Table of Contents

מדמם של Narrowband IoT

ה-Narrowband Internet of Things (NB-IoT) תקן, חלק מ- 3GPP משחרר 13 פרטים ספציפיים, תוכנן לחבר מספר עצום של מכשירים מורכבים נמוך על אזורים גיאוגרפיים רחבים עם צריכת חשמל מינימלית.על ידי כך שתופס רק 180 kex של רוחב פס, NB-IoT משיגה כיסוי יוצא דופן וכיסוי עמוק בתוך גבולות של אבטחה, עם זאת, שכבה פיזית צרה זו מטילה על בסיס יסודי: שיעורי נתונים הם כמעט 250 קמצמים על ידי שימוש נמוך יותר על ידי שימוש ב-ידי אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי לחץ על ידי לחץ על ידי אבטחה נמוכה יותר על ידי אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי הגבלת זמן קצר יותר, אך ורק על ידי הגבלת אבטחה נמוכה יותר על ידי הגבלת אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי הגבלת זמן קצר עם מגבלות אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי מחסומים עם מגבלות אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי אבטחה נמוכה יותר, עם מגבלות אבטחה נמוכה יותר עם מגבלות אבטחה מהירה יותר, אך ורק על ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש מוגבל של אבטחה נמוכה יותר, אך ורק על ידי אבטחה מהירה יותר, עם מגבלות אבטחה מהירה יותר, אך ורק על ידי הגבלת זמן קצר יותר, אך ורק על ידי שימוש ב

מאמר זה חוקר את הטכניקות המתקדמות ביותר של FSK כי הם לעצב מחדש את מה אפשרי ברשתות אינטרנט SMART. זה בוחן כיצד שינויים סמל קידוד, בקרת פרמטר הסתגלות, תוכניות שונות תדירות, עיצוב אותות אורטוקונים יכול לפתוח באופן קולקטיבי את שיעורי הנתונים גישה או על תקרת NB הנוכחית, תוך שמירה על תאימות לאחור ויעילות כוח.

FSK Fundamentals Revisited: Why It Remains ⁇ for Narrowband IoT

תדירות Shift Keying מקודמת נתונים דיגיטליים על ידי מעבר נושא בין תדרים דיסקרטיים.בצורה בינארית הפשוטה ביותר שלה (BFSK), Hz 0 מפות לתדירות אחת ו 1 לוגי אחד לשני.ה האות אינו קבוע ב-IoT, כלומר סינכרוניזציה בשלב זה עדיין חסר תועלת ו-mdash; המדדים פשוט אנרגיה בתדרים הצפויים זה הופך FKS חזק מאוד לשלב החזק ביותר לרעשים אלה, אשר מופעלים באופן ישיר על ידי ספקטרום נמוך יותר (Ricicicicicertextexertexertexertex) אשר פועל מתחת ל-Bulative GHz תכונות רדיו GHz (Bulited) אשר מופעלת ספקטרום נמוך יותר) מכיל 700 GHz).

עם זאת, יעילות הספקטרום של BFSK קלאסית נמוכה.כל סמל נושא רק קצת אחד, ואת התדירות הפרדה חייב להיות גדול מספיק כדי לשמור על אורטוקנאליות, בדרך כלל לפחות את קצב הסמל.בערוץ 180 kHz, לאחר להקות שמירה וסינון, רוחב הפס הנתרן הוא בערך 160 kHz בקצב סמלי של, למשל, 100 ksybols / BFSK נכנעת ל-pbfs.

Multi-Level FSK: Encoding More Bits Per Symbol

מתוך Binary to M-ary Modulation

המסלול הישיר ביותר לשיעורי נתונים גבוהים יותר הוא להגדיל את סדר המודולציה של M-ary FSK (M-FSK) משתמש בתדרים שונים MHz, שבו כל סמל נושא bits 2(M) bits. לדוגמה, 16-FSK מקודמת 4 סיביות לסמל, באופן תיאורטי quadrupling את שיעור הנתונים ביחס ל- BFSK באותו סמל.

