基于創(chuàng)新MR技術(shù)的NB-IoT覆蓋評(píng)估新體系

王文哲，解 觶，郭 宇，蔡 凱（中國(guó)聯(lián)通北京分公司，北京100038）

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是全球?qū)崿F(xiàn)海量連接、萬(wàn)物互聯(lián)的主要技術(shù)手段，已成為萬(wàn)物互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分。自2016年6月窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，NB-IoT迅速成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，這一基于蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)具有低成本、低功耗、大連接、覆蓋廣等優(yōu)勢(shì)，在智能抄表、智能停車、智慧城市等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)白熱化的角逐中，運(yùn)營(yíng)商如果要分得更多的蛋糕，就要切中網(wǎng)絡(luò)覆蓋的“痛點(diǎn)”，挖掘盡可能多的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋劣勢(shì)，制定差異化的建優(yōu)策略，這對(duì)推動(dòng)市場(chǎng)用戶對(duì)NBIoT網(wǎng)絡(luò)的初始和持續(xù)黏性也將是至關(guān)重要的。因此，如何創(chuàng)新地高效、全方位評(píng)估NB-IoT現(xiàn)網(wǎng)覆蓋性能已非常重要，且NB-IoT網(wǎng)絡(luò)初期組網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)形成，探究新的覆蓋評(píng)估方法對(duì)中后期建設(shè)中如何快速精準(zhǔn)高效投放建設(shè)資源具有重要意義。

NB-IoT可直接“疊加”部署于GSM、UMTS或LTE網(wǎng)絡(luò)，伴隨NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和優(yōu)化，城區(qū)街道、路網(wǎng)的覆蓋已經(jīng)達(dá)到了較好的水平，可為用戶在戶外提供較好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。但高層建筑密集的城區(qū)室內(nèi)場(chǎng)景，存在較多的弱覆蓋點(diǎn)甚至是覆蓋盲點(diǎn)，傳統(tǒng)路測(cè)方法已無(wú)法聚焦此類深度覆蓋區(qū)域。

現(xiàn)有的NB-IoT網(wǎng)路覆蓋評(píng)估方法主要有基于HATA、SPM等傳播模型的仿真覆蓋評(píng)估方法以及通過(guò)路測(cè)方法評(píng)估覆蓋。

其中仿真覆蓋評(píng)估方法過(guò)于依賴于模型參數(shù)準(zhǔn)確性，難以快速迭代以貼近實(shí)際反映真實(shí)環(huán)境覆蓋。而通過(guò)空閑態(tài)小區(qū)重選路測(cè)方法，受限于路測(cè)只能遍歷主干道區(qū)域覆蓋情況，對(duì)于典型的NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，如室內(nèi)、地下停車場(chǎng)等深度覆蓋區(qū)域，道路測(cè)試評(píng)估覆蓋困難。同時(shí)大規(guī)模全面測(cè)試NB-IoT基站的精準(zhǔn)覆蓋范圍耗時(shí)耗力且無(wú)法周期性進(jìn)行。

此外，NB-IoT現(xiàn)有技術(shù)還面臨以下缺點(diǎn)：NB-IoT在現(xiàn)有LTE技術(shù)上做了極大簡(jiǎn)化，無(wú)移動(dòng)性管理，不支持切換，僅支持重選；“164 dB MCL（路徑損耗）、相較于GPRS有20 dB覆蓋增益”是NB-IoT網(wǎng)絡(luò)最大技術(shù)特點(diǎn)，但為節(jié)省終端功耗，NB-IoT技術(shù)不支持測(cè)量上報(bào)MR，因此缺乏直觀的全方位的終端自動(dòng)打點(diǎn)來(lái)評(píng)估NB-IoT覆蓋的方法。

針對(duì)以上技術(shù)缺點(diǎn)，根據(jù)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與UMTS網(wǎng)絡(luò)混模覆蓋的部署特點(diǎn)，提出了利用與NB-IoT完全共址共天饋的UMTS MR大數(shù)據(jù)來(lái)間接透視NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力的差異化方法。該方法彌補(bǔ)了路測(cè)評(píng)估覆蓋不全面的漏洞，克服了仿真評(píng)估方法過(guò)度依賴模型參數(shù)訓(xùn)練且脫離實(shí)際環(huán)境、無(wú)法快速迭代的瓶頸，突破了NB-IoT不支持MR的技術(shù)壁壘。

