基于NB-IoT技術(shù)的單站覆蓋仿真分析及驗(yàn)證

陳巍

（中國(guó)電信股份有限公司福州分公司無線網(wǎng)絡(luò)中心，福建 福州 350001）

基于NB-IoT技術(shù)的單站覆蓋仿真分析及驗(yàn)證

陳巍

（中國(guó)電信股份有限公司福州分公司無線網(wǎng)絡(luò)中心，福建 福州 350001）

良好的無線覆蓋是保障移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和指標(biāo)的前提。本文通過分析NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的主要性能特點(diǎn)，選取經(jīng)驗(yàn)SPM傳播模型進(jìn)行單站覆蓋仿真，并通過實(shí)地路測(cè)結(jié)果來驗(yàn)證仿真結(jié)果，為后續(xù)的合理組網(wǎng)打下基礎(chǔ)。

NB-IoT；射頻仿真；單站路測(cè)

1 概述

良好的無線覆蓋是保障移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和指標(biāo)的前提。良好的覆蓋控制和干擾控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能意義重大。實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，應(yīng)該結(jié)合上述內(nèi)容，采取各種措施來盡量避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。本文描述了基于800M LTE的NB IoT無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的單站覆蓋分析以及基于單站測(cè)試所做的仿真模型參數(shù)驗(yàn)證，重點(diǎn)解釋了“無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題產(chǎn)生的原因”中的問題。

2 中國(guó)電信NB IoT系統(tǒng)特點(diǎn)

2.1 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)定義覆蓋增強(qiáng)

MCL（Maximum Coupling Loss）為最大耦合損耗，定義為發(fā)射機(jī)功率-接收機(jī)靈敏度；

MCL=Max Tx power-eNB Sensitivity

DL MCL=DL Max Tx power-UE Sensitivity

UL MCL=UL Max Tx power–eNB Sensitivity

協(xié)議規(guī)定了3種MCL覆蓋等級(jí)：144dB、154dB、164dB；

協(xié)議要求NB-IoT覆蓋能力比GPRS大20dB，GPRS的MCL最大為144dB，因此NB-IoT的MCL最低需滿足164dB。

2.2 基于終端業(yè)務(wù)的覆蓋分析

不同的業(yè)務(wù)，有不同的邊緣速率要求，再對(duì)應(yīng)不同的覆蓋等級(jí)。邊緣覆蓋目標(biāo)建議按照MCL 154dB規(guī)劃智能抄表、POS機(jī)、智能家居的事件觸發(fā)型業(yè)務(wù)對(duì)速率要求較高，NB-IoT終端只有部署在Stand-alone MCL<154dB的覆蓋范圍內(nèi)才能滿足上行速率要求，如果只考慮較低的業(yè)務(wù)速率和覆蓋需求，則NB-IoT網(wǎng)絡(luò)邊緣覆蓋目標(biāo)可以按照MCL 164dB規(guī)劃。

根據(jù)MCL覆蓋等級(jí)的不同，可以制定出NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)：

高標(biāo)準(zhǔn)，滿足MCL=144dB

一般標(biāo)準(zhǔn)，滿足MCL=154dB

低標(biāo)準(zhǔn)，滿足MCL=164dB

假設(shè)SA模式下，RS功率為32.2dBm（載頻功率為2X10W），那么三種標(biāo)準(zhǔn)下，RSRP最小電平如表1所示。

表1 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)（表格引用自《中興通訊NB-IoT技術(shù)簡(jiǎn)介和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃v1.0》）

需要重點(diǎn)關(guān)注室外RSRP=-112dBm的覆蓋邊界，只有室外RSRP>=-112dBm的區(qū)域，才能具備NB IoT的接入條件。

3 單站覆蓋仿真

3.1 傳播模型選擇

無線傳播模型有多種形式和適用范圍，需要合理選擇。我們選擇的是經(jīng)驗(yàn)SPM傳播模型。

SPM模型適用于從150MHz到2GHz比較寬的頻率范圍，也適用于密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村的各種無線環(huán)境。

Path Loss=K1+K2log(d)+K3log(Htxeff)+K4Diffration+K5log(d)log(Htxeff)+K6(HRxeff)+Kclutterf(clutter)