החדשנות ב- M-FSK המודרנית עבור SMART IoT נמצאת בקידוד תדירות ספיגה ושילובו עם הדופק בעיצוב כדי להתאים יותר רמות רוחב פס זמין ללא הפרעה הרסנית. העלאת קובצי Cookie וגאוסיאן מסננים יכולים להפחית את האנרגיה של ה-IoT, המאפשרת לתאריכים להיות ארוזים יחד.

שיקולים מעשיים

FSK מדורגת שני אתגרים עיקריים: עלייה ברמת שיא לממוצע יחס כוח (PAPR) ודרישות יציבות תדר חזק יותר. WANK מדגיש את יעילות המגבר, אשר קריטי עבור התקנים בעלי סוללות משולי סוללה. Envelope מעקב או מעגלים מוטה אדפטיים הנדרשים רק כדי להקטין את זה, אבל הם מוסיפים עלות ומורכבות.

התאמת FSK: דינמי התאמת Modulation בתנאי ערוץ

למה הסתגלות ב-NB-IoT

רשתות NB-IoT משרתות מכשירים בטווח מגוון רחב של סביבות: מרתפים פנימיים עמוקים, קניונים עירוניים חיצוניים, שדות חקלאיים מרוחקים, ותנאי ערוצים משתנים מאוד על פני תרחישים אלה, כמו גם לאורך זמן בשל קידוד, התערבות, וניידות קבוע FSK פרמטרים כוח שינוי עיצוב שמרני: סדר מודולציה והפרדה תדירות חייב להיות נבחר לעבוד בתנאים הגרועים, עוזב את היכולת על השולחן כאשר הם cc-SKststsive יחס מתאים (SK)

מכניזם של הסתגלות

במערכת A-FSK, המשדר והמקבל שומרים על לולאה שליטה. המקלט מעריך את איכות הערוץ הנוכחית ומזין בחזרה מדד תכנית מודולציה למעברה. משוב זה יכול להתבצע בערוץ בקרה ייעודי, הישיבות על גבי ה-IoT, או מפוספסות מטכניקת הדופק הטובה בתחנת הבסיס.ה ההתאמה יכולה לנוע בין 2FSKso, ל-SK2, או להורדת קצב הדופק (SK2-S) ל-SK2, לדרגה של מספר צעדים פשוטים (הקודמתיקים (ה) ל-SK2, או שיפור של מהירות (הדרגה 4K) ל-SKSKSKSKSKSK) ל-SK2, או שיפור של מהירות יותר, כלומר, כלומר, גם ל-SKSFSFremed) ל-SKSKSKSFrem-SKSFrem (הקצב יעילות יותר, גם כן, ל-SIRECTSKSKSKIRECTSIRST) ל-SKSFretemd Rejectd) ל-SIRSTSKIRECT , לדוגמה, ל-SKSKSKSK

מחקר שנערך על ידי Abdelkader et al. (2021) הראה תוכנית FSK מתאימה עבור NB-IoT uplink אשר השיג ממוצע של 180% שיפור דרך חישוב בהשוואה לעיכובים שאינם אדפטיים 4FSK בתרחישים מעורבים בתוך הבית / מחוץ לדלת, עם פחות מ 2 WANB ברגישות בסדר המודולציה הנמוך ביותר.

אתגרים ופתרונות

האתגרים העיקריים של A-FSK הם רטיבית משוב, אות מעל הראש, ודו-קיום עם מכשירים מורשת. ב NB-IoT, תחנת הבסיס (e NodeB) שולטת בתזמון קישורים, ולכן החלטות הסתגלות מתקבלות בצורה הטובה ביותר בצד הרשת של ה-IoT.המכשיר יכול להטמיע הערכות איכותיות בחבילות הנתונים ה- uplinks, המחייבות לא שידורים נוספים ברשת, רדיו מוגדר-SDR (SDRS) כולל רכיבי אבטחה סטנדרטיים, כולל אלגוריתמים סטנדרטיים של אלגוריתמים של אלגוריתמים של אלגוריתמים, כולל אלגוריתמים סטנדרטיים של 18B.

