论文题目：典型NB-IoT设备的功耗和覆盖性能测试与分析
摘要：物联网作为现代信息化社会建设的基础,发展的如火如荼,而在各种垂直行业应用中,低功耗广域网的设备占比达到60%以上,在此环境下基于蜂窝网络的NB-IoT（Narrow Band Internet of Things,窄带物联网）通信技术应运而生。当前NB-IoT设备数量巨大,数以亿计,很多设备工作在恶劣环境下,使NB-IoT网络覆盖效果受到严峻的挑战,且绝大部分这些设备依靠电池进行供电,对电池频繁充电或者更换是巨大的经济成本。本文针对于典型的固定上报场景的NB-IoT设备,进行实际工作的功耗特性和无线覆盖情况的测试和分析,建立了平均功耗模型,分析了设备的功耗特性,给出了功耗优化建议,对无线信号覆盖深度不能保证的问题提出了D2D（Device to Device,设备对设备）组网形式的解决方案,实现了NB-IoT的扩展覆盖。本文的主要工作内容包括:首先对典型的固定上报场景NB-IoT设备进行了总体设计,其中包括功能流程设计、低功耗要求提出、硬件设计、端到端开发等环节,搭建了硬件电路,进行了STM32和华为Ocean Connect平台的程序开发,最终实现了设备和云端收发数据。然后基于自行搭建的NB-IoT设备,进行功耗建模和测试,根据其工作状态的电流图建立了对应的三段功耗模型,并自行搭建了电源管理单元验证了该模型的准确性,运用该模型分析了设备的功耗特性,给出了功耗优化建议。最后对NB-IoT设备的无线覆盖情况进行测试和分析,选取了南京航空航天大学校园及周边环境中的典型场景,测试了NB-IoT信号质量和通信成功率,发现NB-IoT整体覆盖效果良好,但是室内地下层场景覆盖无法保证。针对NB-IoT网络出现的室内覆盖深度不能保证的问题提出了D2D组网形式的解决方案,然后对D2D组网进行了设计和验证,实现了NB-IoT的扩展覆盖。
关键词：NB-IoT;低功耗;STM32;功耗模型;无线覆盖;D2D
学科专业：测试计量技术及仪器
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 NB-IoT概述
1.2.1 NB-IoT发展历程
1.2.2 NB-IoT技术特征
1.3 国内外研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第二章 典型NB-IoT设备的设计与开发
2.1 引言
2.2 功能流程设计
2.3 低功耗设计要求
2.4 硬件电路设计
2.4.1 主控模块设计
2.4.2 供电控制模块设计
2.4.3 通信模块设计
2.4.4 串口模块设计
2.4.5 温湿度传感器
2.5 NB-IoT设备的端到端开发
2.5.1 开发软件
2.5.2 程序设计
2.5.3 华为Ocean Connect平台
2.6 本章小结
第三章 典型NB-IoT设备的功耗建模和测试
3.1 引言
3.2 NB-IoT设备的功耗模型
3.3 功耗测试平台及测试原理
3.3.1 搭建功耗测试平台
3.3.2 测试原理及过程
3.4 功耗模型的验证和分析
3.4.1 功耗模型的验证
3.4.2 功耗模型分析
3.4.3 设备电池寿命计算及建议
3.5 本章小结
第四章 典型NB-IoT设备的无线通信质量覆盖测试与分析
4.1 引言
4.2 无线信号的传播特性及覆盖模型
4.2.1 无线信号的传播特性
4.2.2 无线信号覆盖模型
4.3 NB-IoT无线通信覆盖测试
4.3.1 NB-IoT覆盖场景验证
4.3.2 NB-IoT信号质量测试
4.4 NB-IoT无线信号测试结果分析与讨论
4.5 本章小结
第五章 D2D组网以实现扩展覆盖
5.1 引言
5.2 D2D技术选择
5.3 室内深度覆盖测试
5.4 D2D组网
5.4.1 功能需求
5.4.2 组网形式选择
5.4.3 通信设计
5.4.4 系统实现
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
致谢