NB—IoT在800M頻段的覆蓋能力研究

陶冶 霍勵 郭云領(lǐng)

摘要：本文主要講述了NB-IoT的技術(shù)特點，通過鏈路預算，對其在800M頻段的覆蓋能力進行研究，并通過預測仿真和實際測試進行驗證，結(jié)果可以作為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：NB-IoT；800M；覆蓋能力

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）06-0026-02

1 引言

隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，可穿戴設(shè)備、智能燈桿、智能抄表等新興業(yè)務(wù)的興起，智慧城市、無人駕駛、無人超市等技術(shù)的推廣，萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時代正加速到來。在對連接的要求方面，物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)有著很大不同，而NB-IoT因具備超強覆蓋、超低功耗、超大容量、超低成本等優(yōu)勢，得到越來越多的關(guān)注。2017年國內(nèi)三大運營商都選擇將NB-IoT商用，競爭進入到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。在人與人之間的通信相對飽和的市場環(huán)境下，三大運營商都將物聯(lián)網(wǎng)視為企業(yè)的重要增長點。

2 NB-IoT技術(shù)特點

（1）從技術(shù)演進來說，NB-IoT屬于4.5G，其協(xié)議是以FDD-LTE為基礎(chǔ)的，但物理層做了重大修改。（2）從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，NB-IoT與LTE一樣，沒有控制器，直接與核心網(wǎng)連接。（3）NB-IoT的系統(tǒng)帶寬是200kHz，其中可用帶寬180kHz，兩側(cè)各10kHz的保護間隔。支持單子載波（Single-tone）和多子載波（Multi-tone）模式，上行15KHz間隔子載波可以多個載波捆綁在一起工作，稱為Multi-tone，也可以按單個子載波工作，即Single tone；上行3.75KHz間隔子載波不支持多個捆綁，只支持Single tone。（4）NB-IoT通過一系列端到端流程優(yōu)化和空口協(xié)議優(yōu)化來降低功耗。通過窄帶功率譜密度提升，空口與全流程協(xié)議優(yōu)化等手段提供海量終端的接入能力。通過新的物理層方案，空口協(xié)議，硬件資源優(yōu)化，將芯片成本降低。（5）NB-IoT的承載有兩種模式，一種是承載在控制面（CP），類似于短信；一種是承載在用戶面（UP）。（6）和LTE相比，NB-IoT業(yè)務(wù)具有兩個明顯特點：1）終端數(shù)量遠大于LTE終端數(shù)量；2）NB-IoT用戶面數(shù)據(jù)總流量遠小于LTE用戶面數(shù)據(jù)總流量，但業(yè)務(wù)模型特點決定控制面的建立和釋放次數(shù)遠高于LTE。（7）NB-IoT有四個優(yōu)勢：1）超大連接，NB-IoT一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；2）超強覆蓋，將提供改進的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB，覆蓋面積擴大100倍；3）超低能耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；4）超低成本，單個接連模塊不超過5美元，使其成為運營商進入LPWA市場的第一技術(shù)選擇。

3 NB-IoT的覆蓋能力

通過以下5個過程進行NB-IoT的覆蓋能力研究。

3.1 頻譜情況

載波頻寬：下行載頻的中心頻點為879.6MHz，上行載頻的中心頻點為834.6MHz。

3.2 覆蓋能力

與LTE一樣，NB-IoT為上行覆蓋受限系統(tǒng)，根據(jù)上行鏈路預算，可以得到NB-IoT在0.2 kbps速率的情況下比CDMA 1X多15dB的增益，比CDMA DO多22dB的增益[1]。NB-IoT在0.2kbps速率的情況下比FDD LTE多28dB的增益。這28dB增益主要來自兩方面：功率譜密度的增強以及更多的重傳次數(shù)[2]。表1為NB-IOT在不同場景下，大致覆蓋能力及站間距。

3.3 NB-IoT業(yè)務(wù)需求

不同物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，需求位置不同，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求不同，水電氣表由于均存在安裝部署室內(nèi)（地下、樓梯間或室內(nèi)櫥柜等）的場景，有深度覆蓋要求，MCL要求164dB；智慧燈桿，典型部署在街邊，只有室外覆蓋要求，MCL要求144dB。3GPP協(xié)議對NB-IoT的速率要求是大于160bps，考慮實際業(yè)務(wù)需求邊緣速率要求可能會達到200～400bps。

3.4 覆蓋仿真

從圖1可以看出仿真區(qū)域西北角為高層建筑區(qū)域，東北側(cè)為學校，東南側(cè)為多層住宅區(qū)及學校，西南側(cè)為廠區(qū)，該區(qū)域為典型城市區(qū)域。圖1覆蓋效果圖中可以得到800M頻段，室外覆蓋良好，最遠超過仿真區(qū)域的1.7公里，RSRP=-104dBm，滿足覆蓋需求。對于高層區(qū)域超過300米左右已經(jīng)開始RSRP<-120dBm，不能滿足室內(nèi)覆蓋需求。

3.5 實際測試NB-IoT覆蓋能力測試

（1）室外：最遠穩(wěn)定接入電平-117dBm，SINR：-3，接入成功率100%；接入點電平為-122dBm，SINR為-5.8，接入成功率50%。（2）室內(nèi)：包含高、中、低樓層及地下室、弱電井等場景，其中覆蓋較差區(qū)域地下室接入電平-115dBm，能夠正常進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4 結(jié)語

本文從物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展說起，到NB-IoT的興起，再到NB-IoT的關(guān)鍵技術(shù)。然后根據(jù)NB-IoT的技術(shù)特點，通過鏈路預算，對其在800M頻段的覆蓋能力進行研究，給出了允許的最大路徑損耗以及參考站間距，并通過預測仿真和實際測試進行驗證，為后期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考。

參考文獻

[1]盧斌.NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強技術(shù)探討[J].移動通信，2016，（19）：55-59.

[2]程日濤，鄧安達，孟繁麗，等.NB-IoT規(guī)劃目標及規(guī)劃思路初探[J].電信科學，2016，（Z1）：137-143.

Abstract：This paper mainly describes the technical features of NB-IoT. Through the link budget， it studies the coverage ability of the 800M band， and validates it through prediction simulation and actual testing. The results can be used as a reference for the construction of NB-IoT network.

Key words：NB-IoT； 800M； coverage ability