תדירות ההופג FSK: הרחבת גיוון עבור רובוסטנס וקצב

עקרונות של תדירות ההוגות ב-Narrowband IoT

תדירות ההוגנס מפיץ Spectrum (FHSS) היא טכניקה מבוססת היטב שבה תדירות נושאת משנה פסאודורנטית לאורך זמן על פי רצף הידוע גם משדר וגם מקלט. בהקשר של NB-, FHSS יכול להיות מיושם בתוך הלהקה 180 kHz על ידי הצטברות בין תת-פס של, למשל, 15 kHz, או מעבר לספקטרום רחב יותר אם מותרת ה-FDrelimates הוא הנכון כדי לתקן את התדירות גבוהה יותר, אם הוא אפשרי.

שיעור הנתונים מקבל באמצעות Interference Mitigation

בלהקות ISM או ליד להקות מורשה עם התערבות ערוץ סמוך, שערי אובדן החבילה עבור FSK סטטי יכול להיות 10-30%. כל חבילה אבודה גורם הפסקה בשכבה MAC, למעשה שאיפת באמצעות ספוט במקרים חמורים. FHSS מפחיתה את ההסתברות של התנגשות עם כל מפריע ספציפי לשבריר הזמן שהושקע על זה.

עיצוב מערכת על ידי Malarski et al. (2022) בשילוב FHSS עם 16-FSK בערוץ 200 kHz והשגת תפוקה יעילה של 180 kbps תחת רמות התערבות שיש להם מוגבל קישור סטטי 4FSK ל 45bps.הקצב ההיגוי נקבע על 200 s לשנייה, איזון מהיר נגד סינכרונל מעל המחברים ציין גם כי מספק יתרונות אבטחה מקיפים של ה-HFSS: 1.

Synchronization ו- Networkתיאום

ביקורת אחת על FHSS עבור NB-IoT היא שהיא מסבך סינכרוניזציה. NB-IoT מסתמכת על אותות התייחסות פס צר שהתזמון שלהם קריטי עבור ההדגמה.אם המכשיר מתדר, זה חייב לחזור על תזמון ותזמון זמני התזמון בתדירות בכל ה-Hhop, צריכת חשמל ואווירה.פתרונות כוללים שימוש בסימן משותף המועבר מעל רוחב הפס המלא (למרות ש-NB-180 כבר מתפעל מתכונת הרחבה של שימוש ב-Flink) באמצעות שימוש באפקטים ב-R.

Orthogonal FSK: Spectral Efficiency Through Signal Design

מיניזציה של קרוס-דבר עם Orthogonality

Orthogonal FSK מתייחס להודעות אותות שבו הטונים של תדירות נבחרים כך כי הקרוסלה שלהם היא אפס (או ליד אפס) ברגעים דגימה.קלאסי בינארי FSK עם מקלטים בתדר שווה לאבחון הסימול משיגה אוטגוניות אמיתית על מרווח סמל, אבל עבור M>2, מצב האורוגן הופך למורכב והיקף ההיקף הליני עם מקלטים יותר מ- Freditated (SKont) עם הפרעה מודרנית יותר מאשר שימוש ב-Fal (SKontid) או בחדשנות מודרנית יותר מאשר ב- FKernative (SKernative) או בקיצור יותר מאשר ב-FKontventvenative (ההתערבות מודרנית יותר מאשר ב-FKernative) או בקיצור, או בקיצור, או בקיצור, או בקיצור, או בקיצור, כלומר, כלומר, לדוגמה, כלומר, לדוגמה, הוא מאפשר ל-FKericide (Shogthogthogtvenial) עם ה-FKernative (Shogthogthogthogthogthogthogtvenial, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, הוא מאפשר ל-FKonial, כלומר, באופן קבוע יותר מאשר ב-Fon

