基于創新MR技術的NB-IoT覆蓋評估新體系

王文哲，解 觶，郭 宇，蔡 凱（中國聯通北京分公司，北京100038）

1 概述

物聯網技術是全球實現海量連接、萬物互聯的主要技術手段，已成為萬物互聯網絡中重要的組成部分。自2016年6月窄帶蜂窩物聯網（NB-IoT）國際標準凍結后，NB-IoT迅速成為產業界關注的焦點，這一基于蜂窩移動網絡的物聯網連接技術具有低成本、低功耗、大連接、覆蓋廣等優勢，在智能抄表、智能停車、智慧城市等領域應用廣泛。在市場競爭白熱化的角逐中，運營商如果要分得更多的蛋糕，就要切中網絡覆蓋的“痛點”，挖掘盡可能多的NB-IoT網絡覆蓋劣勢，制定差異化的建優策略，這對推動市場用戶對NBIoT網絡的初始和持續黏性也將是至關重要的。因此，如何創新地高效、全方位評估NB-IoT現網覆蓋性能已非常重要，且NB-IoT網絡初期組網規模已經形成，探究新的覆蓋評估方法對中后期建設中如何快速精準高效投放建設資源具有重要意義。

NB-IoT可直接“疊加”部署于GSM、UMTS或LTE網絡，伴隨NB-IoT網絡的建設和優化，城區街道、路網的覆蓋已經達到了較好的水平，可為用戶在戶外提供較好的業務體驗。但高層建筑密集的城區室內場景，存在較多的弱覆蓋點甚至是覆蓋盲點，傳統路測方法已無法聚焦此類深度覆蓋區域。

現有的NB-IoT網路覆蓋評估方法主要有基于HATA、SPM等傳播模型的仿真覆蓋評估方法以及通過路測方法評估覆蓋。

其中仿真覆蓋評估方法過于依賴于模型參數準確性，難以快速迭代以貼近實際反映真實環境覆蓋。而通過空閑態小區重選路測方法，受限于路測只能遍歷主干道區域覆蓋情況，對于典型的NB-IoT物聯網應用場景，如室內、地下停車場等深度覆蓋區域，道路測試評估覆蓋困難。同時大規模全面測試NB-IoT基站的精準覆蓋范圍耗時耗力且無法周期性進行。

此外，NB-IoT現有技術還面臨以下缺點：NB-IoT在現有LTE技術上做了極大簡化，無移動性管理，不支持切換，僅支持重選；“164 dB MCL（路徑損耗）、相較于GPRS有20 dB覆蓋增益”是NB-IoT網絡最大技術特點，但為節省終端功耗，NB-IoT技術不支持測量上報MR，因此缺乏直觀的全方位的終端自動打點來評估NB-IoT覆蓋的方法。

針對以上技術缺點，根據NB-IoT網絡與UMTS網絡混模覆蓋的部署特點，提出了利用與NB-IoT完全共址共天饋的UMTS MR大數據來間接透視NB-IoT網絡覆蓋能力的差異化方法。該方法彌補了路測評估覆蓋不全面的漏洞，克服了仿真評估方法過度依賴模型參數訓練且脫離實際環境、無法快速迭代的瓶頸，突破了NB-IoT不支持MR的技術壁壘。

2 實現方案

2.1 利用U900 MR評估N900覆蓋原理

現網N900站點與U900共RRU，采用射頻混模方式組網，兩者使用頻段相同，用共站U900 MR評估N900覆蓋，由于兩者不同的應用場景、不同的制式、不同的終端類型等，終端移動性不同，評估時需要考慮傳播損耗模型，并接受場強模型中的各項影響因素。

