NB-IoT技术发展网络部署策略研究

廉长亮 王星妍

中国信息通信研究院，北京 100191

NB-IoT技术发展网络部署策略研究

廉长亮 王星妍

中国信息通信研究院，北京 100191

最近几年物联网行业发展迅速。物联网业界关注的焦点是NB-IoT，其是物联网核心技术的一个重要分支。从NB-IoT的技术特性分析了物联网发展形势，并从网络部署的层面概述了NB-IoT各种频率部署方式以及运用的具体方案，根据我国2G、3G、4G实际的网络情况，提出了网络基础如何部署NB-IoT网络的方案及建议。

物联网；窄带互联网；长期演进；重耕；频率

根据Gartner和IDC的研究预测，全国物联网连接用户将在2020年超过100亿，其中有10%是蜂窝连接。NB-IoT聚焦点在LPWA物联网市场，是一种可以运用在全球范围的新兴技术。它拥有大容量、速率低、能耗低等特点，迅速成为业界的热点。

1 NB-IoT的发展及特点

1.1 NB-IoT的发展

1.1.1 NB-IoT的标准化进程

NB-IoT技术在2015年9月正式写入3GPP协议。2016年6月，3GPP完成制定NB-IoT标准的工作，这意味着完成了Release 13面向物联网的核心协议。此外，2016年年底NB-IoT首个测试平台通过与芯片厂商联调，完成了GCF一致测试认证[1]。在CCSA的组织下，我国于2016年底完成了NB-IoT行业标准。

1.1.2 运营商对NB-IoT的推动

运营商不是促进新技术诞生的唯一因素，但新技术得到快速发展，通常是运营商在背后予以支持。从国际情况来看，物联网这片未来的技术海洋将会得到巨大开发。运营商为了跟上时代的脚步，加大了NB-IoT的战略布局：韩国KT计划公司新建NB-IoT网络投资了1 500亿韩元，并且服务测试在2016年底已经完成；沃达丰建立NB-IoT开放实验室，用来加速物联网的布局，解决网络研究中的问题；DoCoMo的网络战略组成部分就是M2M业务，通过嵌入式模块和建立平台加速M2M市场的发展。

从国内情况看，NB-IoT部署时间表已经确定：中国移动已经于2016年完成了系统验证，2017年将开启NB-IoT商业化的进程；中国联通在2017年初完成了重点城市中NB-IoT的商业部署，2018年完成全国范围内的商业部署；中国电信则在2017上半年部署了NB-IoT网络，此网络基于800 MHz。

1.2 NB-IoT的特点

NB-IoT的技术特点主要体现在4个方面。

1.2.1 覆盖

NB-IoT为了提高网络的覆盖能力，采用提高功率谱密度、重复发送和上行Inter-siteCoMP等方法。

（1）功率谱密度。由于NB-IoT采用的是窄带设计方式，下行带宽180 kHz，同样的发射功率，NB-IoT的功率谱密度和GSM相当，比CDMA高8 dB；NB-IoT上行带宽最低3.75 kHz，GSM终端发射功率最大支持2 W，因此，NB-IoT上行功率谱密度比GSM高7 dB，比CDMA高25 dB。（2）发送重复。NB-IoT最高支持128次重复，实际中一般取下行8次重复，上行16次重复，获得9～12 dB的增益。（3）上行Inter-siteCoMP。NB-IoT上行引入Inter-siteCoMP技术，可以获得3 dB的增益。因此，NB-IoT在上行链路至少可以提升20 dB，不仅能实现城市区域的广域覆盖，还能满足郊区、农村区域的覆盖。

1.2.2 容量

物联网业务的低比特率要求和时延不敏感性决定了数据传输和终端激活率很低的NB-IoT物联网的特点。据相关设备厂商的评估，NB-IoT物联网比3G有50～100倍的上行容量升级，可以提供现有无线技术接入量的50～100倍。

1.2.3 功耗

NB-IoT想真正具备低功耗特性，还需要3GPP引入省电模式和eDRX技术。PSM是3GPP Release 12中新增的功能。在此工作模式下，虽然信令不可达，但是终端仍旧注册在网，所以可以使终端达到省电的目的。这种模式适用时延不敏感业务；eDRX同样是3GPP Release 13中新增的功能，是一种长周期DRX，能进一步延长睡眠周期，最长周期约3 h。减少信令处理，相对于PSM，大幅度提升了下行可达性。NB-IoT在应对典型的低速率、低频次业务模型等情况下，容量电池可使用10年以上。