דופק-שפד וספקטרליות Efficient O-FSK

על ידי עיצוב הדופק המועבר עם מסננים עתירי הרים שיש להם גורם רול-off נמוך כמו 0.1, טונים FSK הסמוך ניתן לחלב במרווחים קטנים כמו 0.6 פעמים שיעור הסמל תוך שמירה על ביצועים מקובלים עם IoT, זה נקרא לפעמים "ק-sensing" או "compact" FSK. המקלט משתמש בנק של מסנמימים מתואמות על ידי מעבדים מתקדמים של מעבדי חשמל, אבל זה יותר מאשר מעבדים מודרניים.

תוצאות ניסיוניות של She et al. (2023) הראו כי מערכת של 16 טון O-FSK ב 160 kHz רוחב פס השיג יעילות ספקטרלית של 2.4 bps/Hz, בהשוואה ל 0.33 bps/Hz עבור 2FSK ו- 1.0 bps/Hz עבור דגמי ה-IoT-FSK עם רגישות קלאסית של נתונים גולמיים, זה מתורגם ל- 384bps ב-K2K2, אשר אינו מציע גישה מקסימלית ל-FD2FD2, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה-FBLCFDFD2FD2FD2FD2KFD2, היא הטובה ביותר, כלומר, לעומת 4Br-FD2KFD2, לעומת 4Br-FD2KFD2, כלומר, היא הטובה ביותר, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת LT2D2D2KD2KFDLCDLCDLCDLCD2, בהשוואה ל-FD2, ללא רגישות גבוהה יותר מ-FD2, כלומר, כלומר, כלומר, בהשוואה ל-FD2KD2KFD2KD

אינטגרציה עם NB-IoT נומרולוגיה

שאלה מעשית חשובה היא כיצד O-FSK יכול להיות משותף עם אותות NB-IoT הקיימים. NB-IoT משתמש 12 צוללות של 15 kHz כל אחד, עם SC-FDMA עבור uplink ו-DMA עבור אותות FSKform , לעומת זאת, הם גלי רציף (CKid) על פני משך הסמל באופן ישיר על ידי התערבות של O-SKSKSKS גורם להורדת מספר התקנים (SFST) באמצעות מספר מוגבל של 2.

יתרונות מעשיים ואסטרטגיות יישום

המונחים: Quantitative Throughput Gains Overs Scenarios

בשילוב, הטכניקות שנדונו לעיל יכולות להכפיל את שיעור הנתונים על ידי גורמים של 4-8 בהשוואה ל- BFSK סטנדרטי או אפילו תוכניות מבוססות NB-IoT QPSK.השולחן מתחת לסכמת את הריבית על פי מגבלות פס צרות טיפוסיות (160 kable רוחב פס, 10 dB SNR, TU-3 fading Channel) בהתבסס על סינת התוצאות שפורסמו:

  • (בספרדית:0)BFSK (בסיס): FLT:1 (20 kbps, עמידות גבוהה)
  • (ב) [15] ,8-FSK הסתגלות: ⁇ 1 (60-80 kbps, 2-3 ענישה dB
  • FHSS+16-FSK:cioFLT:1] 100-130 kbps, 4 dB עונש, התערבות-רובוסט
  • (ב) [15] ,0 (ב) עם SIC:03F) 1 (180-200 kbps, 5-6 dB עונש, יעילות ספקטרלית גבוהה ביותר

נתונים אלה מניחים כי המכשיר יש ערוץ ברור וניידות בינונית (עד 30 ק"מ / שעה) עבור תרחישים פנימיים או לטווח ארוך עם אובדן נתיב גבוה, תוכניות הסדר נמוך עם חזרות נשאר עדיפה, אבל המסגרת ההסתגלות יכול ליפול בחזרה אליהם באופן אוטומטי.אפקט נטו הוא כי מכשיר אחד יכול לתמוך בטווח של 10x של נתונים, מ 10 kbps בכיסוי קיצוני עד 200bps טוב בתנאים משתנים ללא חומרה.

