关于NB-IoT物联网覆盖增强技术的分析

朱为珏，姚玉华

（中国电信股份有限公司苏州分公司，江苏 苏州 215004）

关于NB-IoT物联网覆盖增强技术的分析

朱为珏，姚玉华

（中国电信股份有限公司苏州分公司，江苏 苏州 215004）

我国科学技术不断地发展进步，在很大程度上推动了覆盖增强技术的发展进程。文章主要立足于NB-ΙoT物联网覆盖增强技术，展开了深入的研究与分析，以此期望为我国今后在对于NB-ΙoT物联网覆盖增强技术研究问题上，提供一些参考性的建议。

NB-ΙoT；物联网；覆盖增强技术；分析总结

在随着3GPP的第69次RAN全会当中，关于NB-ΙoT也已经成功地通过立项。在根据相关的立项文档当中，对于3GPP标准组织，所重新拟制出来的一种较为全新的蜂窝物联网技术，主要将其利用在我国一些现有的授权频谱资源，其自身具有良好的覆盖广以及低功耗、速率等方面的特点，也使得其在能够在最大限度上满足于物联网业务所对其提出的各种需求。

1 NB-IoT技术的主要特点概述

在根据我国对于NB-ΙoT已经达成的标准规范当中，其主要具备了以下几方面的特点：

（1）其带宽主要是为180 kHz，并且，跟我国现有的LTE系统当中的一个PRB的带宽是完全相同的。

（2）对于NB-ΙoT自身的下行，则主要是采取使用的是OFDMA，子载波之间的间隔通常都是为15 kHz左右，这样也是在于LET的子载波间隔是完全相同的，而在对于上行支持当中，主要是支持两种模式，一种是多载波15 kHz，而另一种则是单载波3.75 kHz。

（3）其自身拥有全新的物理信道以及信号等，在对厦航的PBCH以及PDSCH或者是PDCCH当中，通常都是通过使用较为单一的TM作为主要的传输模式。

（4）还能够在最大限度上降低整个终端的投入资金成本，不仅如此，还能够在一定程度上降低终端自身的功耗问题。在对于这里主要采取使用半双工的方式，以及一根接收天线。

（5）为能够尽可能地利用好我国现存有的LTE网络等相关资源，提供了更具有灵活性的零散频率资源的部署，其主要的模式包括在了NB-ΙoT建议部署模式、独立模式、保护带模式、带内模式等等。

2 对于NB-IoT计划实现以下目标

（1）能够很好地实现广域覆盖以及深度覆盖，在对于我国较为传统的GPRS的技术上，能够很好地增强将近20 dB。

（2）能够在最大限度上满足大容量终端接入所对其提出的各种要求。

（3）还能尽可能够降低整个终端的资金投入成本，并且，使得每个终端都会少将近15元左右。

（4）有效地实现了低功耗、能耗等方面，当一直处于5 W h过程当中，能够很好地为其提供将近10年的支持，上文当中所阐述的每一项目标，都是作为当前需要面对的重大考验，而下文将重点阐述分析当前NB-ΙoT覆盖增强技术。

3 覆盖分析方法概述

本文当中，主要阐述以下几种计算项目的移动网络覆盖评估分析，主要包括了：逻辑信道名称、数据速率、发射机、发射功率、接收机、热噪声功率密度、接收机噪声系统、干扰余量、占用信道带宽、有效的噪声功率等于热噪声功率的实际密度，加上接收机噪声的若干系数，再加上干扰余量加上10 lg的占用信道宽带、所需要的信噪比、接收机自身的灵敏度完全等于一个有效的噪声功率加上所需要的信噪比、接收机处理增益、MCL等于发射功率减去接收机灵敏度再加上接收机处理的增益。这些计算项目当中，通常采用的是MCL也就是最大链路损耗。

对于MCL最大链路损耗的计算过程中主要是包括了：发射机功率在到无线空口路径上的损耗，再到接收机灵敏度等于热噪声功率加上所需要的信噪比，最后再植入接收机处理增益当中。在这其中的无线空口路径损耗的程度，是在很大程度上影响到了整个上行、下行自身所覆盖的范围的。合理的通过适应MCL的计算方法，不光是能够将上行自身所覆盖范围的大小进行评估，还能够对下行自身所覆盖范围的大小也实现及时有效的评估。