電磁波自由空間傳播路徑損耗模型：

式中：

Los——傳播損耗（dB）

d——距離（km）

f——工作頻率（MHz）

當f=900 MHz時，Los=91.48+20lg d（km）。

接收場強模型：

式中：

RSS——接收信號強度

Pt——發射功率

Gr——接收天線增益

Gt——發射天線增益

Lc——電纜和纜頭的衰耗

Los——自由空間損耗

分析可知：

a）N900和U900同頻段、相同路徑損耗。實際路徑損耗受大氣、遮擋、穿透損耗等因素影響，可認為兩者等同。

b）N900和U900參考信號和導頻信號配置不同發射功率影響接受場強（現網U900導頻功率配置為33 dBm=2 W，寬帶系統，導頻功率為全頻段；N900 NCRS功率配置為32.2 dBm=1.66 W，窄帶系統，每個RE符號的功率）。

c）終端接收靈敏度跟芯片、接收天線增益、天線封裝方式等相關。

最終可認為：接收功率=發射功率-路損。

圖1給出了U900 MR評估NB-IoT覆蓋原理。

圖1 U900 MR評估NB-IoT覆蓋原理

對于現網UN900共用一套天饋系統，且頻段相同，耦合損耗相同。因此對于同一個位置點：

RSRP=RSCP+（RS POWER-PCPICH POWER）

所以可通過U900 MR得到U900真實RSCP覆蓋，以此覆蓋情況評估N900實際覆蓋情況。若U900 PCPICH功率與N900 RS功率一致，在同一地點分別測試U900 RSCP和N900 RSRP可以得到UMTS和NBIoT終端信號接收能力差異，在最終N900柵格覆蓋預測中需要加上該差值。

2.2 U900 MR評估N900覆蓋具體實現方法

a）通過CQT或DT方法獲取大量同一位置U900實際電平和N900實際電平，得到UN900實測RSRP覆蓋規律性差異。通過大量CQT測試得到U900柵格MR覆蓋與U900真實覆蓋電平的差異偏滯。

b）利用現網網管平臺采集的U900 MR覆蓋數據疊加前一步2個差異偏滯進行修正，最終得到N900的實際柵格覆蓋預測。

c）通過CQT及路測對N900覆蓋預測進行對比驗證。

2.3 基于多維MR數據的NB-IoT精準規劃策略

輔以異網測量技術收集友商4G MR數據，聚合N900覆蓋預測MR數據與本網、其他運營商4G MR數據，構建物聯網高價值區域，進行NB-IoT建設資源精準規劃。

2.3.1 異網測量技術

在運營商A的基站上添加運營商B的頻點信息，并開啟周期性異頻測量，手機就會遵循測量控制消息上報測量報告。依靠用戶終端上報運營商A的周期同頻MR及運營商B的周期異頻MR數據，解析最終可得到采樣點數量及友商LTE覆蓋情況。

2.3.2 NB-IoT精準規劃流程

根據每個小區4G采樣點數量n判斷覆蓋優先級，考慮采樣點數量多少的同時考慮小區內現網覆蓋情況，參考小區平均RSRP指標，小于-110 dBm的小區定義為弱覆蓋小區，弱覆蓋嚴重的小區需優先覆蓋。根據MR數據中本運營商覆蓋比例和異運營商覆蓋比例，篩選弱于競爭對手小區優先進行NB-IoT覆蓋。其中弱于競爭對手判斷標準為：本運營商MR覆蓋率低于80%，異運營商MR覆蓋率高于80%；或本運營商MR覆蓋率高于80%，異運營商MR覆蓋率高出本運營商5%。

最終再結合U900 MR評估得到的N900覆蓋對物聯網高價值運營場景進行精細化選址（見圖2）。

3 實踐中取得的效果

3.1 N900覆蓋評估成果

圖2 NB-IoT精準規劃流程

按照U900 MR評估N900覆蓋三部曲方法選取西小口區域12個U900和N900站點1∶1覆蓋區域進行NB-IoT覆蓋評估（本次小規模覆蓋評估用于分析該評估方法可行性，暫不考慮U900 MR與U900實際覆蓋間的恒定差異偏滯。只考慮U900實際覆蓋和N900實際覆蓋差異偏滯）。

