NB-IoT业务部署策略

黎奇迈

摘要：本文首先对NB-IoT进行简要介绍，分析器技术特点，然后对NB-IoT的应用实现方式进行了研究，给出了基于FDD-LTE的业务部署分析。

[关键词]物联网NB-IoTFDD-LTE业务部署

物联网（InternetofThings，IoT）技术是指，将各种设备上的传感器通过网络连接的方式互相连接，形成一个网络系统。实际上就是利用网络技术、无线通信技术等，达到人和物、物和物之间信息连接的目的。而现实中，大多数的物联网应用都是基于蓝牙和Wi-Fi等通信方式，而这类通信方式承载的物联网应用不得不受到通信范围、移动性不足的限制。以蜂窝网为技术承载的物联网应用虽然可以解决这两个问题，但是基于蜂窝网的物联网设备功耗过高，部署成本高，难以大规模推广。因此，为了同时解决通信范围、成本等问题，低功率广域网LPWA（LowPowerWideArea）孕育而出，在LPWA中，代表的实现方式就是NB-IoT，NB-IoT以其低功耗、覆盖广的特点成为了目前最具优势的物联网实现方式。

1NB-IoT技术

物联网技术在市场的大量需求下，各大厂家急需制定统一的物联网标准。NB-IoT技术的标准在经历了多次改变，终于在第七十二次3GP会议上完成了NB-IoT技术的确定。NB-IoT相比蜂窝物联网有着明显的优势，主要分为以下两点：

（1）NB-IoT的覆盖范围广，相比蜂窝物联网，在相同功率下，NB-IoT的功率利用率更高，导致其通信范围比蜂窝物联网更好，即使在一些不理想的环境下，也能较好地满足需求，并且其通信延时更短，具有更良好的通信质量。

（2）NB-IoT的相比蜂窝物联网的组网设计模式更加低功耗，在组网系统中，设备与设备之间的通信需要定时监听，以确认连接情况。如果监听频率过高，会增加设备的能量损耗，过少则有可能丢失信息。NB-IoT采用PSM模式则可以在不影响通信质量的情况下减少监听次数，以达到减少设备能量损耗的目的，使得设备的使用时间更加持久，能够满足实际应用需求。

2NB-IoT网络架构

如图1所示为NB-IoT的网络拓扑结构图，可见NB-IoT网络架构主要是由终端设备，基站，传输网络，物联网平台等构建而成。在一个物联网系统中，物联网设备比如空调可以通过NB-IoT与其他物联网设备和基站进行联网，随时接收基站的下行指令，并能实时将自身搭载的传感器所采集的数据进行上行的传递，基站则将这些信息通过无线通信的方式传递给终端设备例如手机，用户则可以在手机上通过相应的软件平台对物联网设备进行指令控制，这些指令沿着相同的路径返回到物联网设备中，这样就构成和人与物、物与物之间的联系。

3NB-loT业务部署策略

由于FDD-LTE在我国的应用以及十分广泛，本文重点研究基于FDD-LTE的NB-IoT联合部署方案。但是，NB-IoT部署以FDD-LTE为基础，不能简单地继承现有的机构网络。NB-IoT应基于FDD-LTE站点来规划建设，以满足不同业务的需求。网络规划的前提是确定目标，基于FDD-LTE的NB-IoT联合规划的目标包括：业务规划、总体规划、组网规划。

3.1业务指标规划

根据不同场景的业务需求，确定业务类型和指标。在无线网络规划过程中，业务规划是规划指标的前提。只有明确业务需求即网络建设需求，才能制定规划指标。NB-IoT与LTE规划指标形式基本相同，但在确定方法上存在一定差异。规划指标包括：边缘率、RSRP、RS-SINR。

（1）边缘率是指通过研究不同业务网络的数据，根据不同终端业务对边缘速率的要求，制定出所需的边缘速率。不同的业务使用不同的指标。对于非常低的费率流量，不需要以系统接受敏感性作为规划的指标，而使用边际费率作为业务的最低费率。

（2）RSRP是参考信号接收功率，NB-IoT系统的设计目标是实现比蜂窝物联网更高的覆盖率。因此需要考虑建筑物穿透三面墙的穿透损失，结合工程对天线的增益和损耗，并预留一定的工程余量，得到最大的空间传播路径损耗，需要结合仿真数据进行修正。

（3）RS-SINR是信号与干扰加噪声比，该指标基于边际费率和链路预算，不同领域、规划指标应有所不同。

3.2总体规划

统筹规划NB-IoT与FDD-LTE的联合规划方案、频率、覆盖范圍等。

频率规划，900M的retilling技术应满足和考虑到蜂窝物联网建设的需要和FDD-LTE的需求，同时不影响GSM现有网络容量。NB-IoT和FDD-LTE的可用带宽计算见公式（1）和公式（2）。

根据当前网络的峰值数据和物联网中的ERLB查表，得到了单元的载频分配和平均载频分配。

上式中，B。代表GSM的所需带宽，m代表小区平均载波频率，B、为NB-IoT和FDD-LTE的可用带宽，B是现有GSM总带宽所需带宽。

在不影响GSM网络容量的前提下，充分利用低频20M频段，尽量选择频率点，避免干扰，以满足FDD-LTE演进的需要。根据上述带宽计算方法，计算了当前网络GSM网络负载情况，得到了NB-IoT和FDD-LTE的可用带宽，并进行了网络重划分。900M网络retlling模式如图2所示。

当GSM网络负载较重时，网络清频功能可配置5M的FDD-LTE和600KNB-IoT网络;当GSM网络负载较低时，可以将FDD-LTE中心频率恒定带宽扩展到10M;当GSM网络的负载可以进一步降低时，新增5MFDD-LTE，直至GSM网络完全退网。

3.3组网规划

组网规划即网络部署规划，根据规划，确定网络规划方案、站点规模输出。基于FDD-LTE部署的NB-IoT，可以快速构建蜂窝物联网。基于NB-IoT的FDD-LTE有三种部署模式。分别为单独部署、保护带部署和带内部署。虽然保护带不占用FDD-LTE频段资源，但设备复杂，技术要求高，目前仅有少数厂商支持此种终端设备。采用带内方式部署时LTE与LTE之间的干扰比较严重，而为避免干扰，则需要消耗容量，技术难度大。所以考虑到容量和覆盖容量，应采用单独部署的方式。

NB-IoT网络应以满足业务需求为导向，充分考虑物联网的业务分布。部分现有LTE设备可以通过软件升级来支持NB-IoT，但仍有60%的老设备不能同时支持NB-IoT和LTE，所以需要根据本地业务需求，逐步升级更替。

4结束语

本文重点研究了基于FDD-LTE的NB-IoT联合规划业务部署方案。首先对IoT以及NB-IoT的技术特点进行了介绍，并简单概述了NB-IoT的网络架构。之后提出了联合规划的目标，并对业务指标进行了规划;其次，根据业务指标进行总体规划，包括频率规划、覆盖规划和网络规划，给出了合适的基于FDD-LTE的NB-IoT部署方式。NB-IoT的业务应用将会越来越广，方案也会越来越多，因此具有非常广阔的前景，十分具有研究意义。

参考文献

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