關(guān)于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的分析

朱為玨，姚玉華

（中國電信股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215004）

關(guān)于NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的分析

朱為玨，姚玉華

（中國電信股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215004）

我國科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展進(jìn)步，在很大程度上推動(dòng)了覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。文章主要立足于NB-ΙoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，展開了深入的研究與分析，以此期望為我國今后在對于NB-ΙoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)研究問題上，提供一些參考性的建議。

NB-ΙoT；物聯(lián)網(wǎng)；覆蓋增強(qiáng)技術(shù)；分析總結(jié)

在隨著3GPP的第69次RAN全會(huì)當(dāng)中，關(guān)于NB-ΙoT也已經(jīng)成功地通過立項(xiàng)。在根據(jù)相關(guān)的立項(xiàng)文檔當(dāng)中，對于3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織，所重新擬制出來的一種較為全新的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要將其利用在我國一些現(xiàn)有的授權(quán)頻譜資源，其自身具有良好的覆蓋廣以及低功耗、速率等方面的特點(diǎn)，也使得其在能夠在最大限度上滿足于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)所對其提出的各種需求。

1 NB-IoT技術(shù)的主要特點(diǎn)概述

在根據(jù)我國對于NB-ΙoT已經(jīng)達(dá)成的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范當(dāng)中，其主要具備了以下幾方面的特點(diǎn)：

（1）其帶寬主要是為180 kHz，并且，跟我國現(xiàn)有的LTE系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)PRB的帶寬是完全相同的。

（2）對于NB-ΙoT自身的下行，則主要是采取使用的是OFDMA，子載波之間的間隔通常都是為15 kHz左右，這樣也是在于LET的子載波間隔是完全相同的，而在對于上行支持當(dāng)中，主要是支持兩種模式，一種是多載波15 kHz，而另一種則是單載波3.75 kHz。

（3）其自身擁有全新的物理信道以及信號等，在對廈航的PBCH以及PDSCH或者是PDCCH當(dāng)中，通常都是通過使用較為單一的TM作為主要的傳輸模式。

（4）還能夠在最大限度上降低整個(gè)終端的投入資金成本，不僅如此，還能夠在一定程度上降低終端自身的功耗問題。在對于這里主要采取使用半雙工的方式，以及一根接收天線。

（5）為能夠盡可能地利用好我國現(xiàn)存有的LTE網(wǎng)絡(luò)等相關(guān)資源，提供了更具有靈活性的零散頻率資源的部署，其主要的模式包括在了NB-ΙoT建議部署模式、獨(dú)立模式、保護(hù)帶模式、帶內(nèi)模式等等。

2 對于NB-IoT計(jì)劃實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)

（1）能夠很好地實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋以及深度覆蓋，在對于我國較為傳統(tǒng)的GPRS的技術(shù)上，能夠很好地增強(qiáng)將近20 dB。

（2）能夠在最大限度上滿足大容量終端接入所對其提出的各種要求。

（3）還能盡可能夠降低整個(gè)終端的資金投入成本，并且，使得每個(gè)終端都會(huì)少將近15元左右。

（4）有效地實(shí)現(xiàn)了低功耗、能耗等方面，當(dāng)一直處于5 W h過程當(dāng)中，能夠很好地為其提供將近10年的支持，上文當(dāng)中所闡述的每一項(xiàng)目標(biāo)，都是作為當(dāng)前需要面對的重大考驗(yàn)，而下文將重點(diǎn)闡述分析當(dāng)前NB-ΙoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)。