MCL具体的指标以及方法上则主要是：当基站当中每200 kHz发射功率那么对其数值的显示上，则是为不同信贷取值则是不相同。而当终端发射功率过程时，那么对于数值的显示上则是为23，在对于热噪声功率密度的过程当中，其数值则主要是显示在了-174。在对于基站接收机噪声系统当中，则其数值主要是体现在了3。在对于终端接收机噪声系统当中，其主要数值则是体现在了5。在对于干扰余量当中，则数值主要是呈现出了0，在当接收机处理增益当中，数值也主要是呈现出0。在对于数值0当中，主要是所需要的信噪比SINR已经完全在整个链路级仿真当中考虑了处理增益的情况[1]。

在NB-ΙoT的各种物理信道当中，主要包含了控制以及业务两种信道。相互之间也是存在着以下几方面上的实时约定：（1）其所有的控制信贷的最终目标BLER都是要保持在10%。（2）对于带内和保护带的部署方式上来讲，所采用的功率参数之间也是会存在着一定程度上的差异化。（3）在对于基准假定作为我国传统的GPRS的MCL计算方式上，那么一定要将其取值合理的设定在为145 dB左右[2]。

4 NB-IoT覆盖增强技术

综上所述，只有真正通过利用有效调整参数，尽可能地增大MCL，才能够在最大限度上满足于NB-ΙoT物联网覆盖增强所对其提出的各种要求。在对于MTC业务自身的覆盖增强方面，主要是有以下几点：

（1）重复传输，从而有效地延长了整个信号码元的整体传输时间。在对于码元的重复传输过程当中，其实站在本质上来讲，就是作为一个非常具有简单化的信道编码，尽管，已经在很大程度上降低了整个信息的传输速率，但是，在对于解调以及译码过程当中的可靠以及安全性上还是发挥着非常显著的作用的，尤其是针对处于一种低信噪比的接受环境之下，则是更加发挥巨大的作用。例如：在较为理想之下的译码所出现错误的概率将其定制在10%左右，而随着重复次数不断地增加，这样也就会在很大程度上降低整体译码出错的概率。如：在重复传输次数达到3的过程时，那么译码错误的概率则是降低到了0.028，如果将重复传输次数上升到5时，那么译码错误的概率则是降低到了0.008 6，如果将重复传输次数上升到7时，那么译码错误的概率则是降低到了0.002 7，而在将重复传输次数增加到了9的过程当中，那么译码错误的概率则是降低到了0.000 89，以此类推，在将、将重复传输次数增加到了15的过程时，那么对于译码错误的概率则已经是被降低到了0.000 034。

（2）目前，我国现存在的TTΙ bundling以及HARQ重传技术上，也是作为了延长整个信号码元的传输时间的重要重传技术之一，并且两种重传技术，也在VoLTE的商用网络当中，也已经很好地证明自身是能够有效改善整个信号覆盖范围的。

（3）根据NB-ΙoT自身业务需求的速率较低，所以，当处于100 bps时，就已经能够在最大限度上满足大部分业务所对其提出的各种要求，可以通过采用较为低阶的调制技术，主要是有：BPSK，QPSK等或者是具有更短长度的CRC校验码，这些都是能够有效地满足于大部分业务所对其提出的要求。

（4）在针对编码等方面上来讲，NB-ΙoT则主要是通过使用Turbo编码等方式，对于GPRS上则主要是通过使用卷积码，其主要优势特点体现在了，为了能够尽可能的满足于相关译码信噪比的各种需求上，能够不断将自身降低，与之对应的覆盖距离有3～4 dB的逐渐增强。