第1步，尋找UN900實際覆蓋電平規律差異。通過CQT定點測試對比N900和U900相同位置電平值，共計45個點（36個室外采樣點+9個室內采樣點）；定點測試結果顯示U900室外電平較N900室外電平值平均高4 dB；U900室內電平較N900室內電平值平均高3.85 dB；總體顯示U900實際電平比N900高約4 dB。N900 RSRP與U900 RSCP基本成線性相關關系。

通過DT測試進一步校準U900與N900 CQT 4 dB規律性差異合理性，DT測試結果均顯示U900電平平均值比N900高約4.43 dB。

因此，U900實際覆蓋電平要高于N900實際覆蓋約4 dB。

第2步，利用U900周期MR數據疊加-4 dB差異得到N900 MR覆蓋預測。西小口區域N900 MR柵格RSRP均值大于-110 dBm占比為98.78%。

據現網大量NB-IoT路測覆蓋指標統計，N900室外覆蓋電平均值均在-110 dBm以上，也可按“柵格內采樣點RSRP＜-110 dBm的比例”＜10%為良好柵格，10%≤“柵格內采樣點RSRP＜-110 dBm的比例”＜30%為不良柵格，“柵格內采樣點RSRP＜-110 dBm的比例”≥30%為差柵格這種標準輸出評估區域N900 MR良好柵格比例情況。

西小口評估區域N900良好柵格占98.37%，不良柵格占1.19%，差柵格占0.44%。整體覆蓋較好。

第3步，對西小口區域N900 MR覆蓋預測結果驗證。選擇西小口區域室外道路及居民區不同覆蓋程度柵格MR（好點、中點、差點）按柵格經緯度進行N900 MR與實測對比。

N900預測覆蓋平均為-86.62 dBm，N900實測平均為-64.9 dBm，N900預測覆蓋與N900實測值絕對差異較大（由于未考慮U900 MR與U900實際覆蓋恒定差異偏滯），平均約為-22 dB，但N900預測覆蓋值好中差趨勢與N900實測趨勢基本一致。N900預測覆蓋結果與實測結果呈正相關性，驗證了利用U900 MR得到的N900覆蓋預測的準確性。

3.2 五環內N900覆蓋評估成果

評估方法與第2.1節中完全相同，但本次評估考慮了U900 MR覆蓋與U900實際覆蓋指標間的差異偏滯（見表1）。

表1 U900 MR覆蓋指標與U900實測指標差異（單位：dBm）

按好中差覆蓋，選擇多于20個樣本點進行CQT測試（只呈現20個樣本點數據對比），由大量U900實測跟U900的MR柵格覆蓋之間差值，可知兩者平均差值約15 dB。

由現網U900 MR覆蓋數據疊加U900 MR與U900實測15 dB差異偏滯及U900實測與N900實測4 dB差異偏滯后，可得五環內NB-IoT覆蓋預測結果如圖3和圖4所示。華為區域五環內共計開通N900站點462個，開通U900站點780個；只采用與N900共站的U900 MR數據進行評估。華為區域五環內N900覆蓋預測RSRP柵格均值大于-110 dBm比例為100%。愛立信區域五環內共計開通N900站點336個，開通U900站點586個；愛立信區域五環內N900覆蓋預測RSRP柵格均值大于-110dBm比例為99.99%。

圖3 華為區域五環內NB-IoT覆蓋預測結果

圖4 愛立信區域五環內N900覆蓋預測結果圖

3.3 LTE MR大數據使能NB-IoT覆蓋精準規劃成果

對金融街區域NB-IoT覆蓋情況進行評估，結果顯示該區域N900整體柵格RSRP均值大于-110 dBm占比為97.92%。從室外評估結果看兒童醫院區域N900覆蓋較弱（見圖5）。