3 覆蓋分析方法概述

本文當(dāng)中，主要闡述以下幾種計(jì)算項(xiàng)目的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估分析，主要包括了：邏輯信道名稱、數(shù)據(jù)速率、發(fā)射機(jī)、發(fā)射功率、接收機(jī)、熱噪聲功率密度、接收機(jī)噪聲系統(tǒng)、干擾余量、占用信道帶寬、有效的噪聲功率等于熱噪聲功率的實(shí)際密度，加上接收機(jī)噪聲的若干系數(shù)，再加上干擾余量加上10 lg的占用信道寬帶、所需要的信噪比、接收機(jī)自身的靈敏度完全等于一個(gè)有效的噪聲功率加上所需要的信噪比、接收機(jī)處理增益、MCL等于發(fā)射功率減去接收機(jī)靈敏度再加上接收機(jī)處理的增益。這些計(jì)算項(xiàng)目當(dāng)中，通常采用的是MCL也就是最大鏈路損耗。

對于MCL最大鏈路損耗的計(jì)算過程中主要是包括了：發(fā)射機(jī)功率在到無線空口路徑上的損耗，再到接收機(jī)靈敏度等于熱噪聲功率加上所需要的信噪比，最后再植入接收機(jī)處理增益當(dāng)中。在這其中的無線空口路徑損耗的程度，是在很大程度上影響到了整個(gè)上行、下行自身所覆蓋的范圍的。合理的通過適應(yīng)MCL的計(jì)算方法，不光是能夠?qū)⑸闲凶陨硭采w范圍的大小進(jìn)行評估，還能夠?qū)ο滦凶陨硭采w范圍的大小也實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的評估。

MCL具體的指標(biāo)以及方法上則主要是：當(dāng)基站當(dāng)中每200 kHz發(fā)射功率那么對其數(shù)值的顯示上，則是為不同信貸取值則是不相同。而當(dāng)終端發(fā)射功率過程時(shí)，那么對于數(shù)值的顯示上則是為23，在對于熱噪聲功率密度的過程當(dāng)中，其數(shù)值則主要是顯示在了-174。在對于基站接收機(jī)噪聲系統(tǒng)當(dāng)中，則其數(shù)值主要是體現(xiàn)在了3。在對于終端接收機(jī)噪聲系統(tǒng)當(dāng)中，其主要數(shù)值則是體現(xiàn)在了5。在對于干擾余量當(dāng)中，則數(shù)值主要是呈現(xiàn)出了0，在當(dāng)接收機(jī)處理增益當(dāng)中，數(shù)值也主要是呈現(xiàn)出0。在對于數(shù)值0當(dāng)中，主要是所需要的信噪比SINR已經(jīng)完全在整個(gè)鏈路級仿真當(dāng)中考慮了處理增益的情況[1]。

在NB-ΙoT的各種物理信道當(dāng)中，主要包含了控制以及業(yè)務(wù)兩種信道。相互之間也是存在著以下幾方面上的實(shí)時(shí)約定：（1）其所有的控制信貸的最終目標(biāo)BLER都是要保持在10%。（2）對于帶內(nèi)和保護(hù)帶的部署方式上來講，所采用的功率參數(shù)之間也是會(huì)存在著一定程度上的差異化。（3）在對于基準(zhǔn)假定作為我國傳統(tǒng)的GPRS的MCL計(jì)算方式上，那么一定要將其取值合理的設(shè)定在為145 dB左右[2]。

4 NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)

綜上所述，只有真正通過利用有效調(diào)整參數(shù)，盡可能地增大MCL，才能夠在最大限度上滿足于NB-ΙoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)所對其提出的各種要求。在對于MTC業(yè)務(wù)自身的覆蓋增強(qiáng)方面，主要是有以下幾點(diǎn)：

