叙述未来TD-SCDMA的新标准对现代移动通信的贡献？

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摘要：作为我国对国际上第三代移动通信的贡献，我国提出的TD-SCDMA RTT建议，通过一年多的完善和融合，已经成为ITU IMT_RSPC(TG-8/1输出文件)的一个组成部分。在本文中，将在对第三代移动通信的背景和标准的回顾的基础上，对TDD技术，特别是对TD-SCDMA RTT作一个综述和对比性的介绍，以著重讨论使用TD-SCDMA的必要性和此技术的竞争能力。对TD-SCDMA各方面的详细介绍将在后续的文章中进行。 I 前言 在20世纪的最后20年内，现代移动通信技术走过了第一代(模拟系统)和第二代(窄带数字系统)两个阶段。在新千年之交的时期，将要完成第三代移动通信(正式名称为IMT-2000)标准的制定工作，为今后十余年移动通信的发展打下基础。 从20世纪90年代起，移动通信就以极高速度发展。1999年，在通信设备市场中，移动通信产品所占份额已超过通信产品的50%。而且，此比例还在逐渐增加。手持机的逐渐普及并带来对通信个人化的强烈需求，互联网的高速发展又带来了移动数据通信的机遇。回顾近十年的发展，可以说，移动通信技术的发展开辟了一个巨大的市场，而市场的急需又推动了第三代移动通信技术进步和国际标准的制定。 国际电联(ITU)从80年代中(1985)就建立了TG8/1，研究未来陆地移动通信系统(FPLMTS)。当时，第二代移动通信中GSM的技术还没有成熟，CDMA技术还没有出现，故在TG8/1的前十年，进展十分缓慢。工作的加速是在最近5年内：首先是确定了正式名称：IMT-2000，即在2000年后使用，工作于2000MHz频带，最高数据传输速率为2000kbps；然后，是制定了M1225号建议[1]，提出了对IMT-2000无线传输技术(RTT)的最低要求。这样，就可能在1998年中征求RTT建议，并能够在1999年底前确定RTT技术。 简单地说，ITU对IMT-2000 陆地移动通信RTT的最低要求为： 三种环境：室内、手持机和高速移动环境； 所能传输的业务数据速率： ＊ 室内： 2Mbps ＊ 手持机： 384kbps ＊ 高速移动： FDD方式 64/144kbps，移动速度达到500km/h TDD方式 64/144kbps，移动速度达到120km/h 业务质量：数据业务的误码率不超过10-3或10-6(根据具体业务要求)； 全球无缝覆盖。 另一方面，在对各种RTT评估时，除满足上述基本要求外，应当著重考虑如下几方面的特性： 无线频谱利用率，在有限频谱资源条件下为尽可能多的用户服务； 技术(设备)的复杂性，它将影响到设备的可靠性和制造成本； 系统设备成本，低成本才可能被用户所接受。 在1999年11月5日结束的ITU TG/1第18次会议上，顺利通过了输出文件：IMT_RSPC[2]，标志著第三代移动通信标准的基本定型。 图1 第三代移动通信网络示意图 II IMT-2000标准的构成 作为一个完整的移动通信标准，IMT-2000的标准由两个主要部分构成：核心网络(CN)和无线接入网(RAN)。这里，我们仅考虑IMT-2000 RTT中的主要部分：CDMA，其网络拓扑如图1所示：其核心网络将基于第二代移动通信的两种主要网络：GSM MAP和美国的IS-41，而两类RAN(3GPP的DS CDMA + CDMA TDD及3GPP2的MC CDMA)均能够接入此两类CN。在本文中，我们将只讨论CDMA TDD的RAN。 根据3GPP的概念，RAN就是图1中的RNS(无线接入网系统)，它由无线网络管理器(RNC)、无线基站子系统(Node B)和用户终端(UE)所构成。从图1可见，RNS主要由Iu系列接口标准所定义。由于IP技术的快速发展，此部分的标准将在2000年底左右确定。在本文中，将主要介绍图中的空间接口(Uu)的技术。 