基于广电物联网运用研究探索

马利森

【摘要】物联网是新一代信息技术的高度集成和综合运用，已成为全球新一轮科技革命与产业变革的核心驱动和经济社会绿色、智能、可持续发展的关键基础与重要引擎。自2016年以来，随着世界经济的不断变化，在新技术的推动下，物联网及其应用方兴未艾，不断改变传统产业的形态和人们的生活方式，并实现了信息通信技术朝现实生产力的迈进。随之而来引起了全球化的数字经济浪潮，并衍生了一大批多样化的模式、各种各样的新产品以及先进的电子科技，如何将物联网与现有广电业务相结合已成为目前广电业务发展的重中之重。

【关键词】物联网;通信技术;LoRa技术;NB-IoT技术;MiWind技术。

中图分类号：TN92                 文献标识码：A               文章编号：1673-0348（2020）017-016-03

Abstract： The Internet of Things （IoT） is a highly integrated and integrated application of the new generation of information technology， which has become the core driver of the new round of technological revolution and industrial transformation in the world and the key foundation and important engine of green， intelligent and sustainable development of the economy and society.  Since 2016， with the changing world economy， the Internet of Things and its applications， driven by new technologies， have been changing the shape of traditional industries and people's lifestyles， and enabling information and communication technologies to move towards real productivity. This has led to a wave of global digital economy， and derived a large number of diversified models， a variety of new products and advanced electronic technology， how to combine the Internet of Things with the existing radio and television services has become the most important development of radio and television business.

Keywords： Internet of Things; Communications Technology; LoRa Technology; NB-IoT Technology;

1. 物联网发展概况

随着物联网技术的发展和完善，我国物联网产业的发展突飞猛进。产业规模从2009年的1700亿元增长至2015年超过7500亿元，终端数量超过1亿。形成了环渤海、长三角、泛珠三角以及中西部地区四大区域集聚发展的空间格局。

1.1 太原市需求分析

太原市作为山西省的省会城市，是山西政治经济文化中心。太原市有得天独厚的地理位置，山西母亲河汾河自北向南穿城而过，东、西、北三山环抱。太原自古以来为兵家必争之地，并被誉为“龙城”和“锦绣太原城”。新中国成立以来，太原就以煤炭、钢铁、化工等重工业为祖国的建设做出了突出的贡献。经过多年的改革、发展和城市建设，太原市已发展成为一个以能源工业为主体，以轻工业和装备制造业为辅的全方位发展的现代化工业城市。太原市辖6个市辖区、3个县，代管1个县级市，2个国家级开发区、2个省级开发区。全市总面积6988平方公里。人口350.18万。

1.2智慧社区将成为行业新的业绩增长点

随着社会的快速发展，在社区管理上衍生出一种全新的管理模式--智慧社区。智慧社区将最先进的信息技术（物联网、云计算、移动互联网等）智能化地集为一体来应用到社区日常运作中，为社区的老百姓们创建了一个更加现代化、智能化、绿色安全、便捷舒适的生态环境，从而呈现出一种创新型管理形态的新时代社区。智慧社区建设是加强和提高城市管理水平的基礎和重要组成部分，它可为社区提供智慧门禁、智慧安防、智慧消防、智能抄表等，还能为社区管理者掌握鳏寡孤独老人活动提供实时动态信息和资讯，也为居家养老和社区管理提供便利。

1.3 智慧农业的发展拓宽了行业的市场空间

智慧农业通过与物联网技术，实现了对农业生产过程中现场环境、气象、土壤、水质等的实时监控，同时通过物联网技术，还可对大棚、温室的温度、湿度、通风等实施远程控制。在畜牧业方面，通过对牲畜品种。健康。免疫。出生等信息的采集分析和处理，实时了解掌握牲畜生长情况，及时发现疫情和控制疫情，能够对每一头牲畜实现精准定位，同时也能实时掌握牲畜放养区草场生长情况，为牲畜的有机生态养殖提供有力的保障。

1.4 其他应用领域的不断拓展将带来新的业务需求

随着物联网技术的日趋完善和不断发展，其应用也逐步向各行各业广泛推广。比如在车联网、智慧家居、工业自动化等物联网细分领域蓬勃发展的大趋势下，细分行业也将更加丰富，为物联网企业带来新的业务机会。

2. 物联网通信技术

物联网时代的物物相连将会使百亿以上物体连入网络，这对于物联网通信技术提出了更高的要求。物联网通信技术按照传输距离的大小可分为短距离通信技术和广域网通信技术。短距离通信技术代表有Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-wave等，目前普遍应用在智慧家居、工业自动化数据采集、城市公共设施管理等，主要优点有其应用成本低、传输速率高、功耗低;缺点有传输距离较短难以实现远距离链接和抗干扰能力差。随着物联网设备对范围和传输距离的需求越来越高且不断变化，导致现有设备越来越难以满足当下需求，所以物联网技术必须不断地更新和完善来满足市场需求。

2.1  LoRa技术特点

2.1.1 LoRAWAN的优势：

LoRa是一种易于建设和部署的低功耗广域物联网技术。出现的时间比较早，相对成熟。这种技术的突出优点是在同等条件下功耗低，传输距离远，实现了低功耗和远距离的完美搭配。值得一提的是，在同等条件下，用这种技术传输的距离是传统的无线射频通信传输距离的3到5倍。