（1）重復(fù)傳輸，從而有效地延長了整個(gè)信號碼元的整體傳輸時(shí)間。在對于碼元的重復(fù)傳輸過程當(dāng)中，其實(shí)站在本質(zhì)上來講，就是作為一個(gè)非常具有簡單化的信道編碼，盡管，已經(jīng)在很大程度上降低了整個(gè)信息的傳輸速率，但是，在對于解調(diào)以及譯碼過程當(dāng)中的可靠以及安全性上還是發(fā)揮著非常顯著的作用的，尤其是針對處于一種低信噪比的接受環(huán)境之下，則是更加發(fā)揮巨大的作用。例如：在較為理想之下的譯碼所出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率將其定制在10%左右，而隨著重復(fù)次數(shù)不斷地增加，這樣也就會(huì)在很大程度上降低整體譯碼出錯(cuò)的概率。如：在重復(fù)傳輸次數(shù)達(dá)到3的過程時(shí)，那么譯碼錯(cuò)誤的概率則是降低到了0.028，如果將重復(fù)傳輸次數(shù)上升到5時(shí)，那么譯碼錯(cuò)誤的概率則是降低到了0.008 6，如果將重復(fù)傳輸次數(shù)上升到7時(shí)，那么譯碼錯(cuò)誤的概率則是降低到了0.002 7，而在將重復(fù)傳輸次數(shù)增加到了9的過程當(dāng)中，那么譯碼錯(cuò)誤的概率則是降低到了0.000 89，以此類推，在將、將重復(fù)傳輸次數(shù)增加到了15的過程時(shí)，那么對于譯碼錯(cuò)誤的概率則已經(jīng)是被降低到了0.000 034。

（2）目前，我國現(xiàn)存在的TTΙ bundling以及HARQ重傳技術(shù)上，也是作為了延長整個(gè)信號碼元的傳輸時(shí)間的重要重傳技術(shù)之一，并且兩種重傳技術(shù)，也在VoLTE的商用網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，也已經(jīng)很好地證明自身是能夠有效改善整個(gè)信號覆蓋范圍的。

（3）根據(jù)NB-ΙoT自身業(yè)務(wù)需求的速率較低，所以，當(dāng)處于100 bps時(shí)，就已經(jīng)能夠在最大限度上滿足大部分業(yè)務(wù)所對其提出的各種要求，可以通過采用較為低階的調(diào)制技術(shù)，主要是有：BPSK，QPSK等或者是具有更短長度的CRC校驗(yàn)碼，這些都是能夠有效地滿足于大部分業(yè)務(wù)所對其提出的要求。

（4）在針對編碼等方面上來講，NB-ΙoT則主要是通過使用Turbo編碼等方式，對于GPRS上則主要是通過使用卷積碼，其主要優(yōu)勢特點(diǎn)體現(xiàn)在了，為了能夠盡可能的滿足于相關(guān)譯碼信噪比的各種需求上，能夠不斷將自身降低，與之對應(yīng)的覆蓋距離有3～4 dB的逐漸增強(qiáng)。

（5）對于延時(shí)眼球的降低以及在部分條件下能夠進(jìn)行物理信道覆蓋，則主要是通過采用功率增強(qiáng)等方式，這樣也是能夠在最大限度上幫助信號覆蓋的增強(qiáng)。

依照當(dāng)前對于MTC業(yè)務(wù)在各種不同的覆蓋增強(qiáng)技術(shù)領(lǐng)域，NB-ΙoT需要比GPRS至少增強(qiáng)到20 dB左右的，并且，還可以很好地支持更加低速率的業(yè)務(wù)，所以，碼元重復(fù)傳輸，在整個(gè)覆蓋增強(qiáng)手段當(dāng)中，占據(jù)著非常重要的地位，也是作為覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的主要手段之一。

在根據(jù)相關(guān)的重復(fù)傳輸對覆蓋增強(qiáng)量化仿真的結(jié)果當(dāng)中可以看出。有4 dB PSD功率提升的結(jié)果當(dāng)中，當(dāng)存在40次左右的重復(fù)傳輸則是為12 dB，而當(dāng)出現(xiàn)20次重復(fù)傳輸次數(shù)時(shí)，那么則呈現(xiàn)為10 dB，出現(xiàn)8次重復(fù)傳輸出次數(shù)當(dāng)中，則呈現(xiàn)為6.5 dB。而當(dāng)沒有PSD功率提升的結(jié)果當(dāng)中，當(dāng)出現(xiàn)重復(fù)傳輸次數(shù)為110次左右時(shí)，那么則是呈現(xiàn)出11.7 dB，當(dāng)出現(xiàn)重復(fù)傳輸次數(shù)為47次時(shí)，則呈現(xiàn)出8.7 dB，當(dāng)重復(fù)傳輸次數(shù)保持在24次左右時(shí)，那么其呈現(xiàn)6.7 dB，當(dāng)重復(fù)傳輸次數(shù)處于11此過程時(shí)，那么其呈現(xiàn)為3.7 dB。