III 在IMT-2000中的TDD RTT 在第三代移动通信标准制定过程中，国际上对TDD双工方式第一次给予了高度重视，在CDMA和TDMA系统中都制定了TDD的标准。很多国家的营运商都表示了首先选用TDD系统的愿望。其主要原因为如下两个方面： 1 根据目前对市场的预测，IMT-2000在投入运行后不久，数据业务将会超过话音业务。而数据业务的最主要部分将是不对称的，IP型的业务； 2 在同样满ìIMT2000要求的前提下，TDD系统有如下特点： ＊TDD能使用各种频率资源，不需要成对的频率； ＊TDD适用于不对称的上下行数据传输速率，特别适用于IP型的数据业务； ＊TDD上下行工作于同一频率，对称的电波传播特性使之便于使用诸如智能天线等新技术，达到提高性能、降低成本的目的； ＊TDD系统设备成本较低，将可能比FDD系统低20%-50%。 和FDD系统比较，TDD系统的主要问题是在终端的移动速度和覆盖距离等方面，予以简要说明： 小区覆盖距离：影响小区最大半径的因素如下： ＊TDD使用相同频率而用时间来划分上下行时隙。由于电波传播需要时间，在上下行时隙之间必须留下保护时隙。小区半径越大，此保护时隙就越长，系统开销就越大，系统效率将降低； ＊CDMA TDD系统要求比较大的峰值/平均功率比(超过10dB)。由于CDMA系统必须工作在线性状态，故要求放大器有较大的线性输出能力，这就限制了手持机的通信距离(成本及电池容量)。 移动速度问题：也如目前ITU要求TDD系统达到120km/h，而FDD系统则要求达到500km/h。这主要是因为FDD系统是连续控制，而TDD系统是时间分隔控制的。在高速移动时，多普勒效应将导致快衰落，速度越高，衰落变换频率越高，衰落深度越深，TDD系统较难解决此问题。 以上情况说明，移动通信一定是以FDD为主流的传统论点已受到挑战，TDD系统在第三代移动通信中的位置已不可动摇。目前，多数人预测第三代移动通信网络的前景是一个共同的网络，卫星移动通信系统用来完成全球无缝覆盖，FDD系统用来建设全国和国际移动通信网，而TDD系统用来在城 人口集中地区提供高密度和高容量的话音、数据及多媒体业务，用双模甚至多模用户终端来实现全球漫游。 IV 多址技术的选择 为了让多个用户能够共享同一个资源，在公众移动通信系统中，都设法利用各方面的资源，设计出最高效率的多址技术来满足要求。目前，能够考虑的资源是频率、时间和波形(码)。因而，在IMT-2000中的CDMA TDD模式均同时使用了FDMA、TDMA和CDMA的技术(见图2)。 众所周知，在移动通信系统中，都必须使用多个载波频率，以充分利用一个频段资源，这就是传统的FDMA。在CDMA技术出现的初期，即美国的IS-95CDMA系统，是使用直接扩频(DS)技术的，并没有采用时分多址(TDMA)技术。近年的发展证明：CDMA和TDMA的联合使用可以进一步提高系统的容量和灵活性，特别是对不对称的IP型业务。因而，在CDMA TDD技术中均同时采用这几种多址技术。 另一种正在研究的多址技术：空分多址(SDMA)将可能成倍地提高系统的容量。SDMA是基于智能天线技术，用波束赋形来分隔不同方向的用户，使同一组资源可以在不同方向上复用。此技术的使用首先要求天线波束赋形的技术更完善，不同波束之间的干扰大大降低。按目前的技术水平，包括算法的复杂度和微电子的能力，在存在多址干扰的环境下和使用有限天线阵列尺寸的条件下达到理解的赋形波束是相当困难的。TD-SCDMA RTT充分使用了智能天线技术，随著基带信号处理技术的进步，在TD-SCDMA系统中增加SDMA的功能是下一步的目标。 V 基带数字信号处理技术 现代移动通信技术的进展在非常大的程度上依靠了基带数字信号处理技术的进步。大家知道，移动通信系统是工作在存在严重干扰、多径传播和具有多普勒效应的实际环境中。要实现可靠的通信，必须保证接收机能克服这些干扰和衰落，获得可靠的接收信号，这对CDMA系统来说更是至关重要的。目前，在移动通信系统中主要使用的基带数字信号处理技术包括如下几个方面： 1． 