צריכת חשמל וסחרחורים

שיעורי נתונים גבוהים יותר להפחית את זמן השידור, אשר ישירות חתכים את האנרגיה המאומצת ברדיו פעיל המדינה & mdash; העלות האנרגיה הדומיננטית עבור רוב מכשירי IoT.עם זאת, מורכבות המקלט עבור O-FSK ו- FHSS עשויה להגביר את אנרגיית העיבוד. KBful תקציבי KB הוא צורך.במודול טיפוסי NB- 80%, לעומת זאת, ה- LKKKKK- 50, בעוד המעבד הבסיסי מוסיף - 50-50-FS, בהתאם ל-FS, לעומת זאת, יש צורך ב-FS בטווח של פחות מ- 100 נקודות לחץ גבוה יותר מ- 100 סיביות, אפילו יותר מ- 100 מ-FS בטווח של יותר מ-FS, כולל העדכונים הממוצע, 000 של מעל ל-FS בטווח של פחות מ-FS בטווח של פחות מ- 100 מ- 100 מ- 100 מ-FS בטווח של העדכונים הממוצע, אך יותר מ-FS בטווח של העדכונים הממוצע, כולל קיבולת של עד ל- 100 מ-FS בטווח של פחות מ- 100 מ- 100 מ- 100 מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ- 100 מ"מ"מ- 100 מ- 100 מ"מ"מ

נתיב הגירה למקורות קיימים

מפעילי רשתות NB-IoT קיימות יכולים להציג את שיפורים FSK אלה באופן מצטבר. עדכוני תוכנה של תחנת בסיס יכולים להוסיף תמיכה עבור מצבי הסתגלות ותדירות היגוי, שכן אלה הם בעיקר תזמון ושינויים MAC-layer.מכשירים עם צ'יפים חדשים התומכים ב-IoT-level FSK ו- O-FSK יכולים להציג פריסות חדשות או כמו רטרופורטים.אין צורך במערכות הפעלה של רכיב חדש, הדורשות וידאו-F-F המרכזיות, כולל קיבולת גבוהה.

יישומים אמיתיים ומקריות

מינוף חכם עם חברות over-the-Air

כלי שיט אירופי פרוס 50,000 גז חכם ומים באמצעות NB-IoT עם 4FSK וחזרה הסתגלותית.המדונים אוספים את צריכת הנתונים לשעה (כמה מאות ע"י דו"ח), אבל מקרה השימוש הקריטי היה עדכונים מרוחקים לשינוי אלגוריתמים לחיוב.עם BFSK, תמונה של 512 KB לקח בערך 210 שניות מעל האוויר, סיכון לשיבוש אם הסיקור שאבד במהלך ההורדה.

המונחים: high-Resolution Sensor Data

ספק עסקי חקלאי החליף מערכת מורשת 2G עם NB-IoT באמצעות FHSS ו 16-FSK. החיישנים שנאספו לחות אדמה, טמפרטורה ותמונות רב-ספקטרום ב 10 דקות מרווחים, יצירת חבילות של 2-10 KB.Over a טיפוסית עם רדיוס תאים 3 ק"מ, מערכת המורשת השיגה 25 kbps.המערכת החדשה סיפקה 110 ק"מ בממוצע, ומאפשרת לרזולוציה ל-64x להפחתה של עד ל-64x של צריכת חשמל מדויקת יותר מ-240x.