2 實(shí)現(xiàn)方案

2.1 利用U900 MR評(píng)估N900覆蓋原理

現(xiàn)網(wǎng)N900站點(diǎn)與U900共RRU，采用射頻混模方式組網(wǎng)，兩者使用頻段相同，用共站U900 MR評(píng)估N900覆蓋，由于兩者不同的應(yīng)用場(chǎng)景、不同的制式、不同的終端類型等，終端移動(dòng)性不同，評(píng)估時(shí)需要考慮傳播損耗模型，并接受場(chǎng)強(qiáng)模型中的各項(xiàng)影響因素。

電磁波自由空間傳播路徑損耗模型：

式中：

Los——傳播損耗（dB）

d——距離（km）

f——工作頻率（MHz）

當(dāng)f=900 MHz時(shí)，Los=91.48+20lg d（km）。

接收?qǐng)鰪?qiáng)模型：

式中：

RSS——接收信號(hào)強(qiáng)度

Pt——發(fā)射功率

Gr——接收天線增益

Gt——發(fā)射天線增益

Lc——電纜和纜頭的衰耗

Los——自由空間損耗

分析可知：

a）N900和U900同頻段、相同路徑損耗。實(shí)際路徑損耗受大氣、遮擋、穿透損耗等因素影響，可認(rèn)為兩者等同。

b）N900和U900參考信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)配置不同發(fā)射功率影響接受場(chǎng)強(qiáng)（現(xiàn)網(wǎng)U900導(dǎo)頻功率配置為33 dBm=2 W，寬帶系統(tǒng)，導(dǎo)頻功率為全頻段；N900 NCRS功率配置為32.2 dBm=1.66 W，窄帶系統(tǒng)，每個(gè)RE符號(hào)的功率）。

c）終端接收靈敏度跟芯片、接收天線增益、天線封裝方式等相關(guān)。

最終可認(rèn)為：接收功率=發(fā)射功率-路損。

圖1給出了U900 MR評(píng)估NB-IoT覆蓋原理。

圖1 U900 MR評(píng)估NB-IoT覆蓋原理

對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)UN900共用一套天饋系統(tǒng)，且頻段相同，耦合損耗相同。因此對(duì)于同一個(gè)位置點(diǎn)：

RSRP=RSCP+（RS POWER-PCPICH POWER）

所以可通過(guò)U900 MR得到U900真實(shí)RSCP覆蓋，以此覆蓋情況評(píng)估N900實(shí)際覆蓋情況。若U900 PCPICH功率與N900 RS功率一致，在同一地點(diǎn)分別測(cè)試U900 RSCP和N900 RSRP可以得到UMTS和NBIoT終端信號(hào)接收能力差異，在最終N900柵格覆蓋預(yù)測(cè)中需要加上該差值。

2.2 U900 MR評(píng)估N900覆蓋具體實(shí)現(xiàn)方法

a）通過(guò)CQT或DT方法獲取大量同一位置U900實(shí)際電平和N900實(shí)際電平，得到UN900實(shí)測(cè)RSRP覆蓋規(guī)律性差異。通過(guò)大量CQT測(cè)試得到U900柵格MR覆蓋與U900真實(shí)覆蓋電平的差異偏滯。

b）利用現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)管平臺(tái)采集的U900 MR覆蓋數(shù)據(jù)疊加前一步2個(gè)差異偏滯進(jìn)行修正，最終得到N900的實(shí)際柵格覆蓋預(yù)測(cè)。

c）通過(guò)CQT及路測(cè)對(duì)N900覆蓋預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

2.3 基于多維MR數(shù)據(jù)的NB-IoT精準(zhǔn)規(guī)劃策略

輔以異網(wǎng)測(cè)量技術(shù)收集友商4G MR數(shù)據(jù)，聚合N900覆蓋預(yù)測(cè)MR數(shù)據(jù)與本網(wǎng)、其他運(yùn)營(yíng)商4G MR數(shù)據(jù)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)高價(jià)值區(qū)域，進(jìn)行NB-IoT建設(shè)資源精準(zhǔn)規(guī)劃。

2.3.1 異網(wǎng)測(cè)量技術(shù)

在運(yùn)營(yíng)商A的基站上添加運(yùn)營(yíng)商B的頻點(diǎn)信息，并開(kāi)啟周期性異頻測(cè)量，手機(jī)就會(huì)遵循測(cè)量控制消息上報(bào)測(cè)量報(bào)告。依靠用戶終端上報(bào)運(yùn)營(yíng)商A的周期同頻MR及運(yùn)營(yíng)商B的周期異頻MR數(shù)據(jù)，解析最終可得到采樣點(diǎn)數(shù)量及友商LTE覆蓋情況。

