铀尾矿库周边环境放射性污染智能监测方法与理论[D];南华大学;2018年

10 余昌盛;窄带物联网和双连接中资源管理关键技术研究[D];浙江工业大学;2017年

相关硕士学位论文 前10条

1 王朝泽;基于物联网的农田智能灌溉系统研究和设计[D];天津理工大学;2019年

2 张强;基于物联网的农业温室智能监测电气系统[D];天津理工大学;2019年

3 潘宋;基于LDA主题模型的物联网技术演化研究[D];郑州大学;2019年

4 金峰;基于微信小程序的家用物联网系统开发[D];浙江大学;2019年

5 赵思萌;基于物联网的智能型人工气候箱的设计与实现[D];北京农学院;2019年

6 谢晓波;移动物联网背景下医院智能健康管理研究[D];武汉工程大学;2017年

7 蒋昕杞;功能对等理论下的《物联网前景分析-以中国为例》英译中翻译实践报告[D];天津理工大学;2019年

8 门里;中国铁塔公司站址规划与业务创新研究[D];西安电子科技大学;2018年

9 文国茜;压缩感知新模型及其在物联网中的应用研究[D];北京邮电大学;2019年

10 吕品;面向物联网的安全发布订阅系统的设计与实现[D];北京邮电大学;2019年

本文编号：2620386