5G物联网及NB-IoT技术详解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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江林华 著

图书标签:

• 5G
• 物联网
• NB-IoT
• 通信技术
• 无线通信
• 网络技术
• 物联网应用
• 移动通信
• 技术详解
• 嵌入式系统

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121338311

版次：01

商品编码：12337942

包装：平装

丛书名： 5G新技术丛书

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：216

正文语种：中文

内容简介

本书详细讲解了物联网相关技术，包括各类非授权频谱（私有物联网技术和3GPP主导的授权频谱）物联网技术，其中窄带物联网（NB-IoT）技术是本书的重点。第1～2章介绍移动通信技术近40年的发展历程，着重介绍ITU及3GPP组织主导的5G标准进展、应用场景、核心指标（5G KPI）要求及关键技术。第3～6章详细介绍NB-IoT基本概念、物理层原理、基本过程和数据传输模式。第7章解析NB-IoT物联网网络中常用的信令信息内容，对从事NB-IoT物联网系统及终端开发与测试以及网络维护的工程师有更大的参考意义，更方便读者查对和比较相关信令消息内容，实用性和针对性强。本书既适合移动物联网行业的测试工程师、研发工程师和NB-IoT网络运营维护人员以及第三方应用开发平台的工程师阅读，也适合从事物联网终端行业特别是NB-IoT终端模块研发和测试的工程师参考，同时可供大专院校电子与通信相关专业的师生参考阅读。

作者简介

在索尼、阿尔卡特朗讯、北电网络、摩托罗拉等多家通信设备公司供职，从事按键设计、系统测试、系统架构等多种工作。一直在3G、4G网络演进过程中从事核心产品研发，实践经验丰富，对新一代通信网络技术发展有独到见解。