信道编码和交织 在IMT-2000中，一致使用卷积码(R=1/2及1/3)作为低速率数据的信道编码方式，对速率较高(例如32kbps)的数据信号则使用Turbo码。 信道交织深度则选用10至80ms。 2． RAKE接收 这是FDD方式主要采用的抗多径衰落的措施，使用时间上的分集将时延不同的分量合并，以获得最佳的接收效果。 3． 联合检测 在CDMA TDD技术中均采用联合检测技术。通过对已知的训练序列(Midamble)进行信道估值，对多码道信号联合处理。理论上，联合检测比上述RAKE接收等单信道检测的效果要好。但由于算法的复杂性，目前还只能在TDD系统中使用。 4． 干扰抵销 和联合检测类似，同样通过对已知的训练序列(Midamble)进行信道估值，对多码道信号联合处理，找出干扰和多径分量进行抵销。目前，此技术达到的效果和联合检测差不多。 5． 同步CDMA 同步CDMA或称上行同步，是降低多址干扰，简化基站接收机的一项重要技术。在TD-SCDMA RTT中使用了此技术，为实现智能天线打下基础。 6． 智能天线 目前，最受到关注的是智能天线技术。从一定意义上，TD-SCDMA系统就是基于智能天线来设计的。 现代智能天线的基本原理是在无线基站端使用天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，同时，通过基带数字信号处理器，对各个天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。由于TDD系统上下行链路工作在相同频率，电波传播特性是对称的，故可以用上行波束赋形的结果直接使用于下行波束赋形。智能天线可以充分使用多天线分集效果，大大降低多址干扰，增加接收灵敏度和发射的EIRP。可以使用低输出功率放大器来大大降低基站设备成本。 目前，智能天线的算法还在不断发展，能力还在不断提高。随著微电子技术的进步，更多天线单元，更宽频带的信号都可能实现实时处理，空分多址(SDMA)可能成为现实，无线传输技术将达到一个新的台阶。 VI TD-SCDMA系统 根据上述对双工方式、多址技术和基带数字信号处理技术的分析和介绍，我们就不难对TD-SCDMA的设计思路有更清楚的了解。TD-SCDMA RTT是根据目前国际上无线接入技术的发展，参考了国际上新的CDMA系统，又引入了我国具有知识产权的技术和特点来设计的。从1998年中的第1个建议稿开始，在过去一年半时间内，吸收了国内外很多意见、建议，参照了国际标准化工作中出现的新技术和思路，至今已数易其稿。2000年内还将在3GPP内进一步集成和完善，以后还可能不断修改。在本文中，对本系统的介绍仅仅是一个概貌，但其基本技术和优势是不会改变和放弃的。TD-SCDMA系统的要点如下所述： 1．和3GPP UTRA TDD的相同之处： 使用TDD双工方式； 同时使用FDMA/TDMA/CDMA； 使用相同的QPSK射频调制解调技术； 使用相同的正交可变扩频系数的扩频调制方法； 使用相同的超帧和无线帧长度； 使用相同的数据复接和分接方法； 在信道编码和交织方面，使用和3GPP完全相同的技术； CDMA TDD将使用完全相同的第二、第三层信令。 2．TD-SCDMA所使用的特殊技术和设计： 是一个同步CDMA的系统，用软件和帧结构设计来实现严格的上行同步； 是一个基于智能天线的系统，充分发挥了智能天线的优势，并在未来可能使用SDMA； 基于软件无线电技术，所有基带数字信号处理均用软件实现，而不依赖ASIC； 在基带数字信号处理上，联合使用了智能天线和联合检测技术，达到比UTRA TDD高一倍的频谱利用率； 基于智能天线，使用接力切换技术，和CDMA的软切换相比，简化了用户终端的设计，克服了软切换要长期大量占用网络资源和基站下行容量资源的缺点。 由此可见，TD-SCDMA系统和UTRA TDD在网络和高层信令的考虑上是完全一致的。