窄带物联网技术优化建设研究

窄带物联网技术优化建设研究
发表时间：2018-11-22T18:03:15.257Z 来源：《防护工程》2018年第22期作者：刘远文
[导读] 随着物联网的飞速发展，窄带物联网技术（NB-IOT）因功耗低、覆盖广的优点，越来越受到人们的关注。

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摘要：随着物联网的飞速发展，窄带物联网技术（NB-IOT）因功耗低、覆盖广的优点，越来越受到人们的关注。

文章就窄带物联网的无线网络优化建设的方法展开研究，以期为窄带物联网的建设提供参考。

关键词：窄带物联网；规划优化；工程优化；运维优化
物联网是新一代科学技术的高度融合和实际应用，是我国战略性新兴产业的重要组成部分。

窄带物联网NB-IoT是新一代物联网通信协议，以其低功耗、广覆盖等技术优势，成为当下炙手可热的物联网通信技术，受到众多电信运营商的青睐，成为运营商关注的焦点。

1.窄带物联网的优化方法
1.1 技术原理
窄带物联网的覆盖优化可以从规划优化、工程优化和运维优化3 个方面进行。

规划优化主要考虑前期需求分析、规模估算、站点选择和规划仿真，同时还需考虑清频测试；工程优化主要考虑单点建设完成后，通过DT/CQT 等方式，结合天馈调整，RF 优化和参数优化来提升网络覆盖；运维优化是指在工程优化结束后，商用的情况下，对网络覆盖进行RF 优化和参数优化来提升网络覆盖。

三种优化针对的阶段不同，侧重点也不同，采用的优化手段也有区别[1]。

1.2 技术方案
1.2.1 规划优化
窄带物联网基于物联网业务需求，确定规划的目标，制定频率规划、覆盖规划、参数和传输需求规划等方面内容，建立工程建设方案等。

大部分的规划内容可以参考现有GSM 或者LTE 网络进行。

窄带物联网带宽180kHz，因此在同样的频段下，比现有GSM900 或者LTE 网络覆盖更强，增益最大可达20dBm，覆盖提升100 倍；另外窄带物联网基于现有网络进行承载，减少投入成本，部署方式主要有以下3种。

（1）带内：部署在现有网络带宽内，在现有设备上功率增强，需要占用现有网络资源。

（2）带外有间隔：部署在现有网络带宽外，并且和现有网络有频率间隔，功率独立配置，可以不依赖现有网络。

（3）带外无间隔：部署在现有网络带宽外，和现有网络无频率间隔，在现有设备上功率增强，不需要占用现有网络资源。

规划好频率、参数以及建设方案后，就可以开始按照建设方案执行，然后进行工程优化[2]。

1.2.2 工程优化
工程优化在建设完成后，主设备建设的问题可考虑在现有设备上升级或者新建主设备，在整个系统中，天馈系统会显得非常重要，在天线选择时要坚持性能优先原则，同时考虑施工难易程度。

按照NB-IOT 业务能力，射频能力和覆盖能力进行验证测试，包括单站场景下，业务能力、性能验证和覆盖范围验证；多站场景下，业务能力，覆盖范围和干扰性能验证等。

从测试的结果，对比规划的参数设置，做个性化的修改，满足业务需求，覆盖要求等，即完成工程优化。

工程优化完成后交付使用，NBIOT基站入网使用，接入商用用户，即开始运维优化。

1.2.3 运维优化
一旦接入商业用户，就进入运维优化阶段，网络优化调整从覆盖优化，干扰邻区等优化转移到侧重保证用户服务质量等方面。

NB-IOT 网络并不需要时时保持连接，需求量也较小，故采集NB 终端上报的MR 数据，做类似234G MR 覆盖评估难以实现。

对此，本文重点研究了一套窄带物联网的运维优化方法及策略。

1.3 优化策略
在2G、3G、4G 时代，衡量网络覆盖好坏的手段除了遍历测试外还有MR 覆盖率评估体系，MR 分析功能通过分析和汇总移动台上报的测试小区的上下行电平、上下行质量、Tadv（Timing Advance）分布和链路平衡信息，根据这些信息直观地了解载频及小区的覆盖、质量等情况。

通过系统处理和直观展现无线链路信息能够协助解决网络中大量的隐性故障问题。

NB-IOT 网络不具备这个功能，但可通过借鉴MR 模式来分析NB-IOT 的网络覆盖情况[3]。

协议规定，目前仅FDD-LTE 系统支持NB-IOT技术。

高层协议设计沿用LTE 协议，针对其小数据包、低功耗和大连接特性进行功能增强。

核心网部分基于S1 接口连接，支持独立部署和升级两种方式。

因此NB-IOT 技术可理解为一种简化版的FDDLTE技术。

针对物联网的部署特点，现有接入技术不满足深度覆盖需求，需比同等条件部署的GSM/LTE 网络场强增强20dB 的要求。

通过上下行物理信道格式，调制规范的重新定义，使得上下行控制信息和业务信息可以在更窄的带宽中发送，从而在相同发射功率下的PSD（power spectrum density）获得的增益更大。

