NB—IoT在800M频段的覆盖能力研究

陶冶 霍励 郭云领

摘要：本文主要讲述了NB-IoT的技术特点，通过链路预算，对其在800M频段的覆盖能力进行研究，并通过预测仿真和实际测试进行验证，结果可以作为NB-IoT网络建设的参考依据。

关键词：NB-IoT；800M；覆盖能力

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）06-0026-02

1 引言

随着通信技术的迅速发展，可穿戴设备、智能灯杆、智能抄表等新兴业务的兴起，智慧城市、无人驾驶、无人超市等技术的推广，万物互联的物联网时代正加速到来。在对连接的要求方面，物联网与传统蜂窝网络有着很大不同，而NB-IoT因具备超强覆盖、超低功耗、超大容量、超低成本等优势，得到越来越多的关注。2017年国内三大运营商都选择将NB-IoT商用，竞争进入到物联网领域。在人與人之间的通信相对饱和的市场环境下，三大运营商都将物联网视为企业的重要增长点。

2 NB-IoT技术特点

（1）从技术演进来说，NB-IoT属于4.5G，其协议是以FDD-LTE为基础的，但物理层做了重大修改。（2）从网络结构来看，NB-IoT与LTE一样，没有控制器，直接与核心网连接。（3）NB-IoT的系统带宽是200kHz，其中可用带宽180kHz，两侧各10kHz的保护间隔。支持单子载波（Single-tone）和多子载波（Multi-tone）模式，上行15KHz间隔子载波可以多个载波捆绑在一起工作，称为Multi-tone，也可以按单个子载波工作，即Single tone；上行3.75KHz间隔子载波不支持多个捆绑，只支持Single tone。（4）NB-IoT通过一系列端到端流程优化和空口协议优化来降低功耗。通过窄带功率谱密度提升，空口与全流程协议优化等手段提供海量终端的接入能力。通过新的物理层方案，空口协议，硬件资源优化，将芯片成本降低。（5）NB-IoT的承载有两种模式，一种是承载在控制面（CP），类似于短信；一种是承载在用户面（UP）。（6）和LTE相比，NB-IoT业务具有两个明显特点：1）终端数量远大于LTE终端数量；2）NB-IoT用户面数据总流量远小于LTE用户面数据总流量，但业务模型特点决定控制面的建立和释放次数远高于LTE。（7）NB-IoT有四个优势：1）超大连接，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；2）超强覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；3）超低能耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；4）超低成本，单个接连模块不超过5美元，使其成为运营商进入LPWA市场的第一技术选择。

3 NB-IoT的覆盖能力

通过以下5个过程进行NB-IoT的覆盖能力研究。

3.1 频谱情况

载波频宽：下行载频的中心频点为879.6MHz，上行载频的中心频点为834.6MHz。

3.2 覆盖能力

与LTE一样，NB-IoT为上行覆盖受限系统，根据上行链路预算，可以得到NB-IoT在0.2 kbps速率的情况下比CDMA 1X多15dB的增益，比CDMA DO多22dB的增益[1]。NB-IoT在0.2kbps速率的情况下比FDD LTE多28dB的增益。这28dB增益主要来自两方面：功率谱密度的增强以及更多的重传次数[2]。表1为NB-IOT在不同场景下，大致覆盖能力及站间距。

3.3 NB-IoT业务需求

不同物联网业务，需求位置不同，对网络覆盖的要求不同，水电气表由于均存在安装部署室内（地下、楼梯间或室内橱柜等）的场景，有深度覆盖要求，MCL要求164dB；智慧灯杆，典型部署在街边，只有室外覆盖要求，MCL要求144dB。3GPP协议对NB-IoT的速率要求是大于160bps，考虑实际业务需求边缘速率要求可能会达到200～400bps。

3.4 覆盖仿真

从图1可以看出仿真区域西北角为高层建筑区域，东北侧为学校，东南侧为多层住宅区及学校，西南侧为厂区，该区域为典型城市区域。图1覆盖效果图中可以得到800M频段，室外覆盖良好，最远超过仿真区域的1.7公里，RSRP=-104dBm，满足覆盖需求。对于高层区域超过300米左右已经开始RSRP<-120dBm，不能满足室内覆盖需求。

3.5 实际测试NB-IoT覆盖能力测试

（1）室外：最远稳定接入电平-117dBm，SINR：-3，接入成功率100%；接入点电平为-122dBm，SINR为-5.8，接入成功率50%。（2）室内：包含高、中、低楼层及地下室、弱电井等场景，其中覆盖较差区域地下室接入电平-115dBm，能够正常进行数据业务。

4 结语

本文从物联网的发展说起，到NB-IoT的兴起，再到NB-IoT的关键技术。然后根据NB-IoT的技术特点，通过链路预算，对其在800M频段的覆盖能力进行研究，给出了允许的最大路径损耗以及参考站间距，并通过预测仿真和实际测试进行验证，为后期网络建设提供参考。

参考文献

[1]卢斌.NB-IoT物联网覆盖增强技术探讨[J].移动通信，2016，（19）：55-59.

[2]程日涛，邓安达，孟繁丽，等.NB-IoT规划目标及规划思路初探[J].电信科学，2016，（Z1）：137-143.

Abstract：This paper mainly describes the technical features of NB-IoT. Through the link budget， it studies the coverage ability of the 800M band， and validates it through prediction simulation and actual testing. The results can be used as a reference for the construction of NB-IoT network.

Key words：NB-IoT； 800M； coverage ability