换句话说，CDMA TDD的系统结构和基本考虑是完全相同的，因而，完全可能在2000年内实现集成，成为一个统一的标准。但应当注意的是，TD-SCDMA使用和实现了智能天线为代表的新技术，导致各方面的优势，对此可参见下面一节中的比较。 VII 两种CDMA TDD RTT的比较 在文献[2] 中，我们看到有两个CDMA TDD物理层标准：UTRA TDD和TD-SCDMA。在此将通过对此两种物理层技术的主要指标和特性进行比较(见表1)。 表1 两种TDD标准物理层参数和特性比较项目 UTRA TDD TD-SCDMA 备注 占用带宽 5MHz 16MHz 每载波码速率 384Mcps 128Mcps 扩频方式 DS, SF=1/2/4/8/16 DS, SF=1/2/4/8/16 调制方式 QPSK QPSK 信道编码 卷积码:R=1/2,1/3 Turbo 卷积码:R=1/2,1/3 Turbo 交织 10/20/40/80ms 10/20/40/80ms 帧结构 起帧720ms,无线帧10ms 起帧720ms,无线帧10ms 子帧 无 5ms 突发结构 Midamble Midamble 时隙数 15 7 上行同步 TA(精度8chip) 1/8chip 智能天线 困难 基于智能天线 容量:每时隙话音信道数 8 16 同时工作 每载波提供的话音信道数 7x8=56 3x6=48 对称业务 频谱利用率(话音) 10Erl/MHz(使用话音激活可能增加50%) 25Erl/MHz 对称话音业务 容量:每时隙总传输速率 2208kbps 2816kbps 数据业务 每载波提供的总传输速率 331Mbps 1971Mbps 不对称数据业务 频谱利用率(数据) 0662Mbps/MHz 1232Mbps/MHz 其它功能如ODMA,DCA,ARQ, DTX等等 提供 提供 在表1中，我们可以所看到的TD-SCDMA技术所提供的高性能主要表现在高的频谱利用率方面。此外，TD-SCDMA还是一种低成本的系统。达到高性能和低成本的主要原因是TD-SCDMA使用了如下主要技术： 1 智能天线，它可以极大的降低多址干扰、提高系统容量、提高接受灵敏度、降低发射功率和降低无线基站成本。 2 上行同步，它可以简化基站硬件，降低无线基站成本。 3 软件无线电，实现智能天线和多用户检测等基带数字信号处理，是此系统可以灵活地使用新技术的关键，也可以降低产品开发周期和成本。 造成两种TDD RTT性能差别的主要原因是基本设计思想的差别： UTRA TDD是为W-CDMA FDD模式的补充，主要应用于室内(办公室、机场、车站、商场等)环境。 TD-SCDMA是作为一个完整的移动通信系统来设计的，要求在各种环境(移动、手持机和室内)下工作，并达到最高的频谱利用率。 VIII 小结 根据以上分析，我们不难得到如下结论： 1 第三代移动通信标准(IMT_RSPC)是全世界各国十余年合作和艰苦工作的结晶，是现代无线通信技术发展的反映，对今后十余年全世界无线通信的发展将起重要的作用。 2 我国提出的TD-SCDMA技术，是在国际上CDMA TDD技术的基础上，增加了我国具有知识产权的新技术，通过长达两年的努力和国内外合作完成的。目前在技术上被公认有明显优势，但还将在3GPP内，在2000年内完成CDMA TDD的集成，成为国际上唯一的TDD模式的标准。 3 由于基于使用软件无线电的概念和技术和目前物理层技术的相对稳定性，目前已可以根据此标准来开发TD-SCDMA设备，为一两年后供应市场。根据TD-SCDMA物理层技术的优势，所开发的设备可以达到提供高频谱利用率、高灵活性和低成本的目标，在市场上将具有强的竞争能力。 4 在下世纪初期(2001 2004年)，在第二代移动通信网中用户密集地区或要求数据和多媒体业务的地区(大中城 主要地区)，依托第二代移动通信网开通第三代移动通信业务，主要是以TD-SCDMA的系统为主，使用双频双模终端，将会收到巨大的经济效益，是平稳地向第三代移动通信过渡的方式。

