NB-IoT業(yè)務(wù)部署策略

黎奇邁

摘要：本文首先對(duì)NB-IoT進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析器技術(shù)特點(diǎn)，然后對(duì)NB-IoT的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了研究，給出了基于FDD-LTE的業(yè)務(wù)部署分析。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)NB-IoTFDD-LTE業(yè)務(wù)部署

物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）技術(shù)是指，將各種設(shè)備上的傳感器通過網(wǎng)絡(luò)連接的方式互相連接，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)際上就是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)等，達(dá)到人和物、物和物之間信息連接的目的。而現(xiàn)實(shí)中，大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都是基于藍(lán)牙和Wi-Fi等通信方式，而這類通信方式承載的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不得不受到通信范圍、移動(dòng)性不足的限制。以蜂窩網(wǎng)為技術(shù)承載的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用雖然可以解決這兩個(gè)問題，但是基于蜂窩網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功耗過高，部署成本高，難以大規(guī)模推廣。因此，為了同時(shí)解決通信范圍、成本等問題，低功率廣域網(wǎng)LPWA（LowPowerWideArea）孕育而出，在LPWA中，代表的實(shí)現(xiàn)方式就是NB-IoT，NB-IoT以其低功耗、覆蓋廣的特點(diǎn)成為了目前最具優(yōu)勢(shì)的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方式。

1NB-IoT技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在市場(chǎng)的大量需求下，各大廠家急需制定統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。NB-IoT技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)在經(jīng)歷了多次改變，終于在第七十二次3GP會(huì)議上完成了NB-IoT技術(shù)的確定。NB-IoT相比蜂窩物聯(lián)網(wǎng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，主要分為以下兩點(diǎn)：

（1）NB-IoT的覆蓋范圍廣，相比蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，在相同功率下，NB-IoT的功率利用率更高，導(dǎo)致其通信范圍比蜂窩物聯(lián)網(wǎng)更好，即使在一些不理想的環(huán)境下，也能較好地滿足需求，并且其通信延時(shí)更短，具有更良好的通信質(zhì)量。

（2）NB-IoT的相比蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)設(shè)計(jì)模式更加低功耗，在組網(wǎng)系統(tǒng)中，設(shè)備與設(shè)備之間的通信需要定時(shí)監(jiān)聽，以確認(rèn)連接情況。如果監(jiān)聽頻率過高，會(huì)增加設(shè)備的能量損耗，過少則有可能丟失信息。NB-IoT采用PSM模式則可以在不影響通信質(zhì)量的情況下減少監(jiān)聽次數(shù)，以達(dá)到減少設(shè)備能量損耗的目的，使得設(shè)備的使用時(shí)間更加持久，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

2NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

如圖1所示為NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，可見NB-IoT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是由終端設(shè)備，基站，傳輸網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等構(gòu)建而成。在一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備比如空調(diào)可以通過NB-IoT與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和基站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，隨時(shí)接收基站的下行指令，并能實(shí)時(shí)將自身搭載的傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行上行的傳遞，基站則將這些信息通過無線通信的方式傳遞給終端設(shè)備例如手機(jī)，用戶則可以在手機(jī)上通過相應(yīng)的軟件平臺(tái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行指令控制，這些指令沿著相同的路徑返回到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，這樣就構(gòu)成和人與物、物與物之間的聯(lián)系。

3NB-loT業(yè)務(wù)部署策略

由于FDD-LTE在我國(guó)的應(yīng)用以及十分廣泛，本文重點(diǎn)研究基于FDD-LTE的NB-IoT聯(lián)合部署方案。但是，NB-IoT部署以FDD-LTE為基礎(chǔ)，不能簡(jiǎn)單地繼承現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。NB-IoT應(yīng)基于FDD-LTE站點(diǎn)來規(guī)劃建設(shè)，以滿足不同業(yè)務(wù)的需求。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的前提是確定目標(biāo)，基于FDD-LTE的NB-IoT聯(lián)合規(guī)劃的目標(biāo)包括：業(yè)務(wù)規(guī)劃、總體規(guī)劃、組網(wǎng)規(guī)劃。

3.1業(yè)務(wù)指標(biāo)規(guī)劃

根據(jù)不同場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求，確定業(yè)務(wù)類型和指標(biāo)。在無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程中，業(yè)務(wù)規(guī)劃是規(guī)劃指標(biāo)的前提。只有明確業(yè)務(wù)需求即網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，才能制定規(guī)劃指標(biāo)。NB-IoT與LTE規(guī)劃指標(biāo)形式基本相同，但在確定方法上存在一定差異。規(guī)劃指標(biāo)包括：邊緣率、RSRP、RS-SINR。

