窄帶物聯網的無線網絡優化方法研究

趙清 陳祥 張順 陳歡

摘 要 據統計，2020年物聯網連接將達到300億，市場空間將達1.7萬億美元，窄帶物聯網（NB-IOT）應運而生。NB-IOT具備支持海量連接、廣覆蓋、低功耗、低成本等特點，能滿足多樣化的業務需求，是運營商未來業務驅動的巨大增長點。對此，當前針對窄帶物聯網的優化手段及策略的研究顯得十分重要。

關鍵詞 窄帶物聯網；多樣性；無線網絡優化

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）213-0138-02

在傳統無線網絡優化中，需要從覆蓋和容量兩個方面進行考慮。NB-IOT網絡具備低功耗、廣覆蓋、低成本、低速率等特點，而窄帶物聯網對于容量方面的需求不高，那么在進行NB網絡規劃時就需要重點考慮如何提升覆蓋等方面的問題了。因此，覆蓋優化可以按照階段的不同分為規劃優化、工程優化和運維優化3個方面。

1 窄帶物聯網的優化方法

1.1 技術原理

窄帶物聯網的覆蓋優化可以從規劃優化、工程優化和運維優化3個方面進行。規劃優化主要考慮前期需求分析、規模估算、站點選擇和規劃仿真，同時還需考慮清頻測試；工程優化主要考慮單點建設完成后，通過DT/CQT等方式，結合天饋調整，RF優化和參數優化來提升網絡覆蓋；運維優化是指在工程優化結束后，商用的情況下，對網絡覆蓋進行RF優化和參數優化來提升網絡覆蓋。三種優化針對的階段不同，側重點也不同，采用的優化手段也有區別。

1.2 技術方案

1.2.1 規劃優化

窄帶物聯網基于物聯網業務需求，確定規劃的目標，制定頻率規劃、覆蓋規劃、參數和傳輸需求規劃等方面內容，建立工程建設方案等。大部分的規劃內容可以參考現有GSM或者LTE網絡進行。窄帶物聯網帶寬180kHz，因此在同樣的頻段下，比現有GSM900或者LTE網絡覆蓋更強，增益最大可達20dBm，覆蓋提升100倍；另外窄帶物聯網基于現有網絡進行承載，減少投入成本，部署方式主要有以下3種。

1）帶內：部署在現有網絡帶寬內，在現有設備上功率增強，需要占用現有網絡資源。

2）帶外有間隔：部署在現有網絡帶寬外，并且和現有網絡有頻率間隔，功率獨立配置，可以不依賴現有網絡。

3）帶外無間隔：部署在現有網絡帶寬外，和現有網絡無頻率間隔，在現有設備上功率增強，不需要占用現有網絡資源。規劃好頻率、參數以及建設方案后，就可以開始按照建設方案執行，然后進行工程優化。

1.2.2 工程優化

工程優化在建設完成后，主設備建設的問題可考慮在現有設備上升級或者新建主設備，在整個系統中，天饋系統會顯得非常重要，在天線選擇時要堅持性能優先原則，同時考慮施工難易程度。按照NB-IOT業務能力，射頻能力和覆蓋能力進行驗證測試，包括單站場景下，業務能力、性能驗證和覆蓋范圍驗證；多站場景下，業務能力，覆蓋范圍和干擾性能驗證等。從測試的結果，對比規劃的參數設置，做個性化的修改，滿足業務需求，覆蓋要求等，即完成工程優化。工程優化完成后交付使用，NBIOT基站入網使用，接入商用用戶，即開始運維優化。

1.2.3 運維優化

一旦接入商業用戶，就進入運維優化階段，網絡優化調整從覆蓋優化，干擾鄰區等優化轉移到側重保證用戶服務質量等方面。NB-IOT網絡并不需要時時保持連接，需求量也較小，故采集NB終端上報的MR數據，做類似234G MR覆蓋評估難以實現。對此，本文重點研究了一套窄帶物聯網的運維優化方法及策略。

1.3 優化策略

在2G、3G、4G時代，衡量網絡覆蓋好壞的手段除了遍歷測試外還有MR覆蓋率評估體系，MR分析功能通過分析和匯總移動臺上報的測試小區的上下行電平、上下行質量、Tadv （Timing Advance）分布和鏈路平衡信息，根據這些信息直觀地了解載頻及小區的覆蓋、質量等情況。通過系統處理和直觀展現無線鏈路信息能夠協助解決網絡中大量的隱性故障問題。NB-IOT網絡不具備這個功能，但可通過借鑒MR模式來分析NB-IOT的網絡覆蓋情況。

