NB-Iot網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究

張紅福

摘要：在當(dāng)今移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的背景下，為應(yīng)對用戶日益增長的業(yè)務(wù)需求和數(shù)據(jù)傳輸速率要求，窄帶物聯(lián)網(wǎng)以其自身具有的低成本和低功耗優(yōu)勢受到了人們的關(guān)注。本文首先分析了窄帶物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，隨后分析了NB-Iot窄帶物聯(lián)網(wǎng)在做網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)注意的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：窄帶物聯(lián)網(wǎng);優(yōu)勢;網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）02-0017-02

0 引言

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過了近二十年的發(fā)展，時(shí)至今日，已經(jīng)有了龐大的用戶群。為滿足用戶不斷增長的速率要求和帶寬要求，以及一些新領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，采取物聯(lián)網(wǎng)對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充?，F(xiàn)在正處于4G向5G的關(guān)鍵時(shí)期，5G商用也已經(jīng)被提上章程，而5G網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是萬物互聯(lián)，為了更好的實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，完美的實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)整個(gè)體系的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，會(huì)對5G時(shí)代以及后5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)真正的萬物互聯(lián)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

窄帶物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)相比，占用帶寬僅僅為180KHz，與現(xiàn)網(wǎng)的應(yīng)用的大部分網(wǎng)絡(luò)都匹配，并且相對于傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)來看具有穿透性強(qiáng)、成本低、功耗低以及覆蓋能力強(qiáng)等特點(diǎn)，因此在國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)站住了腳，成為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的主要通信技術(shù)。

1.1 NB-Iot的強(qiáng)穿透能力

窄帶物聯(lián)網(wǎng)相對于現(xiàn)網(wǎng)中的藍(lán)牙技術(shù)和WIFI技術(shù)有著更強(qiáng)的穿透能力和更遠(yuǎn)的傳輸距離?，F(xiàn)網(wǎng)中的藍(lán)牙技術(shù)，廣泛用于近距離的數(shù)據(jù)傳輸，諸如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙鍵盤等外接設(shè)備，可以近距離實(shí)時(shí)的傳輸大量數(shù)據(jù)。但其傳輸距離往往在二十米左右，由于傳輸距離這個(gè)限制條件，藍(lán)牙的商業(yè)用途嚴(yán)重受限。WIFI技術(shù)隨著第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，已經(jīng)被廣泛推廣開來，現(xiàn)階段家庭、公司等單位對WIFI的需求都很大，WIFI因此也取得了良好的商業(yè)效果。但是WIFI穿透性由于其協(xié)議規(guī)定，穿透性極差，往往隔著一堵墻WIFI信號(hào)就會(huì)下降好幾格，因此WIFI只能受限于某個(gè)小面積單元內(nèi)使用，用途也嚴(yán)重受限。

1.2 NB-Iot的強(qiáng)覆蓋能力

強(qiáng)覆蓋能力是由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)采用了專屬的傳輸頻段，通過特殊的頻段可以大大加強(qiáng)NB-IOT網(wǎng)絡(luò)傳輸中信號(hào)的強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到更遠(yuǎn)的距離。為了達(dá)到更高的傳輸質(zhì)量，NB-IOT采用了多次重復(fù)傳輸?shù)募夹g(shù)，通過設(shè)備傳向服務(wù)器終端的信號(hào)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，設(shè)置窄帶物聯(lián)網(wǎng)重復(fù)傳輸?shù)拇螖?shù)，通過重復(fù)的傳輸，窄帶物聯(lián)網(wǎng)能大大提升信號(hào)強(qiáng)度和傳輸可靠性，進(jìn)而提升了窄帶物聯(lián)網(wǎng)的傳輸距離。同時(shí)窄帶物聯(lián)網(wǎng)在與設(shè)備互聯(lián)時(shí)，采用了把發(fā)射端和接收端的數(shù)據(jù)合并在一起進(jìn)行收發(fā)的操作，通過把收發(fā)數(shù)據(jù)合并在一起，大大提升了收發(fā)信號(hào)的質(zhì)量，進(jìn)而提升了NB-IOT網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。

1.3 NB-Iot的低成本特性

NB-Iot的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了窄帶物聯(lián)網(wǎng)的工作帶寬為180KHz，這么窄的帶寬跟現(xiàn)網(wǎng)及其匹配，對設(shè)備的要求比較低，因此大大降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。物聯(lián)網(wǎng)鏈接的設(shè)備上具有傳輸數(shù)據(jù)和控制設(shè)備功能的芯片由于帶寬較窄，因此設(shè)計(jì)復(fù)雜度也很低，采用4G網(wǎng)絡(luò)中的頻分復(fù)用技術(shù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，因其低復(fù)雜度基帶傳輸系統(tǒng)的成本大大降低。

1.4 NB-Iot的低功耗特性

低功耗是窄帶物聯(lián)網(wǎng)的一大優(yōu)勢。首先窄帶物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的設(shè)備芯片簡單，只需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能和控制功能，在芯片工作過程中，本身的運(yùn)行功耗極低。其次，窄帶物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)的設(shè)備芯片并不是每時(shí)每刻都在開啟的，根據(jù)不同的需求，服務(wù)器會(huì)定期的從設(shè)備芯片采集數(shù)據(jù)，同樣也會(huì)定期的決定芯片的控制模塊實(shí)現(xiàn)什么樣的功能。設(shè)備的芯片大部分時(shí)間都是處于關(guān)閉狀態(tài)，因此電池?fù)p耗極慢。