这个问题物联网不是重点，无线电波才是重点。对于无线电波，为什么频率越高，传输距离越短
这个问题我见到过一个答案回答的很有道理，共享一下：
A距离远近是相对的，你提出的问题只是狭义上的，不是真理。
你说的结论是在存在障碍物（物体尺寸与波长相当就视为障碍物）
解释如下：
频率越高波长越短，饶射（衍射效果）能力越弱，但穿透能力（不变方向）越强，信号穿透会损失很大能量，所以传输距离就可能越近，频率越高在传播过程的损耗越大。
但高频信号本身携带的能量很高，具有很强的穿透能力，比如当无线电波频率很高时，他会穿透电离层，不会再电离层形成反射
结论：有障碍物的情况下，频率越高损耗就会越大。
我的解释里已经提到了--频率越高，遇到障碍物是就会直接穿过去而不是绕过去，这样就会元气大伤（衰减太大）。
给你举个通俗例子：
一个是视力正常的人和一个瞎子在一个陌生的环境里谁走的远一点？
答案不能完全确定-----如果没有障碍物，那就看谁的本领大（电磁波的能量）；若有障碍物，可以肯定瞎子肯定走不过视力正常的人。因为瞎子会被撞死。
B高频电波的特点是：直线性好；波长小，不容易发生明显的衍射，遇到障碍物容易被阻挡
可见频率越高，越容易被阻碍。
C在理想情况下，即没有任何障碍物的情况下，频率对传输距离是没有影响的。
但是实际情况中经常有各种障碍，比如山体，建筑物等。电磁波通过障碍是根据衍射原理，障碍物小于波长时，电磁波容易通过。电磁波速度一定，根据v=fλ，频率越高，波长越短。波长短了就不容易穿越障碍物，所以传输距离短。
D
自由空间损耗公式：Ls=20Lgf(MHz)+20Lgd(Km)+324 f是频率，d是传播距离
如果d不变，Ls与f就是一个以10为底的底数函数,这个函数是增函数，所以f越高，Ls就越大
原帖在此：>物联网应用中的无线技术有多种，可组成局域网或广域网。组成局域网的无线技术主要有24GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显，可如下图总结。在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network,LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一。当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。

LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

下图以USA情况为例，从灵敏度、链路预算、覆盖范围、传输速率、发送电流、待机电流、接收电流、2000mAh电池使用寿命、定位、抗干扰性、拓扑结构、最大终端连接数等参数上比较了Sigfox、LTE-M、ZigBee、WLAN、80211ah和LoRa的区别。后续的LoRa技术小型科普文（下）将具体解释以上的部分参数。
LoRa网络构成

LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。

LoRa联盟LoRa联盟是2015年3月Semtech牵头成立的一个开放的、非盈利的组织，发起成员还有法国Actility，中国AUGTEK和荷兰皇家电信kpn等企业。不到一年时间，联盟已经发展成员公司150余家，其中不乏IBM、思科、法国Orange等重量级产商。产业链（终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商、软件厂商、系统集成商、网络运营商）中的每一环均有大量的企业，这种技术的开放性，竞争与合作的充分性都促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。

网络部署

目前LoRa网络已经在世界多地进行试点或部署。据LoRa Alliance早先公布的数据，已经有9个国家开始建网，56个国家开始进行试点。中国AUGTEK在京杭大运河完成284个基站的建设，覆盖1300Km流域；
美国网络运营商Senet于2015年中在北美完成了50个基站的建设、覆盖15,000平方英里（约38850平方千米），预计在第一阶段完成超过200个基站架设；
法国电信Orange宣布在2016年初在法国建网；
荷兰皇家电信kpn宣布将在新西兰建网，在2016年前达到50%覆盖率；
印度Tata宣布将在Mumbai和Delhi建网；
Telstra宣布将在墨尔本试点……(后续的文章将详细介绍部分公司利用LoRa技术做出的应用)

LoRaWAN协议

LoRaWAN是 LoRa联盟推出的一个基于开源的MAC层协议的低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）标准。这一技术可以为电池供电的无线设备提供局域、全国或全球的网络。LoRaWAN瞄准的是物联网中的一些核心需求，如安全双向通讯、移动通讯和静态位置识别等服务。该技术无需本地复杂配置，就可以让智能设备间实现无缝对接互 *** 作，给物联网领域的用户、开发者和企业自由 *** 作权限。