目录

目 录

第1章 5G概述 1
1．1 移动通信发展史 1
1．2 5G技术演进 3
1．3 5G应用场景 5
1．4 5G核心指标 7
1．5 5G关键技术 8
1．5．1 毫米波技术 8
1．5．2 大规模天线阵列 8
1．5．3 新型调制编码技术 9
1．5．4 多载波聚合 11
1．5．5 网络切片技术 12
1．5．6 设备到设备直接通信 14
1．5．7 超密集异构网络 14
1．5．8 新型网络架构 15
第2章 物联网介绍 17
2．1 物联网的前世今生 17
2．1．1 物联网起源与发展 17
2．1．2 物联网在美国―智慧地球 18
2．1．3 物联网在中国―感知中国 18
2．2 物联网特性与应用 19
2．2．1 物联网特性 19
2．2．2 物联网应用 21
2．3 物联网技术分类 22
2．4 授权频谱物联网技术 24
2．4．1 3GPP物联网之路 24
2．4．2 NB-IoT和LTE-M 26
2．5 非授权频谱物联网技术 28
2．5．1 Sigfox 28
2．5．2 LoRaWAN 30
2．5．3 RPMA 32
2．5．4 Weightless 33
2．5．5 HaLow 34
第3章 NB-IoT概述 35
3．1 NB-IoT特点 35
3．1．1 超强覆盖 35
3．1．2 超低功耗 36
3．1．3 超低成本 36
3．1．4 超大容量 36
3．1．5 典型应用 36
3．2 NB-IoT模式 39
3．2．1 网络架构 40
3．2．2 部署模式 41
3．2．3 双工模式 43
3．3 NB-IoT频段 43
3．4 NB-IoT信道 44
3．4．1 下行信道 44
3．4．2 上行信道 45
3．5 NB-IoT覆盖 47
3．5．1 覆盖增强手段 47
3．5．2 覆盖增强等级 48
3．6 NB-IoT功耗 48
3．6．1 降低功耗机制 49
3．6．2 PSM降低功耗 49
3．6．3 eDRX降低功耗 51
3．7 NB-IoT演进增强 51
3．7．1 定位增强 51
3．7．2 多播功能 52
3．7．3 移动性增强 52
3．7．4 语音支持 52
第4章 NB-IoT物理层 53
4．1 物理层概述 53
4．2 物理信号 54
4．2．1 NPSS 54
4．2．2 NSSS 55
4．2．3 NRS 55
4．3 NPBCH 56
4．4 NPDCCH 58
4．4．1 NPDCCH搜索空间 59
4．4．2 NPDCCH盲检次数 62
4．4．3 NPDCCH格式（DCI） 64
4．4．4 NPDCCH配置 65
4．5 NPDSCH 66
4．5．1 NPDSCH时频资源 66
4．5．2 NPDSCH时域重复 66
4．6 NPRACH 67
4．6．1 NPRACH跳频 68
4．6．2 NPRACH格式 69
4．6．3 NPRACH配置 70
4．6．4 MSG3调度 72
4．7 NPUSCH 73
4．7．1 NPUSCH子载波 73
4．7．2 NPUSCH格式 75
4．7．3 NPUSCH配置 77
4．7．4 DM-RS 78
4．8 发送GAP 79
4．8．1 DL发送GAP 79
4．8．2 UL发送GAP 80
第5章 NB-IoT基本过程 81
5．1 NB-IoT移动性管理过程 81
5．1．1 小区重选简化 81
5．1．2 小区选择准则 81
5．1．3 小区测量准则 82
5．1．4 小区重选准则 82
5．2 RRC连接管理过程 83
5．2．1 NB-IoT协议栈 83
5．2．2 RRC状态变化 84
5．2．3 RRC消息列表 85
5．2．4 RRC连接建立过程 86
5．2．5 RRC连接暂停过程 88
5．2．6 RRC连接恢复过程 90
5．3 NB-IoT系统信息过程 92
5．3．1 系统信息分类 92
5．3．2 MIB-NB信息调度 93
5．3．3 SIB1-NB信息调度 93
5．3．4 SIBx-NB信息调度 95
5．3．5 SIBx-NB信息更新 96
5．4 NB-IoT随机接入过程 97
5．4．1 随机接入等级 97
5．4．2 随机接入时序 98
5．4．3 随机接入步骤 99
5．5 NB-IoT附着过程 103
5．6 NB-IoT多载波配置 105
5．6．1 NB-IoT载波类型 105
5．6．2 Anchor PRB配置 106
第6章 NB-IoT数据传输 108
6．1 数据传输概述 108
6．2 SMS数据传输过程 110
6．2．1 附着过程中单次SMS数据包传输 110
6．2．2 附着过程后多次SMS数据包传输 112
6．3 EPS控制面数据传输 113
6．3．1 EPS控制面数据传输概述 113
6．3．2 终端触发控制面数据传输过程 114
6．3．3 寻呼触发控制面数据传输过程 116
6．4 EPS用户面数据传输 117
6．4．1 传统LTE用户面数据传输过程 117
6．4．2 EPS用户面优化数据传输过程 118
6．4．3 EPS用户面优化失败回落过程 120
6．5 NB-IoT数据调度过程 121
6．5．1 下行数据调度 121
6．5．2 上行数据调度 125
6．5．3 SR、BSR和DV 131
6．5．4 链路自适应（LA） 134
6．6 NB-IoT功率管理过程 136
6．6．1 上行功率控制 136
6．6．2 功率余量报告 138
6．6．3 下行功率分配 138
第7章 NB-IoT消息解析 139
7．1 系统信息解析 139
7．1．1 MIB-NB 139
7．1．2 SIB1-NB 140
7．1．3 SIB2-NB 141
7．1．4 SIB3-NB 144
7．1．5 SIB4-NB 145
7．1．6 SIB5-NB 145
7．1．7 SIB14-NB 146
7．2 MAC层消息解析 146
7．2．1 DCI Format N0 147
7．2．2 DCI Format N1 147
7．2．3 Random Access Response 147
7．3 RRC消息解析 148
7．3．1 RRC Connection Request 148
7．3．2 RRC Connection Setup 149
7．3．3 RRC Connection Setup Complete 151
7．3．4 DL Information Transfer 151
7．3．5 UL Information Transfer 152
7．3．6 RRC Connection Release 152
7．4 S1AP消息解析 153
7．4．1 Initial UE Message 153
7．4．2 Initial Context Setup Request 154
7．4．3 Initial Context Setup Response 157
7．4．4 Downlink NAS Transport 158
7．4．5 Uplink NAS Transport 159
7．4．6 Paging 160
7．4．7 UE Context Release Command 161
7．4．8 UE Context Release Complete 162
7．5 NAS消息解析 163
7．5．1 Attach Request 163
7．5．2 Authentication Request 173
7．5．3 NAS Security Mode Command 175
7．5．4 Activate Default EPS Bearer Context Request 176
7．5．5 Detach Request 179
7．5．6 Control Plane Service Request 181
7．5．7 Data Transport 183
7．6 终端能力消息解析 187
7．6．1 UE Capability Enquiry 188
7．6．2 UE Capability Information 188
附录A 缩略语 190
附录B IETF-RFC规范 197
附录C 3GPP规范 198
附录D GSMA规范 200
参考文献 203

