鄧毅

【摘要】據(jù)匯總統(tǒng)計，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達到300億，市場空間將達到1.7萬億美元，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）應運而生。NB-IOT具有支持大規(guī)模連接、廣覆蓋、低功耗、低成本的特點，可以滿足各種業(yè)務需求，是未來由運營商主導的巨大增長點。本文對窄帶物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化方法和策略的研究進行了介紹。

【關鍵詞】窄帶物聯(lián)網(wǎng);多樣性;無線網(wǎng)絡優(yōu)化

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.03.003

優(yōu)化現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡必須考慮兩個方面：覆蓋范圍和容量。NB-IOT網(wǎng)絡雖然具有低功耗、廣覆蓋、低成本、低速率等特點，但對窄帶物聯(lián)網(wǎng)的容量需求并不高，因此在規(guī)劃NB網(wǎng)絡時，需要重點關注如何提高覆蓋率等方面。因此，覆蓋優(yōu)化可以分為三個階段：計劃優(yōu)化、工程優(yōu)化和運維優(yōu)化。

1. 窄帶物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展分析

作為物聯(lián)網(wǎng)通信技術的重要組成部分，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的現(xiàn)代化和創(chuàng)新受到業(yè)界的高度關注，并逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)通信領域的重點研究課題。合理利用窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術有助于短距離通信傳輸和廣域網(wǎng)通信傳輸，是3GPP標準組織提出的一種新型窄帶蜂窩通信技術。在建立3GPP標準的過程中，要建立SI以增加新技術，在不斷實踐和研究的過程中準備技術報告，并根據(jù)技術報告中記錄的研究結果設置相關工作項目。并且必須最終決定新技術。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術在其發(fā)展過程中也遵循這一基本過程。

1.2 維持窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀

隨著時代的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)通信技術的發(fā)展取得了優(yōu)異的成績，移動終端的普及范圍進一步擴大。近來，物聯(lián)網(wǎng)通信技術正在從傳統(tǒng)的人與人的通信向人與物的通信，甚至物與物的通信轉變。在現(xiàn)代通信領域，窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的應用越來越普遍，成為物聯(lián)網(wǎng)通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的一部分。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術研發(fā)的主要目的是幫助解決遠距離通信過程中遇到的各種問題，提高信號遠距離通信，降低物聯(lián)網(wǎng)通信能耗，從而有效解決問題。進一步提高多終端通信和信號遠距離通信的效率和質(zhì)量。

此外，針對目前窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的使用，完美實現(xiàn)了低能耗、低成本、高效率、高覆蓋的基本特性，實際應用效果遠高于其他類型物聯(lián)網(wǎng)通信技術。它是一種新型便捷的通信技術，具有適應性強、傳播范圍廣、傳播效率高等優(yōu)點。

2. 如何優(yōu)化窄帶物聯(lián)網(wǎng)

2.1 技術原理

NB-IoT的覆蓋優(yōu)化可以從規(guī)劃優(yōu)化、工程優(yōu)化、運維優(yōu)化三個方面進行。規(guī)劃優(yōu)化主要考慮事前需求分析、規(guī)模估算、選址和規(guī)劃模擬，還應考慮清頻測試。工程優(yōu)化主要考慮通過DT/CQT等方式完成單點部署，結合天饋調(diào)整、射頻優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化，提高網(wǎng)絡覆蓋。代表射頻優(yōu)化和網(wǎng)絡覆蓋參數(shù)優(yōu)化，提高覆蓋。這三種優(yōu)化針對不同的階段，具有不同的側重點，使用的優(yōu)化方法也不同。

2.2 技術方案

2.2.1 優(yōu)化方案

窄帶物聯(lián)網(wǎng)，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求，確定規(guī)劃目標，制定頻率規(guī)劃、覆蓋規(guī)劃、參數(shù)及傳輸需求規(guī)劃等方面，并進行工程建設規(guī)劃。大部分規(guī)劃內(nèi)容可以參考現(xiàn)有的GSM或LTE網(wǎng)絡。由于窄帶物聯(lián)網(wǎng)帶寬為180kHz，覆蓋范圍比現(xiàn)有的GSM900或同頻段LTE網(wǎng)絡更強，覆蓋范圍擴大100倍，最大增益20dBm。物聯(lián)網(wǎng)通過現(xiàn)有網(wǎng)絡進行，以降低投資成本，主要有三種部署方式：