LoRaWAN网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。网关与服务器间通过标准IP连接，终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信，同时也支持云端升级等 *** 作以减少云端通讯时间。终端与网关之间的通信是在不同频率和数据传输速率基础上完成的，数据速率的选择需要在传输距离和消息时延之间权衡。由于采用了扩频技术，不同传输速率的通信不会互相干扰，且还会创建一组“虚拟化”的频段来增加网关容量。LoRaWAN的数据传输速率范围为03 kbps至375 kbps，为了最大化终端设备电池的寿命和整个网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种速率自适应（Adaptive Data Rate , ADR）方案来控制数据传输速率和每一终端设备的射频输出功率。全国性覆盖的广域网络瞄准的是诸如关键性基础设施建设、机密的个人数据传输或社会公共服务等物联网应用。关于安全通信，LoRaWAN一般采用多层加密的方式来解决：一、独特的网络密钥（EU164），保证网络层安全；
二、独特的应用密钥（EU164），保证应用层终端到终端之间的安全；
三、属于设备的特别密钥（EUI128）。LoRaWAN网络根据实际应用的不同，把终端设备划分成A/B/C三类：Class A：双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信，每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求，其微调是基于一个随机的时间基准（ALOHA协议）。Class A所属的终端设备在应用时功耗最低，终端发送一个上行传输信号后，服务器能很迅速地进行下行通信，任何时候，服务器的下行通信都只能在上行通信之后。

Class B：具有预设接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收一个Beacon，通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。这种方式能使服务器知晓终端设备正在接收数据。

Class C：具有最大接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。

LoRa技术要点

一般说来，传输速率、工作频段和网络拓扑结构是影响传感网络特性的三个主要参数。传输速率的选择将影响系统的传输距离和电池寿命；
工作频段的选择要折中考虑频段和系统的设计目标；
而在FSK系统中，网络拓扑结构的选择是由传输距离要求和系统需要的节点数目来决定的。LoRa融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有的性能。此前，只有那些高等级的工业无线电通信会融合这些技术，而随着LoRa的引入，嵌入式无线通信领域的局面发生了彻底的改变。

前向纠错编码技术是给待传输数据序列中增加了一些冗余信息，这样，数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正。这一技术减少了以往创建“自修复”数据包来重发的需求，且在解决由多径衰落引发的突发性误码中表现良好。一旦数据包分组建立起来且注入前向纠错编码以保障可靠性，这些数据包将被送到数字扩频调制器中。这一调制器将分组数据包中每一比特馈入一个“展扩器”中，将每一比特时间划分为众多码片。

即使噪声很大，LoRa也能从容应对LoRa调制解调器经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，最高可使用4096码片/比特中的最高扩频因子（12）。相对而言，ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。通过使用高扩频因子，LoRa技术可将小容量数据通过大范围的无线电频谱传输出去。实际上，当你通过频谱分析仪测量时，这些数据看上去像噪音，但区别在于噪音是不相关的，而数据具有相关性，基于此，数据实际上可以从噪音中被提取出来。扩频因子越高，越多数据可从噪音中提取出来。在一个运转良好的GFSK接收端，8dB的最小信噪比（SNR）需要可靠地解调信号，采用配置AngelBlocks的方式，LoRa可解调一个信号，其信噪比为-20dB，GFSK方式与这一结果差距为28dB，这相当于范围和距离扩大了很多。在户外环境下，6dB的差距就可以实现2倍于原来的传输距离。

超强的链路预算，让信号飞的更远

为了有效地对比不同技术之间传输范围的表现，我们使用一个叫做“链路预算”的定量指标。链路预算包括影响接收端信号强度的每一变量，在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。AngelBlocks的发射功率为100mW (20dBm)，接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dB。比较而言，拥有灵敏度-110dBm（这已是其极好的数据）的GFSK无线技术，需要5W的功率(37dBm)才能达到相同的链路预算值。在实践中，大多GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此状况下，发射端发射频率必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值。

