近几年LPWAN发展迅速，目前已经在全球范围内形成了多个技术阵营。较受关注的有采用授权频谱的NB-IoT以及采用非授权频谱的LoRa、Sigfox等。

1.2论文结构

本文的结构如下：

第1章简单的介绍了低功耗物联网的概况，由此引出NB-IoT、LoRa、Sigfox这些LPWAN技术。

第2章介绍了采用非授权频谱的LoRa、Sigfox的技术概况及关键技术，并进行总结。第3章对LoRa的Chirp扩频技术进行仿真，并讨论其抗噪声性能。

第4章介绍了采用授权频谱的NB-IoT的技术概况、传输方案、部署方式、物理层设计、

HARQ操作，并通过与LTE作对比来对NB-IoT进行性能分析。

第5章对NB-IoT中NPSS信号的设计与检测进行了理论仿真，讨论频偏和噪声对检测的影响并给出解决方法。

第6章对论文进行总结。

2 采用非授权频谱的LPWAN接入技术

2.1 Sigfox

2.1.1 技术概况

Sigfox公司创建于2009年，成立初期即推出了工作在Sub-GHz非授权频段的LPWA技术，旨在构建低成本、低功耗的物联网专用网络。它被法国政府认为是该国IoT领域里面最大的一张公司名片。Sigfox主要通过与其商业伙伴合作建立IoT商用网络，其建网模式包括自建网络、与合作伙伴（包括运营商）合作建网。

Sigfox在空旷地带的覆盖范围可达30~50km，在市内也有3~10km的覆盖范围，因此用很少的基站便可对一个区域实现网络覆盖。例如，Sigfox仅仅用了1500个基站就对法国实现了全覆盖，这从根本上降低了网络的运营成本。

Sigfox从物联网的实际需求出发，从数据包格式、系统带宽、网络拓扑等方面都进行限制和简化，以最大程度降低功耗、延长传输距离、扩充网络容量。

2.1.2 关键技术

Sigfox终端设备使用二进制相移键控（BPSK）调制连接到这些基站。在物理层，采用超窄带（UNB）调制方式，有效利用带宽、频谱效率高、占用的信道资源非常少。这使得Sigfox的接收灵敏度高、功耗超低、网络部署更加灵活。这些优点是以Sigfox的最大吞吐量只有100bps为代价实现的。

Sigfox工作在868MHz（欧洲）和902MHz（美国）的非授权频段[3]，消耗很窄的带宽和很小的功耗，子信道带宽为100Hz（欧洲）和600Hz（美国）。

通过上行链路的消息最长是12个字节，一个节点每天最多传送的消息数量为140条。所以Sigfox只面向物联网应用中的短信息类业务，不仅可以满足类似湿度、温度、位置等简单信息的传输需求，也限定了单个节点对信道资源的占用时间，使网络可以服务更多的节点。在传送12字节消息的时候，封包大小仅为26字节[5]，比其他通信协议小（如图1.1所示）。因此，由于超窄带宽和短消息的特点，Sigfox在远距离传输上优势较突出。