2.3.2 NB-IoT精準(zhǔn)規(guī)劃流程

根據(jù)每個(gè)小區(qū)4G采樣點(diǎn)數(shù)量n判斷覆蓋優(yōu)先級(jí)，考慮采樣點(diǎn)數(shù)量多少的同時(shí)考慮小區(qū)內(nèi)現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況，參考小區(qū)平均RSRP指標(biāo)，小于-110 dBm的小區(qū)定義為弱覆蓋小區(qū)，弱覆蓋嚴(yán)重的小區(qū)需優(yōu)先覆蓋。根據(jù)MR數(shù)據(jù)中本運(yùn)營(yíng)商覆蓋比例和異運(yùn)營(yíng)商覆蓋比例，篩選弱于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小區(qū)優(yōu)先進(jìn)行NB-IoT覆蓋。其中弱于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手判斷標(biāo)準(zhǔn)為：本運(yùn)營(yíng)商MR覆蓋率低于80%，異運(yùn)營(yíng)商MR覆蓋率高于80%；或本運(yùn)營(yíng)商MR覆蓋率高于80%，異運(yùn)營(yíng)商MR覆蓋率高出本運(yùn)營(yíng)商5%。

最終再結(jié)合U900 MR評(píng)估得到的N900覆蓋對(duì)物聯(lián)網(wǎng)高價(jià)值運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行精細(xì)化選址（見(jiàn)圖2）。

3 實(shí)踐中取得的效果

3.1 N900覆蓋評(píng)估成果

圖2 NB-IoT精準(zhǔn)規(guī)劃流程

按照U900 MR評(píng)估N900覆蓋三部曲方法選取西小口區(qū)域12個(gè)U900和N900站點(diǎn)1∶1覆蓋區(qū)域進(jìn)行NB-IoT覆蓋評(píng)估（本次小規(guī)模覆蓋評(píng)估用于分析該評(píng)估方法可行性，暫不考慮U900 MR與U900實(shí)際覆蓋間的恒定差異偏滯。只考慮U900實(shí)際覆蓋和N900實(shí)際覆蓋差異偏滯）。

第1步，尋找UN900實(shí)際覆蓋電平規(guī)律差異。通過(guò)CQT定點(diǎn)測(cè)試對(duì)比N900和U900相同位置電平值，共計(jì)45個(gè)點(diǎn)（36個(gè)室外采樣點(diǎn)+9個(gè)室內(nèi)采樣點(diǎn)）；定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果顯示U900室外電平較N900室外電平值平均高4 dB；U900室內(nèi)電平較N900室內(nèi)電平值平均高3.85 dB；總體顯示U900實(shí)際電平比N900高約4 dB。N900 RSRP與U900 RSCP基本成線性相關(guān)關(guān)系。

通過(guò)DT測(cè)試進(jìn)一步校準(zhǔn)U900與N900 CQT 4 dB規(guī)律性差異合理性，DT測(cè)試結(jié)果均顯示U900電平平均值比N900高約4.43 dB。

因此，U900實(shí)際覆蓋電平要高于N900實(shí)際覆蓋約4 dB。

第2步，利用U900周期MR數(shù)據(jù)疊加-4 dB差異得到N900 MR覆蓋預(yù)測(cè)。西小口區(qū)域N900 MR柵格RSRP均值大于-110 dBm占比為98.78%。

據(jù)現(xiàn)網(wǎng)大量NB-IoT路測(cè)覆蓋指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，N900室外覆蓋電平均值均在-110 dBm以上，也可按“柵格內(nèi)采樣點(diǎn)RSRP＜-110 dBm的比例”＜10%為良好柵格，10%≤“柵格內(nèi)采樣點(diǎn)RSRP＜-110 dBm的比例”＜30%為不良柵格，“柵格內(nèi)采樣點(diǎn)RSRP＜-110 dBm的比例”≥30%為差柵格這種標(biāo)準(zhǔn)輸出評(píng)估區(qū)域N900 MR良好柵格比例情況。

西小口評(píng)估區(qū)域N900良好柵格占98.37%，不良柵格占1.19%，差柵格占0.44%。整體覆蓋較好。

第3步，對(duì)西小口區(qū)域N900 MR覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證。選擇西小口區(qū)域室外道路及居民區(qū)不同覆蓋程度柵格MR（好點(diǎn)、中點(diǎn)、差點(diǎn)）按柵格經(jīng)緯度進(jìn)行N900 MR與實(shí)測(cè)對(duì)比。