因此，通过建立类比模型，在现有网络升级基础上的NB-IOT 网络的覆盖情况可以用现有网络覆盖抬升20dB 来反馈NB 网络的覆盖效果。

MR 由从UE/NodeB/RNC 的上报的周期测量报告或者是触发切换的事件报告中提取的信息组成，这些测量报告携带了上下行无线链路的相关信息，包括RSCP、ISCP、BLER 和发射功率等，这些信息为网络问题定位、网络覆盖分析和邻区优化等提供无线依据。

目前主要包括23 种测量，分为专用测量和公共测量，从测量主体可以分为：UE 测量、NodeB 测量和RNC 测量。

其中，UE 测量的有12 项，NodeB测量的有9 项，RNC 测量的有2 项。

在这些测量中，重点关注：RSRP、RSRQ 和TaDv（Timing advance）等三类，可用于评估LTE 小区的覆盖情况。

根据不同场强区间分布比例，可判断该小区的大致覆盖范围；用于检查小区覆盖盲点/ 弱覆盖区域；通过源小区和邻区RSRP 可进行导频污染分析。

（1）参考信号接收质量（RSRQ）。

E-UTRA 载波接收信号场强指示（E-UTRA Carrier RSSI），为UE 从所有资源块源上观察到的总接收功率（W）的线性平均，包括公共信道服务和非服务小区信号，相邻信道干扰，热噪声等。

RSRQ 是信号强度和干扰相结合的效果
呈现，该数据可用于判断基站下行参考信号接收质量，用于小区间切换和重选的判断和分析。

（2）时间提前量（Tadv）。

Timing advance，UE用于调整其主小区PUCCH/PUSCH/SRS 上行发送的时间。

该测量数据可用于确定UE 距离基站的远近，实现小区的覆盖分析，考察基站的覆盖区域是否合理，是否存在过覆盖和覆盖阴影区等问题。

（3）在随机接入过程，eNodeB 通过测量接收到导频信号来确定时间提前值，时间提前量取值范围为（0，1，2， (1282)
×16Ts；
（4）在RRC 连接状态下，eNodeB 基于测量对应UE 的上行传输来确定每个UE 的TA 调整值，范围为（0，1，2，...，63）×16Ts。

本次得到时间提前量即为上次记录的时间提前量与本次eNodeB测量得到的调整值之和。

假设，现有网络MR 统计中，某个点位的RSRP强度为AdBm。

那么，该点的NB-IOT 网络RSRP 强度B 可以记为：B=AdBm+20Db （公式1）。

通常，以MR 统计大于某个特定值来衡量覆盖的好坏。

例如，某个基站小区MR 覆盖率（RSRP ≥ -100）为90%。

那么基于公式1，可以简单认为NB 小区的覆盖率（RSRP ≥ -80）为90%。

因此，通过公式1 作为媒介，可以推算出所有NB 小区的MR 覆盖率。

对于覆盖距离，在现网Tadv 基础上，通过链路预算计算最大路损MAPL。

MAPL =（Tx power gain – Tx loss）+（Rxgain – Rx loss – Sensitivity）– OtherLoss 图1
简化后：L ＝ 42.6+26lgd+20lgf（公式2）基于以上，在频率一定，路损增加20dB，覆盖距离可扩大100 倍。

因此，窄带物联网的覆盖能力要远高于现有GSM/LTE 网络[4]。

综上，在评估NB-IOT 网络覆盖率时，可以借助现有网络的覆盖率来进行表征。

比如，统计NBIoT网络RSRP ≥ -100dBm 覆盖率，完全可参照现网LTE_RSRP ≥ -120dBm 的覆盖率来呈现。

此方法不失为目前反映窄带物联网（NB-IOT）覆盖指标最为行之有效的方法之一。

2.结论
总之，窄带物联网NB-IoT将成为国内三大运营商抢占物联网市场的主战场之一。

从建设到优化阶段，借鉴现网优化经验，将助力于NB_IoT 的建网运营，抢占市场份额。

本研究就窄带物联网NB-IoT规划优化、工程优化和运维优化3 个方面进行覆盖优化研究，所得结论具有一定的工程价值。

参考文献：
[1] 庄思敏. 新时期NB窄带物联网优化策略研究[J]. 信息通信，2018（3）.
[2] 刘毅，孔建坤，牛海涛，等. 窄带物联网技术探讨[J]. 通信技术，2016，49（12）：1671-1675.
[3] 杨晓鸣，孙晓亮. 运营商窄带物联网部署实现探讨[J]. 电信工程技术与标准化，2018（1）：84-88.
[4] 李宏伟，孔力，杨真. NB-IoT网络部署分析[C]// 2016广东蜂窝物联网发展论坛专刊. 2016.。