智能时代万物互联的基石：下一代通信技术前沿探索 引言 我们正身处一个前所未有的数字变革时代，数据洪流以前所未有的速度汹涌而来，智能终端以前所未有的密度遍布于生活的每个角落。从手腕上的智能手表到宏大的智慧城市，从工业生产线的自动化升级到偏远地区的医疗服务拓展，这一切的实现都离不开一个共同的驱动力：通信技术的飞跃式发展。而在这场波澜壮阔的技术浪潮中，下一代通信技术正扮演着至关重要的角色，它们不仅是实现“万物互联”的坚实桥梁，更是开启未来无限可能的钥匙。本书旨在深入剖析这一关键领域，为读者勾勒出下一代通信技术的发展图景，揭示其核心技术原理，并展望其在各个行业引发的深刻变革。 第一章：通信技术演进的宏观视角 回顾通信技术的发展历程，我们可以清晰地看到一条从语音到数据的指数级进化之路。从最初的模拟通信，到数字通信的兴起，再到移动通信的普及，每一次代际更迭都极大地扩展了人类沟通的边界，提升了信息传递的效率。2G的出现使得短信和初步的移动上网成为可能；3G带来了更快的移动数据传输速度，催生了移动互联网的萌芽；4G（LTE）则彻底改变了我们的生活方式，高清视频、在线游戏、云服务等都依赖于其强大的吞吐能力。 然而，随着物联网设备数量的爆炸式增长，以及对更低延迟、更高可靠性和更广连接密度的迫切需求，现有4G技术已显现出瓶颈。下一代通信技术，以其颠覆性的架构和前所未有的性能，应运而生，旨在解决这些挑战，并为未来无数创新应用奠定基础。本章将从历史的纵深感出发，梳理通信技术发展的脉络，为理解下一代技术的重要性提供宏观背景。 第二章：下一代通信技术的核心驱动力与挑战 理解下一代通信技术，必须首先探究其诞生的驱动力。物联网的崛起是其中最核心的因素。数量庞大、类型多样的传感器、执行器、智能设备需要低功耗、高密度、低成本的连接方式。例如，一个智慧城市的传感器网络，如果每个设备都采用高功耗的4G连接，将是不可持续的。此外，工业自动化对低延迟和高可靠性的严苛要求，自动驾驶对毫秒级响应的需求，以及虚拟现实/增强现实（VR/AR）对沉浸式体验的追求，都对通信系统提出了全新的挑战。 与此同时，下一代通信技术的发展也面临诸多技术挑战。频谱资源的稀缺与高效利用，如何实现海量设备的接入而不造成网络拥塞，如何保证数据的安全性和隐私性，如何降低网络部署和运营的成本，以及如何实现技术的标准化和全球化推广，都是需要攻克的难题。本章将深入剖析这些驱动因素和挑战，为后续的技术探讨奠定基础。 第三章：低功耗广域网（LPWAN）技术：连接万千设备的无限可能 在海量物联网设备连接需求日益增长的背景下，低功耗广域网（LPWAN）技术应运而生，成为连接数以亿计传感器的关键。LPWAN技术的核心在于其能够以极低的功耗、较低的数据速率，实现长距离的无线通信。这使得终端设备能够长时间运行，无需频繁充电，极大地降低了部署和维护成本。 本章将重点介绍LPWAN技术的重要代表，例如： LoRaWAN（Long Range Wide Area Network）：这是一种开放标准的LPWAN技术，以其长距离、低功耗、低成本的特性，在全球范围内得到了广泛应用。我们将探讨LoRaWAN的组网架构、通信协议、MAC层和物理层设计，以及其在智慧农业、智慧城市、环境监测等领域的典型应用案例。 Sigfox：作为一种专有的LPWAN技术，Sigfox通过其全球单一网络运营商的模式，简化了部署和管理。我们将分析Sigfox的通信方式、特点及其在特定场景下的优势。 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things）：作为由3GPP标准化的蜂窝物联网技术，NB-IoT具备与现有蜂窝网络兼容、覆盖范围广、功耗低、连接数高、安全性好等优势。我们将深入解析NB-IoT的技术原理，包括其在LTE网络中的部署方式、频谱效率、信道编码、调制解调等关键技术细节，并探讨其在智能抄表、智能物流、智慧安防等领域的广泛应用前景。 通过对这些LPWAN技术的详细阐述，读者将能全面理解它们如何满足物联网对连接性的独特需求，并为各种垂直行业的数字化转型提供强大的支撑。 第四章：面向未来的5G网络架构与关键技术 5G，作为新一代移动通信技术的集大成者，不仅是前几代移动通信技术的简单演进，更是对网络架构和技术能力的一次根本性重塑。5G将为用户带来前所未有的高速率、低延迟和海量连接能力，从而催生出全新的应用场景和商业模式。 本章将重点剖析5G网络的关键技术和架构： 超密集组网（UDN）与小蜂窝技术：为了满足日益增长的数据流量需求，5G将采用更密集的小区部署，提升网络容量和覆盖质量。我们将探讨UDN的组网策略、干扰协调和负载均衡等技术。 网络功能虚拟化（NFV）与软件定义网络（SDN）：NFV和SDN是实现5G网络灵活、可编程的关键技术。我们将解释如何通过虚拟化技术将网络功能部署在通用硬件上，以及如何通过SDN实现网络流量的集中控制和优化。 边缘计算（MEC）：将计算和存储能力部署在网络边缘，靠近用户和设备，能够显著降低延迟，提升响应速度，为实时应用提供支持。我们将探讨MEC的架构、部署模式以及其在自动驾驶、工业物联网、VR/AR等领域的应用价值。 波束赋形（Beamforming）与大规模 MIMO（Massive MIMO）：这些技术通过智能地控制天线的信号方向，提高频谱利用效率，增强信号强度，并支持更多的用户同时连接。我们将深入解析这些先进的天线技术如何提升5G网络的性能。 网络切片（Network Slicing）：5G网络能够根据不同的业务需求，将物理网络划分为多个逻辑上独立的虚拟网络，为不同的应用场景提供定制化的服务质量保障。我们将详细介绍网络切片的实现机制、关键技术和应用场景。 本章的深入探讨将帮助读者理解5G网络如何从根本上改变通信基础设施，并为未来的数字生活和产业发展奠定坚实的基础。 第五章：5G与LPWAN技术的融合应用与发展趋势 虽然5G和LPWAN技术在设计目标和技术特性上有所差异，但它们并非相互排斥，而是能够实现优势互补，共同构建一个更加丰富和智能的连接生态系统。 5G的增强型物联网（eIoT）与超可靠低延迟通信（URLLC）：5G网络自身也包含针对物联网优化的能力，如eIoT，能够提供比传统4G更好的物联网连接。而URLLC则能满足对极低延迟和高可靠性有极端要求的应用，例如工业控制和自动驾驶。 5G与NB-IoT的协同工作：在实际部署中，5G网络可以与NB-IoT等LPWAN技术协同工作。例如，NB-IoT负责连接大量的低功耗设备，而5G则为需要更高带宽、更低延迟的网关设备或数据聚合点提供支持。这种分层连接的模式能够最大化网络的效率和覆盖范围。 面向垂直行业的应用场景：我们将重点探讨5G与LPWAN技术融合后，在各个垂直行业的创新应用。例如： 智慧城市：结合5G的高速连接和NB-IoT的广覆盖，实现智能交通、智能照明、环境监测、公共安全等全面升级。 工业4.0：利用5G的低延迟和高可靠性实现工业自动化、智能制造、远程监控和预测性维护；同时，LPWAN技术可用于连接工厂内的海量传感器。 智慧医疗：5G支持远程手术、高清医疗影像传输、移动医疗监测；LPWAN则可用于连接可穿戴健康设备和家庭医疗传感器。 智慧农业：通过LPWAN连接农田的传感器进行土壤监测、灌溉控制，再结合5G进行数据分析和远程决策。 发展趋势与未来展望：本章最后将对下一代通信技术的未来发展趋势进行展望，包括6G的初步构想、人工智能与通信技术的深度融合、以及通信技术在推动可持续发展和社会进步方面的重要作用。 结语 下一代通信技术，以其革命性的能力，正在以前所未有的速度重塑着我们的世界。它们是驱动智能时代发展的关键引擎，是实现万物互联的坚实基石。本书力求以清晰、深入、全面的视角，为读者呈现这一激动人心领域的核心技术、应用潜力与未来走向。希望本书能够激发读者对通信技术创新及其广泛影响的深入思考，并为相关从业者、研究者和爱好者提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