（1）邊緣率是指通過研究不同業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同終端業(yè)務(wù)對(duì)邊緣速率的要求，制定出所需的邊緣速率。不同的業(yè)務(wù)使用不同的指標(biāo)。對(duì)于非常低的費(fèi)率流量，不需要以系統(tǒng)接受敏感性作為規(guī)劃的指標(biāo)，而使用邊際費(fèi)率作為業(yè)務(wù)的最低費(fèi)率。

（2）RSRP是參考信號(hào)接收功率，NB-IoT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)比蜂窩物聯(lián)網(wǎng)更高的覆蓋率。因此需要考慮建筑物穿透三面墻的穿透損失，結(jié)合工程對(duì)天線的增益和損耗，并預(yù)留一定的工程余量，得到最大的空間傳播路徑損耗，需要結(jié)合仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

（3）RS-SINR是信號(hào)與干擾加噪聲比，該指標(biāo)基于邊際費(fèi)率和鏈路預(yù)算，不同領(lǐng)域、規(guī)劃指標(biāo)應(yīng)有所不同。

3.2總體規(guī)劃

統(tǒng)籌規(guī)劃NB-IoT與FDD-LTE的聯(lián)合規(guī)劃方案、頻率、覆蓋范圍等。

頻率規(guī)劃，900M的retilling技術(shù)應(yīng)滿足和考慮到蜂窩物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的需要和FDD-LTE的需求，同時(shí)不影響GSM現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量。NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬計(jì)算見公式（1）和公式（2）。

根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的峰值數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)中的ERLB查表，得到了單元的載頻分配和平均載頻分配。

上式中，B。代表GSM的所需帶寬，m代表小區(qū)平均載波頻率，B、為NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬，B是現(xiàn)有GSM總帶寬所需帶寬。

在不影響GSM網(wǎng)絡(luò)容量的前提下，充分利用低頻20M頻段，盡量選擇頻率點(diǎn)，避免干擾，以滿足FDD-LTE演進(jìn)的需要。根據(jù)上述帶寬計(jì)算方法，計(jì)算了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，得到了NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬，并進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)重劃分。900M網(wǎng)絡(luò)retlling模式如圖2所示。

當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)清頻功能可配置5M的FDD-LTE和600KNB-IoT網(wǎng)絡(luò);當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低時(shí)，可以將FDD-LTE中心頻率恒定帶寬擴(kuò)展到10M;當(dāng)GSM網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載可以進(jìn)一步降低時(shí)，新增5MFDD-LTE，直至GSM網(wǎng)絡(luò)完全退網(wǎng)。

3.3組網(wǎng)規(guī)劃

組網(wǎng)規(guī)劃即網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃，確定網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案、站點(diǎn)規(guī)模輸出?；贔DD-LTE部署的NB-IoT，可以快速構(gòu)建蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。基于NB-IoT的FDD-LTE有三種部署模式。分別為單獨(dú)部署、保護(hù)帶部署和帶內(nèi)部署。雖然保護(hù)帶不占用FDD-LTE頻段資源，但設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)要求高，目前僅有少數(shù)廠商支持此種終端設(shè)備。采用帶內(nèi)方式部署時(shí)LTE與LTE之間的干擾比較嚴(yán)重，而為避免干擾，則需要消耗容量，技術(shù)難度大。所以考慮到容量和覆蓋容量，應(yīng)采用單獨(dú)部署的方式。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)應(yīng)以滿足業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，充分考慮物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)分布。部分現(xiàn)有LTE設(shè)備可以通過軟件升級(jí)來支持NB-IoT，但仍有60%的老設(shè)備不能同時(shí)支持NB-IoT和LTE，所以需要根據(jù)本地業(yè)務(wù)需求，逐步升級(jí)更替。

4結(jié)束語

本文重點(diǎn)研究了基于FDD-LTE的NB-IoT聯(lián)合規(guī)劃業(yè)務(wù)部署方案。首先對(duì)IoT以及NB-IoT的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并簡(jiǎn)單概述了NB-IoT的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。之后提出了聯(lián)合規(guī)劃的目標(biāo)，并對(duì)業(yè)務(wù)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)劃;其次，根據(jù)業(yè)務(wù)指標(biāo)進(jìn)行總體規(guī)劃，包括頻率規(guī)劃、覆蓋規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，給出了合適的基于FDD-LTE的NB-IoT部署方式。NB-IoT的業(yè)務(wù)應(yīng)用將會(huì)越來越廣，方案也會(huì)越來越多，因此具有非常廣闊的前景，十分具有研究意義。

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