N900預(yù)測(cè)覆蓋平均為-86.62 dBm，N900實(shí)測(cè)平均為-64.9 dBm，N900預(yù)測(cè)覆蓋與N900實(shí)測(cè)值絕對(duì)差異較大（由于未考慮U900 MR與U900實(shí)際覆蓋恒定差異偏滯），平均約為-22 dB，但N900預(yù)測(cè)覆蓋值好中差趨勢(shì)與N900實(shí)測(cè)趨勢(shì)基本一致。N900預(yù)測(cè)覆蓋結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果呈正相關(guān)性，驗(yàn)證了利用U900 MR得到的N900覆蓋預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.2 五環(huán)內(nèi)N900覆蓋評(píng)估成果

評(píng)估方法與第2.1節(jié)中完全相同，但本次評(píng)估考慮了U900 MR覆蓋與U900實(shí)際覆蓋指標(biāo)間的差異偏滯（見(jiàn)表1）。

表1 U900 MR覆蓋指標(biāo)與U900實(shí)測(cè)指標(biāo)差異（單位：dBm）

按好中差覆蓋，選擇多于20個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行CQT測(cè)試（只呈現(xiàn)20個(gè)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比），由大量U900實(shí)測(cè)跟U900的MR柵格覆蓋之間差值，可知兩者平均差值約15 dB。

由現(xiàn)網(wǎng)U900 MR覆蓋數(shù)據(jù)疊加U900 MR與U900實(shí)測(cè)15 dB差異偏滯及U900實(shí)測(cè)與N900實(shí)測(cè)4 dB差異偏滯后，可得五環(huán)內(nèi)NB-IoT覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3和圖4所示。華為區(qū)域五環(huán)內(nèi)共計(jì)開(kāi)通N900站點(diǎn)462個(gè)，開(kāi)通U900站點(diǎn)780個(gè)；只采用與N900共站的U900 MR數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。華為區(qū)域五環(huán)內(nèi)N900覆蓋預(yù)測(cè)RSRP柵格均值大于-110 dBm比例為100%。愛(ài)立信區(qū)域五環(huán)內(nèi)共計(jì)開(kāi)通N900站點(diǎn)336個(gè)，開(kāi)通U900站點(diǎn)586個(gè)；愛(ài)立信區(qū)域五環(huán)內(nèi)N900覆蓋預(yù)測(cè)RSRP柵格均值大于-110dBm比例為99.99%。

圖3 華為區(qū)域五環(huán)內(nèi)NB-IoT覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果

圖4 愛(ài)立信區(qū)域五環(huán)內(nèi)N900覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果圖

3.3 LTE MR大數(shù)據(jù)使能NB-IoT覆蓋精準(zhǔn)規(guī)劃成果

對(duì)金融街區(qū)域NB-IoT覆蓋情況進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示該區(qū)域N900整體柵格RSRP均值大于-110 dBm占比為97.92%。從室外評(píng)估結(jié)果看兒童醫(yī)院區(qū)域N900覆蓋較弱（見(jiàn)圖5）。

結(jié)合金融街區(qū)域本網(wǎng)及其他運(yùn)營(yíng)商4G MR采樣點(diǎn)及覆蓋情況與該區(qū)域N900覆蓋評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。重點(diǎn)關(guān)注兒童醫(yī)院區(qū)域，該區(qū)域4G室內(nèi)用戶數(shù)（TM?SI）有36 583個(gè)，且本網(wǎng)4G覆蓋差于中國(guó)移動(dòng)4G覆蓋，該區(qū)域?qū)儆谶\(yùn)營(yíng)高價(jià)值區(qū)域，兒童醫(yī)院區(qū)域NBIoT覆蓋較弱，建議在該區(qū)域新增建設(shè)N900站點(diǎn)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)覆蓋（見(jiàn)圖6）。

圖5 金融街區(qū)域NB-IoT覆蓋評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果

圖6 金融街區(qū)域本網(wǎng)及友商4G覆蓋

4 NB-IoT連續(xù)覆蓋缺站評(píng)估

4.1 NB-IoT邊緣感知測(cè)試

居民樓、地下停車場(chǎng)、商場(chǎng)、寫字樓4個(gè)不同應(yīng)用場(chǎng)景，NB同一小區(qū)室內(nèi)外損耗約為30 dB。

普通場(chǎng)景邊緣極限覆蓋門限為-115 dBm。上行底噪從-124 dBm抬升至-97 dBm，最低業(yè)務(wù)（2 kbit/s）覆蓋門限也隨之從-115 dBm抬升為-95 dBm。