从另一个角度来看，技术文档的价值往往体现在其前瞻性和对未来标准的预判上。目前物联网的标准仍在快速迭代中，新的安全漏洞和性能优化方案层出不穷。我希望这本书不仅是对现有技术的总结，还能对未来几年内5G和NB-IoT可能演进的方向有所洞察。例如，在更先进的切片技术（Network Slicing）如何为物联网服务提供定制化SLA保证方面，作者是否有独到的见解或模型推演？再者，随着AI能力的下沉，连接层的技术如何更好地服务于智能决策，比如如何根据实时的环境变化动态调整连接参数以适应机器学习模型的带宽需求？如果这本书能对这些尚处于探索阶段的问题有所涉猎，哪怕只是提出合理的思考框架，也足以让我感到物超所值。我不太喜欢那种“一锤子买卖”式的技术手册，而是期待能有一位富有远见的导师，通过这本书引领我看到技术演进的下一个路口。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一本技术专著而言，其配套的示例代码和实验环境的指导是检验其实用性的试金石。我通常会带着一种审慎的态度去对待书中的理论，必须通过实际操作来验证其有效性。我特别期待这本书中是否包含了基于主流开发板或模组的实际配置指南，特别是关于如何从零开始搭建一个包含终端、接入网关和云平台的最小可行性物联网（MVP）系统。如果作者能够提供一些关键API的调用示例，并解释这些API背后的网络行为差异，那么这本书的实操价值将大大提升。很多时候，理论上的“完美”与实际部署中的“泥泞”之间存在巨大鸿沟，那些关于调试工具的使用、常见错误码的解析以及性能调优的“小窍门”，往往是实践者最宝贵的财富。这本书如果能把这些隐藏在工程实践中的“内功心法”传授出来，那它就不仅仅是一本技术书籍，更像是一份珍贵的“工程经验备忘录”。