表2 SPM模型參數(shù)

SPM傳播模型中，K1和K2取值非常重要，這兩個(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性影響很大：

因?yàn)樵诶脗鞑ツＰ陀?jì)算路損的時(shí)候，主要關(guān)注的是終端在離發(fā)射機(jī)不同位置的情況下，可以獲得多大的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。而其他因素，如天線高度、衍射損耗系數(shù)等，在固定場(chǎng)景下認(rèn)為是不會(huì)發(fā)生變化的。

根據(jù)仿真使用的福州地圖的地形地貌，選擇模型參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值：

表3 模型參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值（表格引用自《中興通訊傳播模型參數(shù)及映射關(guān)系表（2013年）》）

3.2 單站覆蓋測(cè)試

為了驗(yàn)證仿真模型選擇的參數(shù)是否合適，我們?cè)贜B IoT試驗(yàn)站點(diǎn)開通之后進(jìn)行了單站覆蓋測(cè)試。測(cè)試過程中，使用的是中興公司開發(fā)的NB IoT專用路測(cè)軟件ZBOX-NB。

4 仿真和測(cè)試結(jié)果

4.1 對(duì)比分析

圖1 仿真和單站覆蓋測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

如圖1所示，在單站驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)主要分布的8個(gè)區(qū)域中，6個(gè)區(qū)域的測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果吻合（綠色框框區(qū)域1到6）。從單站覆蓋測(cè)試結(jié)果上看，RSRP的覆蓋和仿真結(jié)果契合度較高。

4.2 仿真誤差說明

導(dǎo)致仿真誤差的主要原因如下：

實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段RF參數(shù)與仿真設(shè)計(jì)階段的輸入存在不可避免的誤差；

考慮仿真軟件的運(yùn)算效率和可實(shí)現(xiàn)性，仿真軟件算法與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)在資源分配、調(diào)度等方面存在不可避免的差異；

無線環(huán)境的變化也會(huì)引起誤差的存在。不斷新建的城市建筑在仿真預(yù)測(cè)時(shí)未能在數(shù)字地圖中體現(xiàn)，導(dǎo)致仿真預(yù)測(cè)的無線環(huán)境與真實(shí)的無線環(huán)境存在差異。

圖2 仿真三維地圖（2015年版）

在本次測(cè)試結(jié)果中，室外RSRP=-112dBm的區(qū)域，在仿真結(jié)果中基本上都有對(duì)應(yīng)展現(xiàn)。區(qū)域7和區(qū)域8的測(cè)試結(jié)果和仿真結(jié)果偏差較大，是局部地貌發(fā)生了改變的原因?qū)е?。最新衛(wèi)星地圖表明，仿真所使用的2015版地圖里區(qū)域8建筑在本文所做路測(cè)期間已經(jīng)被拆除，區(qū)域7內(nèi)的建筑物密集，建筑物高度、材質(zhì)等也有不同程度的變化。

5 結(jié)束語

本次仿真使用的仿真模型和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)可以用來開展福州電信全網(wǎng)NB IoT仿真。為后續(xù)精準(zhǔn)選點(diǎn)進(jìn)行全網(wǎng)覆蓋打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]王曉周，藺琳，肖子玉，等．NB-IoT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化及發(fā)展趨勢(shì)研究[J]．現(xiàn)代電信科技，2016，46(06)：5-12．

[2]曾云光．NB-IoT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)部署簡(jiǎn)論[J]．中國(guó)新通信，2016，18(21)：15-16．

Simulation Analysis and Verification of Single Station Coverage Based on NB-IoT Technology

Chen Wei
（Fuzhou Branch Wireless Network Center,China Telecom Co.Ltd.,Fuzhou 350001,Fujian）

Good wireless coverage is the prerequisite to ensure the quality and target of mobile communication network.In this paper,through analyzing the main performance characteristics of NB-IoT network,the empirical SPM propagation model is used to simulate the single station coverage,and the simulation results are verified by field road test,which lays the foundation for the subsequent reasonable networking.

NB-IoT；radio frequency simulation；single station road testing

TN929.5

A

1008-6609(2017)08-0036-03

陳?。?984-），男，福建福州人，研究生，工程師，研究方向?yàn)闊o線通信。