結合金融街區域本網及其他運營商4G MR采樣點及覆蓋情況與該區域N900覆蓋評估結果進行對比。重點關注兒童醫院區域，該區域4G室內用戶數（TM?SI）有36 583個，且本網4G覆蓋差于中國移動4G覆蓋，該區域屬于運營高價值區域，兒童醫院區域NBIoT覆蓋較弱，建議在該區域新增建設N900站點進行物聯網覆蓋（見圖6）。

圖5 金融街區域NB-IoT覆蓋評估預測結果

圖6 金融街區域本網及友商4G覆蓋

4 NB-IoT連續覆蓋缺站評估

4.1 NB-IoT邊緣感知測試

居民樓、地下停車場、商場、寫字樓4個不同應用場景，NB同一小區室內外損耗約為30 dB。

普通場景邊緣極限覆蓋門限為-115 dBm。上行底噪從-124 dBm抬升至-97 dBm，最低業務（2 kbit/s）覆蓋門限也隨之從-115 dBm抬升為-95 dBm。

不同底噪水平下，全網加權平均極限覆蓋門限為-105.21 dBm。

具體見圖7。

4.2 U900 MR預測N900深度覆蓋結果（五環內）

華為區域MR柵格占五環區域面積的86.41%。考慮損耗情況后，N900的RSRP大于-105 dBm柵格比例占52.53%，深度覆蓋不足。

愛立信區域MR柵格占五環區域面積的96.2%。考慮損耗情況后，N900的RSRP大于-105 dBm柵格比例占41.81%，存在一定的深度覆蓋不足風險。

4.3 重選DT路測結果

華為區域五環內共計入網站點403個（已入網且狀態正常站點383個），從主要道路路測結果來看，下行RSRP大于-105 dBm（-105 dBm為全網平均業務最低覆蓋門限）占比為99.96%，SINR大于-5 dB的占比為82.96%。路面覆蓋良好。

考慮30 dB穿透損耗，深度覆蓋場景下RSRP大于-105 dBm（路面大于-75 dBm）占比為58.97%。

愛立信區域五環內共計入網站點482個（狀態正常站點392個），從主要道路路測結果來看，下行RSRP大于-105 dBm占比為98.4%，SINR大于-5 dB的占比為84.83%。路面覆蓋良好。

考慮30 dB穿透損耗，深度覆蓋場景下RSRP大于-105 dBm（路面大于-75 dBm）占比為46.28%。

4.4 五環內NB-IoT連續覆蓋缺站評估方案

新加站選址原則如下。

圖7 邊緣感知測試結果

a）新加站都是在U900或者L1800的站址進行選取，這樣可以節省新建站選址的成本。

b）基于室內外損耗差異，采取30 dB的偏滯值，結合第4.2、4.3節NB-IoT MR深度覆蓋預測結果及路測RSRP值，減掉30 dB后，作為加站規劃位置的室內信號參考值。

c）加站選址參考RSRP低于-115 dBm的位置進行選取（-115 dBm為正常底噪下極限拉遠測試結果）。

d）考慮上行干擾因素后，針對不同底噪的小區，再增加相應偏滯，考慮底噪造成的覆蓋收縮影響后需要更多站點，以滿足覆蓋需求。

五環內連續覆蓋NB900基站需求如下。

a）考慮室內穿透損耗下的連續覆蓋，五環內N900基站現有需求1 673個（885+674+114（需求池需求）），還需新增439個，全量共計2 112個。

b）考慮室內穿透損耗+上行干擾下的連續覆蓋，五環內N900基站現有需求1 673個（885+674+114（需求池需求）），還需新增1 234個，全量共計2 907個。

5 結束語

通過U900 MR間接評估NB-IoT覆蓋，及時發掘網絡短板，有效提升了評估效率，降低了網絡評估成本，實現精準建站及超越異運營商網絡質量的目標。

利用現有網絡U900 MR大數據評估物聯網覆蓋并進行高價值區域精準缺站規劃，克服了物聯網覆蓋評估手段缺乏的壁壘，非常具有啟發性及推廣性。為連續覆蓋組網及物聯網市場的推廣起到了促進的作用。