協議規定，目前僅FDD-LTE系統支持NB-IOT技術。高層協議設計沿用LTE協議，針對其小數據包、低功耗和大連接特性進行功能增強。核心網部分基于S1接口連接，支持獨立部署和升級兩種方式。因此NB-IOT技術可理解為一種簡化版的FDDLTE技術。

針對物聯網的部署特點，現有接入技術不滿足深度覆蓋需求，需比同等條件部署的GSM/LTE網絡場強增強20dB的要求。通過上下行物理信道格式，調制規范的重新定義，使得上下行控制信息和業務信息可以在更窄的帶寬中發送，從而在相同發射功率下的PSD（power spectrum density）獲得的增益更大。

因此，通過建立類比模型，在現有網絡升級基礎上的NB-IOT網絡的覆蓋情況可以用現有網絡覆蓋抬升20dB來反饋NB網絡的覆蓋效果。

MR由從UE/NodeB/RNC的上報的周期測量報告或者是觸發切換的事件報告中提取的信息組成，這些測量報告攜帶了上下行無線鏈路的相關信息，包括RSCP、ISCP、BLER和發射功率等，這些信息為網絡問題定位、網絡覆蓋分析和鄰區優化等提供無線依據。

目前主要包括23種測量，分為專用測量和公共測量，從測量主體可以分為：UE測量、NodeB測量和RNC測量。其中，UE測量的有12項，NodeB測量的有9項，RNC測量的有2項。在這些測量中，重點關注：RSRP、RSRQ和TaDv（Timing advance）等三類，可用于評估LTE小區的覆蓋情況。根據不同場強區間分布比例，可判斷該小區的大致覆蓋范圍；用于檢查小區覆蓋盲點/弱覆蓋區域；通過源小區和鄰區RSRP可進行導頻污染分析。

1）參考信號接收質量 （RSRQ）。E-UTRA 載波接收信號場強指示（E-UTRA Carrier RSSI），為UE從所有資源塊源上觀察到的總接收功率（W）的線性平均，包括公共信道服務和非服務小區信號，相鄰信道干擾，熱噪聲等。RSRQ是信號強度和干擾相結合的效果呈現，該數據可用于判斷基站下行參考信號接收質量，用于小區間切換和重選的判斷和分析。

2）時間提前量（Tadv）。Timing advance，UE用于調整其主小區PUCCH/PUSCH/SRS上行發送的時間。該測量數據可用于確定UE距離基站的遠近，實現小區的覆蓋分析，考察基站的覆蓋區域是否合理，是否存在過覆蓋和覆蓋陰影區等問題。

（1）在隨機接入過程，eNodeB通過測量接收到導頻信號來確定時間提前值，時間提前量取值范圍為（0， 1， 2， ...， 1282）×16Ts；

（2）在RRC連接狀態下，eNodeB基于測量對應UE的上行傳輸來確定每個UE的TA調整值，范圍為（0， 1， 2，...， 63）×16Ts。本次得到時間提前量即為上次記錄的時間提前量與本次eNodeB測量得到的調整值之和。

假設，現有網絡MR統計中，某個點位的RSRP強度為AdBm。那么，該點的NB-IOT網絡RSRP強度B可以記為：B=AdBm+20Db（公式1）。

通常，以MR統計大于某個特定值來衡量覆蓋的好壞。例如，某個基站小區MR覆蓋率（RSRP≥-100）為90%。那么基于公式1，可以簡單認為NB小區的覆蓋率（RSRP≥-80）為90%。因此，通過公式1作為媒介，可以推算出所有NB小區的MR覆蓋率。

對于覆蓋距離，在現網Tadv基礎上，通過鏈路預算計算最大路損MAPL。

MAPL = （Tx power gain – Tx loss） + （Rx gain – Rx loss – Sensitivity） – Other Loss

簡化后：L=42.6+26lgd+20lgf（公式2）

基于以上，在頻率一定，路損增加20dB，覆蓋距離可擴大100倍。因此，窄帶物聯網的覆蓋能力要遠高于現有GSM/LTE網絡。

綜上，在評估NB-IOT網絡覆蓋率時，可以借助現有網絡的覆蓋率來進行表征。比如，統計NBIoT網絡RSRP≥-100dBm覆蓋率，完全可參照現網LTE_RSRP≥-120dBm的覆蓋率來呈現。此方法不失為目前反映窄帶物聯網（NB-IOT）覆蓋指標最為行之有效的方法之一。

2 結論

窄帶物聯網（NB-IOT）作為一種新興的蜂窩物聯網技術是目前國內運營商非常關注的一個業務增長驅動點。在物聯網市場，誰能更快建網，提供更好的網絡服務，誰必將分得物聯網龐大市場中最大的一塊“蛋糕”。那么，從建設到優化階段，借鑒現網優化經驗，將助力于NB_IoT的快速建網運營。

參考文獻

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