帶內(nèi)：必須建在現(xiàn)有網(wǎng)絡帶寬內(nèi)，增加現(xiàn)有設備功率，占用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源。

Out-of-Band Interval：置于現(xiàn)網(wǎng)帶寬之外，與現(xiàn)網(wǎng)有頻率間隔，功率獨立配置，不依賴現(xiàn)網(wǎng)。

無帶外間隔：置于現(xiàn)網(wǎng)帶寬之外，與現(xiàn)網(wǎng)無頻隙，提高現(xiàn)網(wǎng)設備功率，不占用現(xiàn)網(wǎng)資源。規(guī)劃好頻率、參數(shù)、施工方案后，就可以根據(jù)施工方案開始執(zhí)行，然后優(yōu)化項目。

2.2.2 項目優(yōu)化

工程優(yōu)化建設完成后，主要設備建設問題可以考慮升級現(xiàn)有設備或建設新的主要設備。在整個系統(tǒng)中，天饋系統(tǒng)非常重要。在選擇天線時，堅持原則性能第一，同時要兼顧施工難度。NB-IOT業(yè)務功能，包括單站點場景下的業(yè)務功能、性能驗證和覆蓋驗證，根據(jù)射頻功能和覆蓋功能的驗證測試，以及多站點場景下的業(yè)務功能、覆蓋和干擾性能驗證。從測試結果對比規(guī)劃參數(shù)設置，進行個性化修改以滿足業(yè)務需求、覆蓋需求等，完成項目優(yōu)化。項目優(yōu)化完成后交付使用，NBIOT基站接入網(wǎng)絡供商業(yè)用戶使用，開始運維優(yōu)化。

2.2.3 運維優(yōu)化

接入商用用戶進入運維優(yōu)化階段，網(wǎng)絡優(yōu)化調(diào)優(yōu)從覆蓋優(yōu)化和干擾優(yōu)化轉向鄰區(qū)優(yōu)化，重點保障用戶服務質(zhì)量。NB-IOT網(wǎng)絡不需要一直連接，需求量小，因此很難收集NB終端上報的MR數(shù)據(jù)，進行類似于234G MR的覆蓋評估。對此，本文重點介紹了窄帶物聯(lián)網(wǎng)運維的一套優(yōu)化方法和策略。

2.3 優(yōu)化策略

2G、3G、4G時代，除了穿越測試，還有MR覆蓋評估系統(tǒng)，MR分析功能對上下行電平、上下行質(zhì)量、上下行質(zhì)量進行分析匯總。移動臺上報的Test cell Timing Advance（Tadv）分布和鏈路平衡信息可以根據(jù)這些信息直觀的了解小區(qū)的載頻和覆蓋范圍和質(zhì)量。無線電鏈路信息的系統(tǒng)處理和可視化顯示有助于解決隱藏在網(wǎng)絡中的眾多缺陷。NB-IOT網(wǎng)絡沒有這個功能，但是NB-IOT的網(wǎng)絡覆蓋范圍可以參考MR模式來分析。

根據(jù)協(xié)議，目前只有FDD-LTE系統(tǒng)支持NB-IOT技術。高層協(xié)議設計繼續(xù)使用LTE協(xié)議，增強了小數(shù)據(jù)包、低功耗和大連接能力。核心網(wǎng)部分基于S1接口連接，支持獨立部署和升級。因此，NB-IOT技術可以理解為FDDLTE技術的簡化版。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)的部署特點，現(xiàn)有的接入技術不能滿足深度覆蓋的要求，同等條件下必須比已部署的GSM/LTE網(wǎng)絡的場強20dB。上下行物理信道格式和調(diào)制規(guī)范的重新定義，使得上下行控制信息和業(yè)務信息可以在更窄的帶寬上發(fā)送，從而在相同的發(fā)射功率下獲得更大的功率譜密度（PSD）增益。因此，通過構建類比模型，可以通過將現(xiàn)網(wǎng)升級型NB-IOT網(wǎng)絡的覆蓋范圍提高20dB來反饋NB網(wǎng)絡的覆蓋效果。

