關于NB-IoT物聯網覆蓋增強技術的分析

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）

關于NB-IoT物聯網覆蓋增強技術的分析

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）

我國科學技術不斷地發展進步，在很大程度上推動了覆蓋增強技術的發展進程。文章主要立足于NB-ΙoT物聯網覆蓋增強技術，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物聯網覆蓋增強技術研究問題上，提供一些參考性的建議。

NB-ΙoT；物聯網；覆蓋增強技術；分析總結

在隨著3GPP的第69次RAN全會當中，關于NB-ΙoT也已經成功地通過立項。在根據相關的立項文檔當中，對于3GPP標準組織，所重新擬制出來的一種較為全新的蜂窩物聯網技術，主要將其利用在我國一些現有的授權頻譜資源，其自身具有良好的覆蓋廣以及低功耗、速率等方面的特點，也使得其在能夠在最大限度上滿足于物聯網業務所對其提出的各種需求。

1 NB-IoT技術的主要特點概述

在根據我國對于NB-ΙoT已經達成的標準規范當中，其主要具備了以下幾方面的特點：

（1）其帶寬主要是為180 kHz，并且，跟我國現有的LTE系統當中的一個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存有的LTE網絡等相關資源，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、獨立模式、保護帶模式、帶內模式等等。

2 對于NB-IoT計劃實現以下目標

（1）能夠很好地實現廣域覆蓋以及深度覆蓋，在對于我國較為傳統的GPRS的技術上，能夠很好地增強將近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終端的資金投入成本，并且，使得每個終端都會少將近15元左右。

（4）有效地實現了低功耗、能耗等方面，當一直處于5 W h過程當中，能夠很好地為其提供將近10年的支持，上文當中所闡述的每一項目標，都是作為當前需要面對的重大考驗，而下文將重點闡述分析當前NB-ΙoT覆蓋增強技術。

3 覆蓋分析方法概述

本文當中，主要闡述以下幾種計算項目的移動網絡覆蓋評估分析，主要包括了：邏輯信道名稱、數據速率、發射機、發射功率、接收機、熱噪聲功率密度、接收機噪聲系統、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際密度，加上接收機噪聲的若干系數，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、接收機自身的靈敏度完全等于一個有效的噪聲功率加上所需要的信噪比、接收機處理增益、MCL等于發射功率減去接收機靈敏度再加上接收機處理的增益。這些計算項目當中，通常采用的是MCL也就是最大鏈路損耗。

對于MCL最大鏈路損耗的計算過程中主要是包括了：發射機功率在到無線空口路徑上的損耗，再到接收機靈敏度等于熱噪聲功率加上所需要的信噪比，最后再植入接收機處理增益當中。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上行、下行自身所覆蓋的范圍的。合理的通過適應MCL的計算方法，不光是能夠將上行自身所覆蓋范圍的大小進行評估，還能夠對下行自身所覆蓋范圍的大小也實現及時有效的評估。

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

在NB-ΙoT的各種物理信道當中，主要包含了控制以及業務兩種信道。相互之間也是存在著以下幾方面上的實時約定：（1）其所有的控制信貸的最終目標BLER都是要保持在10%。（2）對于帶內和保護帶的部署方式上來講，所采用的功率參數之間也是會存在著一定程度上的差異化。（3）在對于基準假定作為我國傳統的GPRS的MCL計算方式上，那么一定要將其取值合理的設定在為145 dB左右[2]。

4 NB-IoT覆蓋增強技術

綜上所述，只有真正通過利用有效調整參數，盡可能地增大MCL，才能夠在最大限度上滿足于NB-ΙoT物聯網覆蓋增強所對其提出的各種要求。在對于MTC業務自身的覆蓋增強方面，主要是有以下幾點：