因此，使用LoRa技术我们能够以低发射功率获得更广的传输范围和距离，这种低功耗广域技术正是我们所需的。

关于LPWAN

低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network, LPWAN)是物联网中不可或缺的一部分，具有功耗低、覆盖范围广、穿透性强的特点，适用于每隔几分钟发送和接收少量数据的应用情况，如水运定位、路灯监测、停车位监测等等。LPWAN相关组织LoRa联盟目前在全球已有145位成员，其繁茂的生态系统让遵循LoRaWAN协议的设备具有很强的互 *** 作性。一个完全符合LoRaWAN标准的通讯网关可以接入5到10公里内上万个无线传感器节点，其效率远远高于传统的点对点轮询的通讯模式，也能大幅度降低节点通讯功耗。

认知无线网络的频谱感知技术
认知无线电/认知无线网络起源于Joseph Mitola攻读博士期间的研究工作，在其博士论文中，Mitola将认知无线电定义为“the integration of model-based reasoning with software radio technologies”，认为认知无线电是智能计算和无线通信这两个学科交叉融合的产物[1] 。随后，美国的FCC和DARPA分别启动了多项计划，对认知无线电和动态频谱接入问题进行深入研究；欧盟的端到端重配置计划(E2R: End to End Reconfigurability Project)也启动了对认知概念在技术和经济领域等各方面问题的研究。Simon Hakin在2005年发表了关于认知无线电的著名文章“Cognitive radio: brain-empowered wireless communications”[2] ，主要从信号处理和自适应过程的角度对认知无线电技术的框架结构进行了较为完善的分析。此后，许多有名的大学和研究机构也展开了相关技术的研究和实验平台的开发，认知无线电的概念也被扩展为认知无线网络，指利用认知原理来提高各种资源（频谱、功率等）使用效率的无线网络[3] 。在频谱管理部门的带动下，一些标准化组织也先后开展了一系列标准制定工作以推动该技术的发展。目前涉及认知无线电/认知无线网络标准制订的组织和行业联盟主要是美国电气电子工程师学会（IEEE）、国际电信联盟（ITU）和软件无线电论坛(SDR Forum)等。
认知无线网络中，主（授权）用户指那些对某段频谱的使用具有高优先级或合法授权的用户，次级用户是指那些低优先级的用户。次级用户对频谱的使用不得对主用户造成干扰，因此要求其能快速、可靠地感知主用户使用授权频谱的情况。次级用户必须具备认知能力，因而称其为认知用户，在网络结构中则表示为认知节点。认知用户的频谱感知主要包括在某个频段上检测主用户存在与否（主用户信号检测）和估计认知用户对主用户接收机可能造成的附加干扰（干扰温度估计）两个任务[4] 。更进一步的可能要求是频谱感知还应区分主用户信号的种类（空中接口分类）[5] 。目前大部分频谱感知的研究都集中在最重要的主用户信号检测上。
1 频谱感知的基本方法
主用户信号检测的单节点频谱感知基本方法通常分为三类：
第一类为相干检测。如果知道主用户信号的结构特征（如导频、前导或同步消息等），匹配滤波器加门限检测的方法是最优的主用户信号检测方法。相干检测可获得精确的频谱感知结果，但其缺点也很明显，必须知道主用户信号的先验知识，而且当认知无线网络运行在很宽的频段上时，实现许多类型的授权信号的相干检测成本太高，几乎不可实现。
第二类为能量检测。在感兴趣频段上测量某段观测时间内接收信号的总能量，如果能量低于某个设定门限则声明该频段为白空间。与相干检测相比，能量检测需要更长的感知时间以达到同样的感知效果，但低成本、易实现的特性使其受到认知无线网络中频谱感知技术的青睐。
以上基于信号检测技术的两种频谱感知方法，有很好的理论基础[6] ，性能分析已比较完善。
第三类为特征检测[7] 。能量检测的最大缺点是它不能区分接收到的能量是来自主用户信号还是噪声，在低信噪比环境中的频谱感知结果尤其不可靠。在主用户信号的载波频率、调制类型或循环前缀等某些特征已知时，利用信号的期望和自相关函数呈现出来的周期性（循环平稳谱相关特性），可将信号能量与噪声能量区分开来，突破能量检测的瓶颈。文献[8] 还分析实际情况下有限的数据长度对循环谱特征检测的影响。实现复杂度远高于能量检测是制约特征检测在频谱感知中应用的最主要缺点。
此外，2003年底FCC频谱政策工作组提出了干扰温度模型[9] ，意在对无线环境中的干扰源进行量化和管理。干扰温度限提供了特定地理位置在某一感兴趣频段上接收机能够顺利工作的最差环境的特征描述。根据干扰温度模型，认知用户若能确定其对主用户接收机造成的附加干扰量并加以限制，使主用户接收机所受的总干扰（含噪声）不超过干扰温度限，则认知用户可与主用户运行在同一频段上。可以看出，基于主用户信号检测的频谱感知意在避开主用户，而基于干扰温度模型的频谱感知则试图与主用户同时并存于同一个频段，这是两者最大的区别。文献[10] 定义了已知和未知主用户信号参数时干扰温度的理想模型和一般模型，并从通信容量的角度分析了如何来最优地选择认知系统的工作带宽和发送功率。但干扰温度模型存在两个需要解决的难题：其一为在主用户发送信号存在的情况下如何测定其接收机的噪声水平，其二为在主用户接收机位置未知的情况下如何估计认知用户对它可能产生的干扰。降低问题难度的一种可能办法是让主用户系统来辅助认知系统的频谱感知，如文献[11] 中要求主用户接收机在工作过程中持续发送指示信号。另一个需要考虑到的是，认知用户和主用户共存于同一个频段时，认知系统的通信过程中也会受到授权系统的干扰，所以认知系统能获得的通信容量可能非常有限[10] 。
2 协同频谱感知
认知无线网络可通过对多节点感知信息的协同处理来提高频谱感知的效果，这被称为协同（协作、合作）频谱感知。频谱感知性能主要由感知范围、检测时间、检测概率、虚警概率等几个相互关联的指标来衡量，协同频谱感知可利用空间分集增益改善上述指标，解决单节点感知中难以克服的多径深衰落、阴影衰落和隐终端等难题[4] ，同时也可减轻对单个节点感知灵敏度的要求，降低实现成本[12] 。
实现协同频谱感知的方式有两种，即中心式和分布式。
中心式感知：中心单元收集各认知节点的感知信息，负责识别可用频谱，并将频谱可用信息广播给各认知节点或直接控制认知节点的通信参数。文献[13] 中以AP为中心收集、处理各感知节点的硬判决（二进制）结果，通过克服信道衰落效应来提高感知性能，其检测概率和虚警概率的计算在文献[14] 中给出。文献[15] 以主节点（master node）为中心节点合并各感知结果来检测TV信道。文献[16] 则由融合中心（fusion center）根据各认知节点能量检测的结果最终判断主用户在某个频段上的存在与否。
分布式感知：认知节点彼此之间共享感知信息，但独立判断各自的可用频谱。与中心式感知相比，分布式感知的优点是不需要基础结构网络，部署更灵活些。文献[17] 显示一个用户作为另一个用户中继的两用户协同频谱感知可带来35%的捷变增益（所需感知时间减少35%）。文献[18] 进一步将这种分布式感知协议推广到多用户环境中。
无论中心式还是分布式感知，就协同频谱感知的研究内容而言，主要包含以下两个方面：
1）认知节点感知信息的合并处理，即考虑信息融合（fusion）问题。
2）感知信息传递过程的合作，即考虑中继传输问题。

物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

扩展资料：

物联网的特征：

①首先，它是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器，每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。

②其次，它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输。

由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。

③还有，物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域。

从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

④此外，物联网的精神实质是提供不拘泥于任何场合，任何时间的应用场景与用户的自由互动，它依托云服务平台和互通互联的嵌入式处理软件，弱化技术色彩，强化与用户之间的良性互动，更佳的用户体验，更及时的数据采集和分析建议，更自如的工作和生活，是通往智能生活的物理支撑。

参考资料：

百度百科-物联网

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