MR是從UE/NodeB/RNC上報的周期性測量報告或切換誘導事件報告中提取的信息，這些測量報告包括上行和下行無線鏈路，包括RSCP、ISCP、BLER和發(fā)射功率。定位網(wǎng)絡問題、分析網(wǎng)絡覆蓋和優(yōu)化鄰居的無線基礎。目前主要包括23個測量，主要分為專用測量和公共測量，根據(jù)測量對象可以分為UE測量、NodeB測量和RNC測量。其中，UE測量了12個，NodeB測量了9個，RNC測量了2個。這些測量集中在三個類別上：RSRP、RSRQ和定時提前（TaDv），可用于評估LTE小區(qū)的覆蓋范圍?？梢愿鶕?jù)不同場強區(qū)間的分布比例確定小區(qū)的大致覆蓋范圍，用于識別小區(qū)的盲點/弱覆蓋區(qū)域，通過信源的RSRP進行導頻污染分析。

參考信號接收質(zhì)量（RSRQ）。E-UTRA載波RSSI是UE從所有資源塊源觀察到的總接收功率（w）的線性平均值，包括公共信道服務和非服務小區(qū)信號、相鄰信道干擾、熱噪聲等。RSRQ是信號強度和干擾的組合。該數(shù)據(jù)可用于判斷基站下行參考信號的接收質(zhì)量，以及判斷和分析小區(qū)間切換和重選。

時間推進（Tadv）。用戶設備用于調(diào)整其主小區(qū)的上行傳輸時間。測量數(shù)據(jù)可用于確定UE與基站的距離，實現(xiàn)小區(qū)覆蓋分析，調(diào)查基站覆蓋區(qū)域是否合理，是否存在過覆蓋、陰影覆蓋等問題。

在隨機接入過程中，eNodeB通過測量接收到的導頻信號確定時間提前量，時間提前量的取值范圍為（0，1，2，1282）16ts;在RRC連接狀態(tài)下，eNodeB基于測量對應ue的上行傳輸來確定每個UE的ta調(diào)整值，范圍為（0，1，2，63）16Ts。這次獲得的時間提前量是上次記錄的時間提前量與該eNodeB測量的調(diào)整值之和。假設在現(xiàn)有的網(wǎng)絡磁共振統(tǒng)計中，某一點的RSRP強度為AdBm。那么，NB-IOT網(wǎng)絡此時的RSRP強度B可以寫成：B=AdBm+20Db（公式1）。一般來說，覆蓋率是由大于某個值的磁共振統(tǒng)計量來衡量的。例如某基站小區(qū)（RSRP100）的MR覆蓋率為90%。然后，基于公式1，可以簡單地認為NB小區(qū)（RSRP80）的覆蓋率為90%。因此，通過公式1作為介質(zhì)，可以計算所有NB小區(qū)的MR覆蓋率。對于覆蓋距離，基于現(xiàn)有網(wǎng)絡Tadv，通過鏈路預算計算最大道路損耗MAPL。MAPL=（發(fā)射功率增益發(fā)射損耗）+（接收增益接收損耗靈敏度）-其他損耗簡化后：L=42.6+26lgd+20lgf（公式2）?；谝陨?，在頻率固定的情況下，路徑損耗增加20dB，覆蓋距離可以擴大100倍。因此，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋能力遠高于現(xiàn)有的GSM/LTE網(wǎng)絡。

綜述，在評估NB-IOT網(wǎng)絡的覆蓋范圍時，可以用現(xiàn)有網(wǎng)絡的覆蓋范圍來表征。例如，NBIoT網(wǎng)絡RSRP-100dBm的統(tǒng)計覆蓋率可以參考現(xiàn)有網(wǎng)絡LTE_RSRP-120dBm的覆蓋率來呈現(xiàn)，該方法是目前反映NB-IOT覆蓋指數(shù)最有效的方法之一。

3. 結語

作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)新技術，NB-IOT是目前國內(nèi)運營商密切關注的業(yè)務增長點。在物聯(lián)網(wǎng)市場，誰能更快建網(wǎng)，提供更好的網(wǎng)絡服務，誰就一定能在龐大的物聯(lián)網(wǎng)市場中分得最大的“蛋糕”。那么，從建設到優(yōu)化階段，借鑒現(xiàn)有網(wǎng)絡優(yōu)化的經(jīng)驗，將有助于NB_IoT快速建立網(wǎng)絡運營。

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