NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與規(guī)劃部署分析

周余俊

（中國電信股份有限公司揚(yáng)州分公司，揚(yáng)州 225000）

近年來，隨著NB-IoT技術(shù)的興起，極大地提高了物聯(lián)網(wǎng)終端接入的數(shù)量并大大降低了終端連接的功耗，為物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模接入奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，同時也為未來5G發(fā)展提供一種可行的技術(shù)路徑。由于其適應(yīng)小流量、長連接、低功耗、廣覆蓋、高可靠、低時延等差異化場景，能夠應(yīng)用在智能系統(tǒng)、物流監(jiān)控、農(nóng)林牧魚、智慧家庭及智慧社區(qū)等領(lǐng)域，因此具有非常高的應(yīng)用價值，預(yù)計在2020年中國將實現(xiàn)百億物聯(lián)網(wǎng)連接。

1 NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)

NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下內(nèi)容，第一，NB-IoT主要采用單子載波以及多子載波的傳輸方式，單子載波中載波間隔為3.75kHz和15kHz，針對15kHz的載波間隔，定義連續(xù)子載波的數(shù)量為48個。針對3.75kHz的載波間隔，定義連續(xù)子載波的數(shù)量為12個。第二，幀結(jié)構(gòu)，NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)在實際運(yùn)行的過程中，可以使用E-Utran的幀結(jié)構(gòu)。第三，MIMO技術(shù)，該技術(shù)在NBIoT關(guān)鍵技術(shù)中，可以使用兩種模式展開，分別為單天線端口傳輸以及2天線端口開環(huán)發(fā)射，如果在上行，則只能使用單天線端口著一種MIMO技術(shù)模式。第四，半靜態(tài)鏈路的自適應(yīng)，技術(shù)在實際應(yīng)用中的目標(biāo)業(yè)務(wù)場景，多數(shù)都是小分鐘傳輸，這種方式不能保持長時間連續(xù)的信道質(zhì)量變化，因此該技術(shù)中并不存在動態(tài)鏈路自適應(yīng)方案，在實際運(yùn)行中確定了三種不同的覆蓋等級，根據(jù)相應(yīng)的覆蓋等級，確定數(shù)據(jù)信息的傳輸和編碼方式等，進(jìn)而實現(xiàn)該技術(shù)的半靜態(tài)鏈路自適應(yīng)[1]。

2 NB-IoT規(guī)劃、評估與部署

2.1 NB-IoT規(guī)劃思路

為快速搭建一個高品質(zhì)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商需要提前做好網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，主要思路原則如下：第一，托底承載NB-IoT的電信800M無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋和傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)一致（業(yè)務(wù)需求分析-鏈路預(yù)算-小區(qū)半徑-單站覆蓋面積-指定區(qū)域內(nèi)所需站點數(shù)目）。第二，在建設(shè)中為避免重復(fù)建設(shè)，充分利用運(yùn)營商現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施。第三，根據(jù)NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)的特點以及組網(wǎng)能力，制定科學(xué)合理規(guī)劃方案，保證最終容量以及成本之間的平衡關(guān)系。第四，功率規(guī)劃：基于覆蓋分析，滿足最大MCL（164dB）要求，下行速率為670b/s，功率越大邊緣速率越大，實際盡量按照大于3.2W功率配置；基于容量分析，不同的業(yè)務(wù)模型對功率需求不同，綜合考慮建議最低功率為5W-10W。

2.2 NB-IoT覆蓋評估

NB-IoT覆蓋評估，主要指的是，在相應(yīng)的區(qū)域中，根據(jù)不同的環(huán)境特征、室內(nèi)外的覆蓋程度、覆蓋概率以及傳輸方式等，確定相應(yīng)的參數(shù)，并采用鏈路預(yù)算的方式，獲得相應(yīng)的小區(qū)半徑，最終確定該區(qū)域中需要的站點數(shù)。主要分為以下流程，第一，確定邊緣速率，這一參數(shù)需要在運(yùn)營商需求的基礎(chǔ)上展開，如果需求量較大，則采用的報告模式為自主報告以及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量兩種。第二，在邊緣速率的基礎(chǔ)上，確定TBS的大小。第三，利用鏈路仿真結(jié)果，確定TBS對應(yīng)的SINR。第四，將重復(fù)次數(shù)與資源塊數(shù)量相互組合，確定二者之間的最佳組合，這種方式能夠滿足目標(biāo)SINR，同時將頻譜的效率提升到最大。第五，疊加重復(fù)次數(shù)，這種方式能夠獲得相應(yīng)的覆蓋增益，以上步驟需要在鏈路預(yù)算的基礎(chǔ)上展開。

2.3 NB-IoT容量評估

NB-IoT的容量評估：第一，需要確定用戶數(shù)量的要求，根據(jù)系統(tǒng)中的資源以及業(yè)務(wù)模式，確定能夠支持的最大用戶數(shù)量。第二，確定激活用戶數(shù)量，在一個觀察周期之內(nèi)，系統(tǒng)能夠支持的RRC有效連接數(shù)量，在此過程中，確定RRC連接以及展開數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩?。第三，確定NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)的調(diào)度能力，目前該技術(shù)中的TTI能夠調(diào)度兩個用戶，一個上行用戶、一個下行用戶，或者兩個上行用戶，但是目前不支持兩個下行用戶同時展開調(diào)度。第四，確定小區(qū)容量瓶預(yù)。通過一次業(yè)務(wù)全流程消耗、單用戶24小時發(fā)起的業(yè)務(wù)數(shù)和單小區(qū)可用的總資源，可計算得到下行容量、隨機(jī)接人容量和上行容量，取三者之間的最小值。

2.4 電信NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署方案

由于制式不同，不同運(yùn)營商的部署方案不盡相同。以電信為例，通過與CDMA基站1：1共址部署，實現(xiàn)800M網(wǎng)絡(luò)快速、低成本廣覆蓋，既解決城市區(qū)域1.8G深度覆蓋不足的問題，又為承載NB-IoT提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)條件（利用LTE 800M邊緣保護(hù)頻帶中未使用的180kHz帶寬，共信源設(shè)備和天線）。網(wǎng)絡(luò)初步搭建完成后，還需要開展各種性能測試，來確保NB-IoT網(wǎng)絡(luò)開通后運(yùn)行正常且不對電信既有的CDMA、FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾影響，例如：NB-IOT網(wǎng)絡(luò)對800M網(wǎng)絡(luò)影響測試；NB-IoT網(wǎng)絡(luò)容量與終端發(fā)包頻率的測試；NB-IoT對1X語音業(yè)務(wù)的影響測試等。

3 結(jié)束語

綜上所述，在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中，必須要有科學(xué)完善的預(yù)評估、合理規(guī)劃、可操作性強(qiáng)的部署方案，才能打造一張高品質(zhì)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。隨著后續(xù)NB-IoT的持續(xù)商用運(yùn)行，連接數(shù)量幾何級增長，如何保證NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的覆蓋水平和應(yīng)用質(zhì)量，如何建立物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)感知分析體系，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)端到端業(yè)務(wù)保障，最終實現(xiàn)障礙快速發(fā)現(xiàn)、快速定界、快速解決，將成為各個運(yùn)營商關(guān)注的重點。