2.1.2 LoRAWAN的劣势：

监管上不满足无线电管理局的频谱使用要求，无法建设可运营的网络;安全上属于国外技术，不支持国标加密算法，安全隐患大;环境上使用非授权频谱，会有干扰，一旦产生干扰或者是需要规避，由于没有跳频机制，无法转移到其它频段，就会带来全网无法使用，损失无法计算，与其面对这样的风险，还不如不做;频谱上占用带宽高达8X200KHz=1600KHz，频谱使用效率极其低下，不符合国家频谱使用政策;功能上无法实现空间数据，比如位置、时间等的获取。没有与定位实现融合，最多是组合，这就带来了功耗和成本上的问题;性能上与MiWind-P和NB-IoT比较，在连接能力、双向通信能力、覆盖能力、频谱使用效率等有相当大的差距;产业链由于MAC层的各自为政，各个厂家并不兼容，造成有产无链。

2.2 NB-IoT技术特点

NB-IoT技术是一种3GPP标准定义的LPWAN解决方案。核心网部分基于S1接口连接，支持独立部署和升级部署方式。“NB-IoT系统相关频率使用技术要求”中没有定义700MHz的情形。只定义了800MHz、900MHz、1800MHz、2100MHz频段的NB-IoT系统。在“微功率（短距离）无线电设备的技术要求”规定700MHz的频段的779-787MHz不能用于物联网。

对于非授权NB-IoT频谱规范，政策与LoraWAN是一致的，只能使用470-510MHz频段，单频点使用，不能组网。由于不能组网，无法建设可运营的网络。对于广电来说，非授权NB-IoT没有任何意义。

2.3 MiWind技术特点

MiWind技术采用白频谱数据库，使用广电频谱资源470-790MHz，是国内唯一一家基于广电频谱的物联网通信技术，拥有自主知识产权，具有广覆盖、低功耗、精准定位、成本低廉、频谱丰富的优势。

MiWind-P：MiWind窄带物联网，采用12.5kHz的信道带宽，在广电频谱（470-790MHz）构建的通信网络，具有低数据速率、低功耗，广覆盖等特点。

MiWind-N：MiWind超窄带物联网，采用100Hz的信道带宽，在广电频谱构建的通信网络，与窄带物联网相比，其数据速率更小，但抗干扰能力增强，覆盖范围和终端连接的数量也大幅提高并且降低了运行功耗。

MiWind-W：广电频谱认知WiFi，结合了WiFi的优点，选择了广电频谱（470-790MHz）构建成无线宽带网络，采用TDD/TDMA、MU-MIMO技术等，与普通WiFi相比优势明显，其无线接入网络可以显著提高宽带用户的带宽和数据吞量，降低传输时延，大幅提高用户的宽带接入体验并且覆盖范围可达十公里左右。

MiWind导航定位技术体系：MiWind物联网导航定位技术体系由MiWind-TDOA，MiWind-BD和MiWind-RTK三部分组成，提供物联网终精确端定位服务。

MiWind-BD：北斗卫星定位技术与广电频谱物联网通信技术相结合，MiWind物联网通信系统可以作为通信系统，将物体的位置发送给需要的用户。

物联网的高速发展也给广电行业的转型和发展带来了机遇和挑战。由于物联网通信使用的带宽小于100KHz，广电就可以使用电视频道的自身资源，充分利用频道保护边带来做物联网通信，使电视频道的使用范围更加广泛。

3. Miwind技术内容

（1）物联网通信需求窄带通信只能满足物联网的60%的需求。运营商可以通过 3G/4G/5G来满足另外的一部分物联网通信的需求。

（2）窄带广电物联网通信技术指标：访问模式（FDMA+TDMA）;占用带宽（100kHz）;信道带宽：（12.5kHz）;漫游;蜂窝选择/再选择;灵活分配信道（1，4，8 个信道）;自适应速率（625bps-100kbps）;自适应发射功率控制;使用MGSK/PSK调制;使用跳频，适合白频谱场景;高灵敏度，-134dBm@625bps （10% PER）;单基站终端数量5万个。

（3）网络架构：网络架构上由终端、基站、服务器、第三方APP服务器等构成。其中服务器与第三方APP服務器及基站通过互联网相连接，实现服务端网上部署;基站与终端通过空中接口相连，用户通过互联网访问第三方APP服务器。

（4）跳频：MiWind协议栈中定义了无线资源管理层，可以实现对无线资源的管理，为MiWind物联网通信技术的调频奠定了基础。

（5）位置服务机制：MiWind的定位和授时，采用专利技术，首先解决基站的时间同步精度问题，同步精度可以达到 1ns。在帧结构设计上采用类似地面数字电视的方式，严格与日历时间同步，保证定位的精度。在定位报文的播发上，每秒钟重复一次，满足北斗地基增强报文播发的需求。

（6）频谱使用：广电物联网的特点是没有全国统一的频谱，解决这个问题的思路是，在不影响电视业务的前提之下，通过跳频广播的方法，高效使用广电频谱。在电视频谱中，各个频点之间有保护间隔，可以使用这个保护间隔来实现广电物联网通信。广电物联网通信使用的总带宽为100KHz，可以很好低放在这个保护间隔中，而不会影响电视的播出。

4. 结语

物联网的快速发展对大容量低功耗无线通信技术提出了更高的要求，专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的LPWAN（低功耗广域物联网）随机快速兴起，其中MiWind-P、LoRa、SigFox、NB-IoT是典型代表，这些目前都是最具发展前景的远距离通信技术，但MiWind体系联合国家广电作为广电网络的物联网技术标准，相信广电在转型发展和探索过程中，随着广电物联网的不断推进和国家及政府的大力支持，该技术也将更加成熟和完善。

参考文献：

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