1.2.4 成本

终端芯片通常由基带处理模块、射频模块、功放模块、电源管理模块和Flash/RAM等组成。NB-IoT终端采用180 kHz的窄带带宽，比4G手机要求低，基带模块更加简单；低数据速率和协议栈简化可以大大降低对Flash/RAM大小的要求。

2 NB-IoT频率部署策略

2.1 NB-IoT频率部署方式

3GPP定义了NB-IoT的3种部署场景：独立部署（Stamd-alone）、保护带部署（Guard-band）和带内部署（In-band）。

（1）独立部署主要是利用现网的空闲频谱或者新的频谱部署NB-IoT。（2）保护带部署是利用现网的LTE网络频段的带宽，最大化频谱资源利用率。（3）带内部署是利用现网LTE网络频段中的RB以部署NB-IoT。

2.2 运营商可用频率分析

运营商部署NB-IoT可以基于现有的4G频段或现有的2G、3G频段（如使用2G、3G频段部署NB-IoT，必须先获得国家主管部门的许可），或者向国家申请新的频段部署，但申请新的频段部署有较大难度，而且有可能无法平滑升级[2]。

2.3 频率部署建议

2.3.1 部署频段的建议

由于NB-IoT自身的技术特性，能够实现良好的广覆盖和深度覆盖。无论是哪个频段，只要运营商在该频段的2G、3G或4G网络实现了较好的覆盖，那么基于该频段和现有的基站资源来部署NB-IoT网络，就能实现广覆盖和深度覆盖的目标。

2.3.2 频率部署方式的建议

（1）保护带部署。运营商对2G、3G低频段建立LTE的初期，因为资源受到限制并且客户容量需求较高，所以只考虑部署1.4 MHz或3 MHz带宽的LTE；等到业务完成迁移后，再将LTE升级到5 MHz甚至是10 MHz的带宽。（2）带内部署。NB-IoT通过占用一个RB的带宽部署于LTE频段内。带内部署方式中，两个系统的频带虚拟空间很近，保护带部署方式会让两个系统相互影响降低。3GPP定义NB-IoT频谱和相邻LTERB的功率谱密度不超过6 dB，就是为了避免干扰[3]。但因为PSD的限制，所以限制了带内场景中NB-IoT的覆盖。（3）独立部署。对于CDMA 800 M频段，283号频点与880 MHz之间有895 kHz带宽的频谱未被利用，可在该频段内独立部署NB-IoT。将NB-IoT部署在CDMA上边界处的空闲频率上，不仅可以充分利用频率资源，还不存在NB-IoT与LTE的同频干扰，只是需要考虑NB-IoT与CDMA、军队CDMA等异系统干扰共存问题。

3 结束语

依据现在已有的计划，3GPP和CCSA将在未来几个月完成关于NB-IoT的所有标准，运营商将不断扩大对NB-IoT的试点以及部署的规模和范围。本文有针对性地研究了对于NB-IoT网络在部署前和部署过程中可能出现的一些问题，阐述了如何运用NB-IoT各种频率的部署方式，并提出了基于现网的NB-IoT网络部署方案和建议。

[1]侯海风. NB-IoT关键技术及应用前景[J].通讯世界，2017（14）：1-2.

[2]彭雄根，李新，陈旭奇. NB-IoT技术的发展及网络部署策略研究[J]. 邮电设计技术，2017（3）：58-61.

[3]王晓周，蔺琳，肖子玉，吴海，赵存. NB-IoT技术标准化及发展趋势研究[J]. 现代电信科技，2016，46（6）：5-12.

Research on Network Deployment Strategy of NB-IoT Technology Development

Lian Changliang Wang Xingyan
China Academy of Information and Communication Technology, Beijing 100191

In recent years, the Internet of Things industry has developed rapidly. The focus of the Internet of Things industry is NB-IoT, which is an important branch of the Internet of Things core technology. From the technical characteristics of the NB-IoT, the paper analyzes the development situation of the Internet of Things. From the perspective of the network deployment, the paper summarizes the deployment mode of various frequencies of NB-IoT and the specific programs of use. According to the actual situation in China 2G,3G,4G network, the paper puts forward how to deploy the scheme and suggestions based network scheme and suggestions.

Internet of Things; narrow band internet; long term evolution; heavy tillage; frequency

TN929.5；TP391.44

A

1009-6434（2017）7-0037-02