评分☆☆☆☆☆

翻开目录，我注意到章节的划分似乎很有逻辑性，不是简单地罗列技术名词，而是遵循了一个从宏观到微观的递进过程。我个人一直对协议栈的底层实现特别感兴趣，尤其是数据包的封装、传输机制以及如何保证在极端网络条件下的可靠性。如果这本书能够深入到MAC层或物理层的一些关键技术细节，比如时隙分配、功耗控制算法的数学模型解析，那就太棒了。此外，在当前的工业互联网浪潮中，如何确保海量设备的数据流能够实时、准确地传输到云端进行分析，是决定项目成败的关键。我非常关注作者是否提供了一些关于边缘计算（Edge Computing）如何与这些连接技术协同工作的实战经验。毕竟，单纯依赖核心网处理所有数据流是不现实的。这本书如果能在网络侧的优化和应用侧的快速响应之间架起一座坚实的桥梁，那么它就超越了一般的入门或参考书的范畴，成为一本真正具有指导意义的工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很有科技感，那种深邃的蓝色背景配上简洁的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。我个人对那些热门的前沿技术一直抱有浓厚的兴趣，尤其是涉及到“万物互联”这个宏大愿景的领域。每次翻阅市面上关于物联网的资料，总感觉有些概念停留在理论层面，或者讲解得过于浅显，无法满足我深入探究的欲望。这本书的标题虽然直接点出了两个核心技术，但它散发出的那种“硬核”气质，让我觉得它或许能提供更扎实的理论基础和更细致的实践指导。我尤其期待它能在系统架构设计、协议栈的底层原理，以及不同应用场景下的优化策略等方面有独到的见解。毕竟，要在复杂多变的物联网环境中实现稳定、高效的连接和数据处理，绝不是一朝一夕之功，需要对技术的“来龙去脉”有深刻的理解。我希望这本书能成为我手中那把解开技术迷雾的钥匙，而不是又一本徒有其表的“概念堆砌册”。从书名就能感受到作者在技术深度上的追求，这对于我们这些渴望从使用者升级到架构师的读者来说，无疑是极大的吸引力。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书后，我最直观的感受是它的装帧质量相当不错，纸张的质地也适合长时间阅读，这对于技术书籍来说非常重要，毕竟需要反复查阅和思考。内容上，我非常好奇作者是如何平衡5G的广域高速连接能力和NB-IoT的低功耗广覆盖特性之间的关系。通常来说，这类书籍会分别介绍两者，但真正的挑战在于如何在实际项目中将它们有机结合，实现资源的最优配置。我希望能看到一些关于异构网络融合的案例分析，比如在智能电网或智慧城市这种需要不同级别连接密度的场景下，如何巧妙地调度资源，避免不必要的带宽浪费或延迟增加。更进一步说，这本书如果能探讨一下在安全边界模糊化的物联网生态中，这些连接技术在加密、认证和数据完整性保障方面的最新进展，那将是极大的加分项。很多技术书籍往往在介绍完标准定义后就戛然而止，而我更需要的是那些“在现实世界中跑起来”的经验和教训，那些关于性能瓶颈和实际部署难点的真知灼见。