（1）重復傳輸，從而有效地延長了整個信號碼元的整體傳輸時間。在對于碼元的重復傳輸過程當中，其實站在本質上來講，就是作為一個非常具有簡單化的信道編碼，盡管，已經在很大程度上降低了整個信息的傳輸速率，但是，在對于解調以及譯碼過程當中的可靠以及安全性上還是發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境之下，則是更加發揮巨大的作用。例如：在較為理想之下的譯碼所出現錯誤的概率將其定制在10%左右，而隨著重復次數不斷地增加，這樣也就會在很大程度上降低整體譯碼出錯的概率。如：在重復傳輸次數達到3的過程時，那么譯碼錯誤的概率則是降低到了0.028，如果將重復傳輸次數上升到5時，那么譯碼錯誤的概率則是降低到了0.008 6，如果將重復傳輸次數上升到7時，那么譯碼錯誤的概率則是降低到了0.002 7，而在將重復傳輸次數增加到了9的過程當中，那么譯碼錯誤的概率則是降低到了0.000 89，以此類推，在將、將重復傳輸次數增加到了15的過程時，那么對于譯碼錯誤的概率則已經是被降低到了0.000 034。

（2）目前，我國現存在的TTΙ bundling以及HARQ重傳技術上，也是作為了延長整個信號碼元的傳輸時間的重要重傳技術之一，并且兩種重傳技術，也在VoLTE的商用網絡當中，也已經很好地證明自身是能夠有效改善整個信號覆蓋范圍的。

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

（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，其主要優勢特點體現在了，為了能夠盡可能的滿足于相關譯碼信噪比的各種需求上，能夠不斷將自身降低，與之對應的覆蓋距離有3～4 dB的逐漸增強。

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

依照當前對于MTC業務在各種不同的覆蓋增強技術領域，NB-ΙoT需要比GPRS至少增強到20 dB左右的，并且，還可以很好地支持更加低速率的業務，所以，碼元重復傳輸，在整個覆蓋增強手段當中，占據著非常重要的地位，也是作為覆蓋增強技術的主要手段之一。

在根據相關的重復傳輸對覆蓋增強量化仿真的結果當中可以看出。有4 dB PSD功率提升的結果當中，當存在40次左右的重復傳輸則是為12 dB，而當出現20次重復傳輸次數時，那么則呈現為10 dB，出現8次重復傳輸出次數當中，則呈現為6.5 dB。而當沒有PSD功率提升的結果當中，當出現重復傳輸次數為110次左右時，那么則是呈現出11.7 dB，當出現重復傳輸次數為47次時，則呈現出8.7 dB，當重復傳輸次數保持在24次左右時，那么其呈現6.7 dB，當重復傳輸次數處于11此過程時，那么其呈現為3.7 dB。

5 仿真以及評估結果概述

第一種情況。在針對第一種情況當中，主要是依照于官員3 GPP研究提案，對于獨立部署場景，從中科學合理地挑選出了以下兩種情況，一個是單個公司的仿真情況，另一個則是多個公司的仿真情況，將其兩者進行對比。根據相關的鏈路級仿真結果中就可以得出了以下幾種結論：

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

（2）M-PDSCH。上則主要是通過合理使用18次左右的重復傳輸，其中也是將近會有10%BLER所對應的SNR則是為-6.5 dB左右，所對應的M-PDSCH數據效率則是呈現為3.7 kbps左右。

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

（4）對于M-PUSCH上，通常都會采取使用單載波的方式來進行傳輸，其對應的傳輸時間上則大約是為2 160 ms，而其中將近會有10%BLER所對應的SNR則是為-5.5 dB左右，那么與之所對應的M-PUSCH的數據效率則呈現為0.35 kbps。

在根據上文所傳輸出來的仿真結果，與之所對應的覆蓋評估上則是數據速率在M-PDSCH當中則是為3.7在M-PUSCH當中則是為037，最大發射功率以及實際發射功率上在M-PDSCH以及M-PBCH當中都是為43，而單獨在M-PUSCH當中則是為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上都是呈現出為-174。接收機噪聲系統在M-PDSCH以及M-PBCH當中都是為5，而單獨在M-PUSCH當中則是為3。

6 結語

現階段，對于覆蓋增強20 dB也是作為當前關于NB-ΙoT的主要任務目標之一，本文主要立足于接受當前對于NB-ΙoT自身所具備的哪些基本特點之外，還重點分析了敢于利用NB-ΙoT物聯網覆蓋評估的主要方式，以及有效增強覆蓋的不同技術，重點闡述關于重復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產業發展的關鍵年[J].通信世界，2016（5）：27-28.

[2]戴國華，余駿華. NB-ΙoT的產生背景、標準發展以及特性和業務研究[J].移動通信，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：移動通信。