基于NB-IoT数据传输的研究与应用

【摘要】：无线数据传输系统是人们信息获取的重要途径,随着通信技术的发展,无线通信技术在工业数据传输中得到了广泛的应用。但传统的数据传输系统在低功耗和远距离之间一直处于两难境地,在更远的距离和更低的功耗之间只能二取其一。本课题研究实现了基于NB-IoT的无线数据传输系统,使用当前运营商的授权频谱,发挥低功耗广域网的优势,为现有远距离通信系统提供一种低功耗的无线传输方式。本文首先介绍了课题研究的背景和NB-IoT的基本理论,然后,在对非连续接收方式研究的基础上,提出NB-IoT数据传输系统两种控制能耗的方法,分别是基于PSM和eDRX的功耗控制方法、寻呼优化方法。在硬件设计方面,采用了STMicroelectronics公司的STM32L151C8T6作为主控芯片,Quecte公司的BC95作为NB-IoT通信模块,利用模块化的思想设计外围硬件电路,完成实现了NB-IoT无线数据传输终端。在软件设计方面,NB-IoT终端开发程序采用标准C编写,通过keil uVision4开发环境完成程序的编译、下载,上位机监控软件采用Visual Basic 6.0设计实现,界面友好、使用方便,只需要输入本地端口号启动服务器,就能得到实时温度值。经过终端功耗测试,eDRX和PSM模式均可以有效的降低终端功耗,PSM模式降低功耗效果更为明显,eDRX可以大幅度提升下行通信链路的可到达性。在综合考虑功耗和时延的基础,基于PSM和eDRX的功耗控制方法更具有实际应用意义。最后将NB-IoT终端安装在STMP1000设备上,测试不同传输距离的准确传输率和时延。结果表明,在NB-IoT网络信号强度达到的情况下,不同的传输距离对准确传输率和时延基本没有影响,准确传输率和时延均达到了规定标准,成功实现了非连续数据的小批量远距离传输。这也将成为无线数据传输及工业远程控制等方面的发展趋势。