2 NB-Iot的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.1 現(xiàn)網(wǎng)對NB-Iot的干擾

在部署窄帶物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，由于NB-Iot頻段與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相鄰的原因，NB-Iot會(huì)與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)存在干擾。因此在部署窄帶物聯(lián)網(wǎng)之前，合理的規(guī)劃NB-Iot的網(wǎng)絡(luò)部署情況，讓窄帶物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的之間的互相干擾最小，使得兩網(wǎng)之間達(dá)到一個(gè)性能折中的最優(yōu)解，是NB-Iot網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重中之重。

本文主要分析現(xiàn)網(wǎng)中占據(jù)主要地位的第四代移動(dòng)通信4G網(wǎng)絡(luò)與NB-Iot現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案。在NB-Iot部署時(shí)，圍繞現(xiàn)行4G網(wǎng)絡(luò)，有兩種部署方案。第一種是窄帶物聯(lián)網(wǎng)單獨(dú)部署，不與TD-LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生聯(lián)系，;第二種是窄帶物聯(lián)網(wǎng)基于第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)部署的情況，又分為在4G網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)頻帶上進(jìn)行部署和頻帶上直接部署的情況。

2.1.1 NB-Iot單獨(dú)部署與4G網(wǎng)絡(luò)存在的

由圖1可以看出，在窄帶物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的鄰信道干擾比達(dá)到35dBc的時(shí)候，窄帶物聯(lián)網(wǎng)對第四代無線通信網(wǎng)絡(luò)的干擾達(dá)到共存的RAN4指標(biāo)。這種情況下，圖中兩個(gè)指標(biāo)損失不超過百分之五。

由圖2可以看出，在窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基站的相鄰信道選擇性滿足40dBc的時(shí)候，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)噪聲比值損失不高于1dB，第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對窄帶物聯(lián)網(wǎng)的干擾滿足RAN4的共存指標(biāo)。

由上文分析可知，在NB-Iot獨(dú)立部署時(shí)，只有當(dāng)窄帶物聯(lián)網(wǎng)的用戶終端設(shè)備的鄰信道干擾比達(dá)到35dBc的時(shí)候和窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基站的相鄰信道選擇性滿足40dBc的時(shí)候，才可以實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)絡(luò)的共存，實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)絡(luò)之間損失最小的情況，達(dá)到兩網(wǎng)最優(yōu)性能。

2.1.2 NB-Iot基于4G網(wǎng)絡(luò)部署的干擾情況分析

窄帶物聯(lián)網(wǎng)基于4G網(wǎng)絡(luò)部署分為4G網(wǎng)絡(luò)保護(hù)帶內(nèi)部署和4G網(wǎng)絡(luò)頻帶內(nèi)直接部署兩種情況，這兩種情況干擾情況基本一致，所以放在一起分析。

共同部署的情況下，窄帶物聯(lián)網(wǎng)對4G網(wǎng)絡(luò)的干擾如表1所示。剛開始時(shí)，損失量很大，隨著PRB的增加，小區(qū)邊緣吞吐量和平均吞吐量損失值呈10的倍數(shù)接近線性降低。

通過上述的分析，我們在基于4G網(wǎng)絡(luò)建立NB-Iot窄帶物聯(lián)網(wǎng)時(shí)應(yīng)該注意設(shè)置合理的PRB，同時(shí)滿足4G網(wǎng)絡(luò)的吞吐量要求和窄帶物聯(lián)網(wǎng)的信號(hào)噪聲比值要求，達(dá)到兩網(wǎng)損失最小、性能最優(yōu)。

2.2 NB-Iot基站部署規(guī)劃

窄帶物聯(lián)網(wǎng)在部署基站站點(diǎn)時(shí)要進(jìn)行合理的規(guī)劃，以此來避免資源的浪費(fèi)和性能不能達(dá)到最優(yōu)的情況。為了基站部署規(guī)劃，一般都是采用特定環(huán)境選取試點(diǎn)運(yùn)行的方式。

在NB-Iot基站部署時(shí)，通常要考慮的有基站的高度，協(xié)調(diào)過高站和過低站，提高窄帶物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋面積。

在部署基站時(shí)，也要注意FDD模式下的4G網(wǎng)絡(luò)的干擾情況。采用不同的組網(wǎng)方式，通過對特定環(huán)境進(jìn)行不同的試點(diǎn)和分析，取得一個(gè)最優(yōu)秀的組網(wǎng)方式。

3 結(jié)語

窄帶物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢十分明顯，可以對現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行很好的補(bǔ)充，值得不但推進(jìn)和革新。本文首先介紹了窄帶物聯(lián)網(wǎng)的基本概念，給出了幾個(gè)NB-Iot的用途，然后分析了NB-Iot的優(yōu)勢和特點(diǎn)。最后重點(diǎn)分析了NB-Iot網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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Research on NB-Iot Network Planning

ZHANG Hong-fu

（Guangdong Southern Telecom Planning Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong? 518038）

Abstract：With the rapid development of mobile communication network， narrowband Internet of Things （Narrow-Band Internet of Things） attracts people's attention because of its low cost and low power consumption， in order to meet the growing business needs and data transmission rate requirements of users. This paper first analyses the advantages and characteristics of narrowband Internet of Things， and then analyses several key points that should be paid attention to in network planning of NB-Iot narrowband Internet of Things.

Key words：Narrow-band Internet of Things;advantages;network planning