5 仿真以及評估結(jié)果概述

第一種情況。在針對第一種情況當(dāng)中，主要是依照于官員3 GPP研究提案，對于獨(dú)立部署場景，從中科學(xué)合理地挑選出了以下兩種情況，一個(gè)是單個(gè)公司的仿真情況，另一個(gè)則是多個(gè)公司的仿真情況，將其兩者進(jìn)行對比。根據(jù)相關(guān)的鏈路級仿真結(jié)果中就可以得出了以下幾種結(jié)論：

（1）M-PBCH。主要是使用了30次重復(fù)傳輸，而其中將近會(huì)有10% BLER所對應(yīng)的SNR則是為-6.5 dB左右。

（2）M-PDSCH。上則主要是通過合理使用18次左右的重復(fù)傳輸，其中也是將近會(huì)有10%BLER所對應(yīng)的SNR則是為-6.5 dB左右，所對應(yīng)的M-PDSCH數(shù)據(jù)效率則是呈現(xiàn)為3.7 kbps左右。

（3）M-EPDCCH。則使用在為18次左右的重復(fù)傳輸，這其中將近會(huì)有10% BLER所對應(yīng)的SNR則是為-6.0 dB左右。

（4）對于M-PUSCH上，通常都會(huì)采取使用單載波的方式來進(jìn)行傳輸，其對應(yīng)的傳輸時(shí)間上則大約是為2 160 ms，而其中將近會(huì)有10%BLER所對應(yīng)的SNR則是為-5.5 dB左右，那么與之所對應(yīng)的M-PUSCH的數(shù)據(jù)效率則呈現(xiàn)為0.35 kbps。

在根據(jù)上文所傳輸出來的仿真結(jié)果，與之所對應(yīng)的覆蓋評估上則是數(shù)據(jù)速率在M-PDSCH當(dāng)中則是為3.7在M-PUSCH當(dāng)中則是為037，最大發(fā)射功率以及實(shí)際發(fā)射功率上在M-PDSCH以及M-PBCH當(dāng)中都是為43，而單獨(dú)在M-PUSCH當(dāng)中則是為23。對于熱噪聲功率密度上不管是在M-PDSCH以及M-PBCH還是在M-PUSCH上都是呈現(xiàn)出為-174。接收機(jī)噪聲系統(tǒng)在M-PDSCH以及M-PBCH當(dāng)中都是為5，而單獨(dú)在M-PUSCH當(dāng)中則是為3。

6 結(jié)語

現(xiàn)階段，對于覆蓋增強(qiáng)20 dB也是作為當(dāng)前關(guān)于NB-ΙoT的主要任務(wù)目標(biāo)之一，本文主要立足于接受當(dāng)前對于NB-ΙoT自身所具備的哪些基本特點(diǎn)之外，還重點(diǎn)分析了敢于利用NB-ΙoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋評估的主要方式，以及有效增強(qiáng)覆蓋的不同技術(shù)，重點(diǎn)闡述關(guān)于重復(fù)傳輸所為其帶來的良好覆蓋增益效果。

[1]黃海峰.華為余泉：2016年是NB-ΙoT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵年[J].通信世界，2016（5）：27-28.

[2]戴國華，余駿華. NB-ΙoT的產(chǎn)生背景、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J].移動(dòng)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

朱為玨 （1982— ），男，江蘇蘇州，碩士，工程師；研究方向：移動(dòng)通信。