（5）对于延时眼球的降低以及在部分条件下能够进行物理信道覆盖，则主要是通过采用功率增强等方式，这样也是能够在最大限度上帮助信号覆盖的增强。

依照当前对于MTC业务在各种不同的覆盖增强技术领域，NB-ΙoT需要比GPRS至少增强到20 dB左右的，并且，还可以很好地支持更加低速率的业务，所以，码元重复传输，在整个覆盖增强手段当中，占据着非常重要的地位，也是作为覆盖增强技术的主要手段之一。

在根据相关的重复传输对覆盖增强量化仿真的结果当中可以看出。有4 dB PSD功率提升的结果当中，当存在40次左右的重复传输则是为12 dB，而当出现20次重复传输次数时，那么则呈现为10 dB，出现8次重复传输出次数当中，则呈现为6.5 dB。而当没有PSD功率提升的结果当中，当出现重复传输次数为110次左右时，那么则是呈现出11.7 dB，当出现重复传输次数为47次时，则呈现出8.7 dB，当重复传输次数保持在24次左右时，那么其呈现6.7 dB，当重复传输次数处于11此过程时，那么其呈现为3.7 dB。

5 仿真以及评估结果概述

第一种情况。在针对第一种情况当中，主要是依照于官员3 GPP研究提案，对于独立部署场景，从中科学合理地挑选出了以下两种情况，一个是单个公司的仿真情况，另一个则是多个公司的仿真情况，将其两者进行对比。根据相关的链路级仿真结果中就可以得出了以下几种结论：

（1）M-PBCH。主要是使用了30次重复传输，而其中将近会有10% BLER所对应的SNR则是为-6.5 dB左右。

（2）M-PDSCH。上则主要是通过合理使用18次左右的重复传输，其中也是将近会有10%BLER所对应的SNR则是为-6.5 dB左右，所对应的M-PDSCH数据效率则是呈现为3.7 kbps左右。

（3）M-EPDCCH。则使用在为18次左右的重复传输，这其中将近会有10% BLER所对应的SNR则是为-6.0 dB左右。

（4）对于M-PUSCH上，通常都会采取使用单载波的方式来进行传输，其对应的传输时间上则大约是为2 160 ms，而其中将近会有10%BLER所对应的SNR则是为-5.5 dB左右，那么与之所对应的M-PUSCH的数据效率则呈现为0.35 kbps。

在根据上文所传输出来的仿真结果，与之所对应的覆盖评估上则是数据速率在M-PDSCH当中则是为3.7在M-PUSCH当中则是为037，最大发射功率以及实际发射功率上在M-PDSCH以及M-PBCH当中都是为43，而单独在M-PUSCH当中则是为23。对于热噪声功率密度上不管是在M-PDSCH以及M-PBCH还是在M-PUSCH上都是呈现出为-174。接收机噪声系统在M-PDSCH以及M-PBCH当中都是为5，而单独在M-PUSCH当中则是为3。

6 结语

现阶段，对于覆盖增强20 dB也是作为当前关于NB-ΙoT的主要任务目标之一，本文主要立足于接受当前对于NB-ΙoT自身所具备的哪些基本特点之外，还重点分析了敢于利用NB-ΙoT物联网覆盖评估的主要方式，以及有效增强覆盖的不同技术，重点阐述关于重复传输所为其带来的良好覆盖增益效果。

[1]黄海峰.华为余泉：2016年是NB-ΙoT产业发展的关键年[J].通信世界，2016（5）：27-28.

[2]戴国华，余骏华. NB-ΙoT的产生背景、标准发展以及特性和业务研究[J].移动通信，2016（7）：31-36.

Analysis of NB-ΙoT coverage enhancement technology

Zhu Weijue, Yao Yuhua
（Suzhou Branch of China Telecom Co., Ltd., Suzhou 215004, China）

The constant development of science and technology of our country, have greatly promoted the development of coverage enhancement technology to some degree. Based on the NB-ΙoT network coverage enhancement technology, this paper mainly carried out in-depth research and analysis, so as to provide some referential suggestions on coverage enhancement technology of NB-ΙoT Ιnternet of Things for our country in future.

NB-ΙoT; Ιnternet of Things; coverage enhancement technology; analysis and summary

朱为珏 （1982— ），男，江苏苏州，硕士，工程师；研究方向：移动通信。