חניה עירונית חכמה ואור

במסדרון עירוני צפוף עם התערבות של Wi-Fi ו LTE בלהקות שכנות, עיר הקימה חיישנים חניה NB-IoT באמצעות FSK מותאם אישית, המערכת זיהתה דיקור והעבירה את הנתונים לשרת מרכזי. Interference גרם לירידה של 15% בחבילת הפסד עם BFSK קבוע בעבר על ידי מתן תדירות מעבר 8 תת-פסים וירידה הסתגלות ל 2FSK תחת תנאי הפחתת ה- 2b- 18b- 2, 000 ל- 2.2%, 000 ל- 2, 000 העדכונים של קובצי הפחתת רמת הפחתת רמת הפחתת רמת הפחתת רמת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת ה- BF2 היה עד ל- 2.

כיוונים עתידיים ומחקרים ב- Outlook

Machine Learning for Fitive FSK

למידה מחדש ורשתות עצביות עמוקות נחקרות כדי לייעל את הפרמטרים FSK בזמן אמת ללא הערכת ערוץ מפורשת.רשת עצבית שהוכשרה על דפוסי RSSI וטעייה היסטוריים יכולה לחזות את הסדר המודולציה הטוב ביותר ואת רצף ההיגוי של מרווח השידור הבא. תוצאות מוקדמות להראות 10-15% נוספים באמצעות חישוב על הסתגלות מבוססת כללים, במיוחד בסביבות לא סטיות עם הפרעה מהירה או מתפוררת.

אינטגרציה עם MIMO ו-NB-IoT

בסיסים מסיביים MIMO יכולים לכוון מספר רב של דבורים למכשירים שונים בו זמנית.כאשר בשילוב עם טכניקות FSK, זה יכול לאפשר הפרדה מרחבית של מכשירים באמצעות מערכות תדר שונות, ביעילות להכפיל את שיעור הנתונים של ה- per-device.למרות NB-IoT בדרך כלל מופרס על תאים מקרו עם תמיכה מוגבלת MIMO (בדרך כלל 2x2 או 4x4), פריסות עתידיות על אמצע פס או מ"מ"מ עשוי להיות יתרון גבוה יותר כיוון מחקר זה.

תקנים: 3GPP שחררו 19 ומעבר

3GPP לומדת כיום "שיפור NB-IoT" עבור 19 שחרור, אשר עשוי לכלול תמיכה אופציונלית עבור מכשירים מסדר גבוה יותר FSK, התאמה אדפטטיבית, ותדירות משופרת היפוך.האתגר המרכזי הוא תאימות לאחור עם מיליוני התקנים הקיימים NB-IoT, אבל תכונות אופציונליות המופעלות באמצעות אותות המאפשרים כניסה הדרגתית של ספקי השבבים, יצרנים, מפעילי רשת תומכת, כמו הביקוש לשוק של 3GF1 להורדת נתונים חדשים:

מסקנה

טכניקות FSK חדשניות מציעות נתיב מעשי, אבולוציוני לשיעורי נתונים גבוהים יותר באופן משמעותי ברשתות Narrowband IoT מבלי לזנוח את נקודות הליבה של כוח נמוך, כיסוי רחב ופשטות.FSK ברמה גבוהה יותר באופן משמעותי, להתאים את FSK תואם את תנאי הערוץ עבור מקסימום חישוב, תדירות מספקת מגוון והפרעה, או thogonal FSK דוחפת את היעילות הנית של תאים חדשים, כגון שיפורי תיבות של 4x-FSK, יכולות לספק את כל אלה.

עבור מפעילי רשת ויצרניות מכשירים, המסר ברור: צינור ה-IoT יכול לשאת יותר נתונים מאשר יישומים נוכחיים לנצל.באמצעות פריסה מחושבת של גרסאות FSK מתקדמות אלה, מערכת אקולוגית IoT יכולה לתמוך ביישומים עשירים יותר, חיי מכשירים ארוכים יותר, וביצועים אמינים יותר, כל זאת תוך שמירה במסגרת ספקטרום מורשה שנותן NB-IoT את איכות השירות שלה.המשך אלגוריתמים של סטנדרטים, פיתוח מתמשך, אימות וקבוע כמה לא ניתן לתקן את הפוטנציאל של הדור הבא של מערכות ההפעלה נמוכה בדיוק.