不同底噪水平下，全網(wǎng)加權(quán)平均極限覆蓋門限為-105.21 dBm。

具體見(jiàn)圖7。

4.2 U900 MR預(yù)測(cè)N900深度覆蓋結(jié)果（五環(huán)內(nèi)）

華為區(qū)域MR柵格占五環(huán)區(qū)域面積的86.41%?？紤]損耗情況后，N900的RSRP大于-105 dBm柵格比例占52.53%，深度覆蓋不足。

愛(ài)立信區(qū)域MR柵格占五環(huán)區(qū)域面積的96.2%?？紤]損耗情況后，N900的RSRP大于-105 dBm柵格比例占41.81%，存在一定的深度覆蓋不足風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 重選DT路測(cè)結(jié)果

華為區(qū)域五環(huán)內(nèi)共計(jì)入網(wǎng)站點(diǎn)403個(gè)（已入網(wǎng)且狀態(tài)正常站點(diǎn)383個(gè)），從主要道路路測(cè)結(jié)果來(lái)看，下行RSRP大于-105 dBm（-105 dBm為全網(wǎng)平均業(yè)務(wù)最低覆蓋門限）占比為99.96%，SINR大于-5 dB的占比為82.96%。路面覆蓋良好。

考慮30 dB穿透損耗，深度覆蓋場(chǎng)景下RSRP大于-105 dBm（路面大于-75 dBm）占比為58.97%。

愛(ài)立信區(qū)域五環(huán)內(nèi)共計(jì)入網(wǎng)站點(diǎn)482個(gè)（狀態(tài)正常站點(diǎn)392個(gè)），從主要道路路測(cè)結(jié)果來(lái)看，下行RSRP大于-105 dBm占比為98.4%，SINR大于-5 dB的占比為84.83%。路面覆蓋良好。

考慮30 dB穿透損耗，深度覆蓋場(chǎng)景下RSRP大于-105 dBm（路面大于-75 dBm）占比為46.28%。

4.4 五環(huán)內(nèi)NB-IoT連續(xù)覆蓋缺站評(píng)估方案

新加站選址原則如下。

圖7 邊緣感知測(cè)試結(jié)果

a）新加站都是在U900或者L1800的站址進(jìn)行選取，這樣可以節(jié)省新建站選址的成本。

b）基于室內(nèi)外損耗差異，采取30 dB的偏滯值，結(jié)合第4.2、4.3節(jié)NB-IoT MR深度覆蓋預(yù)測(cè)結(jié)果及路測(cè)RSRP值，減掉30 dB后，作為加站規(guī)劃位置的室內(nèi)信號(hào)參考值。

c）加站選址參考RSRP低于-115 dBm的位置進(jìn)行選?。?115 dBm為正常底噪下極限拉遠(yuǎn)測(cè)試結(jié)果）。

d）考慮上行干擾因素后，針對(duì)不同底噪的小區(qū)，再增加相應(yīng)偏滯，考慮底噪造成的覆蓋收縮影響后需要更多站點(diǎn)，以滿足覆蓋需求。

五環(huán)內(nèi)連續(xù)覆蓋NB900基站需求如下。

a）考慮室內(nèi)穿透損耗下的連續(xù)覆蓋，五環(huán)內(nèi)N900基站現(xiàn)有需求1 673個(gè)（885+674+114（需求池需求）），還需新增439個(gè)，全量共計(jì)2 112個(gè)。

b）考慮室內(nèi)穿透損耗+上行干擾下的連續(xù)覆蓋，五環(huán)內(nèi)N900基站現(xiàn)有需求1 673個(gè)（885+674+114（需求池需求）），還需新增1 234個(gè)，全量共計(jì)2 907個(gè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)U900 MR間接評(píng)估NB-IoT覆蓋，及時(shí)發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)短板，有效提升了評(píng)估效率，降低了網(wǎng)絡(luò)評(píng)估成本，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)建站及超越異運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的目標(biāo)。

利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)U900 MR大數(shù)據(jù)評(píng)估物聯(lián)網(wǎng)覆蓋并進(jìn)行高價(jià)值區(qū)域精準(zhǔn)缺站規(guī)劃，克服了物聯(lián)網(wǎng)覆蓋評(píng)估手段缺乏的壁壘，非常具有啟發(fā)性及推廣性。為連續(xù)覆蓋組網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的推廣起到了促進(jìn)的作用。