NB-IoT業務部署策略

黎奇邁

摘要：本文首先對NB-IoT進行簡要介紹，分析器技術特點，然后對NB-IoT的應用實現方式進行了研究，給出了基于FDD-LTE的業務部署分析。

[關鍵詞]物聯網NB-IoTFDD-LTE業務部署

物聯網（InternetofThings，IoT）技術是指，將各種設備上的傳感器通過網絡連接的方式互相連接，形成一個網絡系統。實際上就是利用網絡技術、無線通信技術等，達到人和物、物和物之間信息連接的目的。而現實中，大多數的物聯網應用都是基于藍牙和Wi-Fi等通信方式，而這類通信方式承載的物聯網應用不得不受到通信范圍、移動性不足的限制。以蜂窩網為技術承載的物聯網應用雖然可以解決這兩個問題，但是基于蜂窩網的物聯網設備功耗過高，部署成本高，難以大規模推廣。因此，為了同時解決通信范圍、成本等問題，低功率廣域網LPWA（LowPowerWideArea）孕育而出，在LPWA中，代表的實現方式就是NB-IoT，NB-IoT以其低功耗、覆蓋廣的特點成為了目前最具優勢的物聯網實現方式。

1NB-IoT技術

物聯網技術在市場的大量需求下，各大廠家急需制定統一的物聯網標準。NB-IoT技術的標準在經歷了多次改變，終于在第七十二次3GP會議上完成了NB-IoT技術的確定。NB-IoT相比蜂窩物聯網有著明顯的優勢，主要分為以下兩點：

（1）NB-IoT的覆蓋范圍廣，相比蜂窩物聯網，在相同功率下，NB-IoT的功率利用率更高，導致其通信范圍比蜂窩物聯網更好，即使在一些不理想的環境下，也能較好地滿足需求，并且其通信延時更短，具有更良好的通信質量。

（2）NB-IoT的相比蜂窩物聯網的組網設計模式更加低功耗，在組網系統中，設備與設備之間的通信需要定時監聽，以確認連接情況。如果監聽頻率過高，會增加設備的能量損耗，過少則有可能丟失信息。NB-IoT采用PSM模式則可以在不影響通信質量的情況下減少監聽次數，以達到減少設備能量損耗的目的，使得設備的使用時間更加持久，能夠滿足實際應用需求。

2NB-IoT網絡架構

如圖1所示為NB-IoT的網絡拓撲結構圖，可見NB-IoT網絡架構主要是由終端設備，基站，傳輸網絡，物聯網平臺等構建而成。在一個物聯網系統中，物聯網設備比如空調可以通過NB-IoT與其他物聯網設備和基站進行聯網，隨時接收基站的下行指令，并能實時將自身搭載的傳感器所采集的數據進行上行的傳遞，基站則將這些信息通過無線通信的方式傳遞給終端設備例如手機，用戶則可以在手機上通過相應的軟件平臺對物聯網設備進行指令控制，這些指令沿著相同的路徑返回到物聯網設備中，這樣就構成和人與物、物與物之間的聯系。

3NB-loT業務部署策略

由于FDD-LTE在我國的應用以及十分廣泛，本文重點研究基于FDD-LTE的NB-IoT聯合部署方案。但是，NB-IoT部署以FDD-LTE為基礎，不能簡單地繼承現有的機構網絡。NB-IoT應基于FDD-LTE站點來規劃建設，以滿足不同業務的需求。網絡規劃的前提是確定目標，基于FDD-LTE的NB-IoT聯合規劃的目標包括：業務規劃、總體規劃、組網規劃。

3.1業務指標規劃

根據不同場景的業務需求，確定業務類型和指標。在無線網絡規劃過程中，業務規劃是規劃指標的前提。只有明確業務需求即網絡建設需求，才能制定規劃指標。NB-IoT與LTE規劃指標形式基本相同，但在確定方法上存在一定差異。規劃指標包括：邊緣率、RSRP、RS-SINR。

（1）邊緣率是指通過研究不同業務網絡的數據，根據不同終端業務對邊緣速率的要求，制定出所需的邊緣速率。不同的業務使用不同的指標。對于非常低的費率流量，不需要以系統接受敏感性作為規劃的指標，而使用邊際費率作為業務的最低費率。

（2）RSRP是參考信號接收功率，NB-IoT系統的設計目標是實現比蜂窩物聯網更高的覆蓋率。因此需要考慮建筑物穿透三面墻的穿透損失，結合工程對天線的增益和損耗，并預留一定的工程余量，得到最大的空間傳播路徑損耗，需要結合仿真數據進行修正。

（3）RS-SINR是信號與干擾加噪聲比，該指標基于邊際費率和鏈路預算，不同領域、規劃指標應有所不同。

3.2總體規劃

統籌規劃NB-IoT與FDD-LTE的聯合規劃方案、頻率、覆蓋范圍等。

頻率規劃，900M的retilling技術應滿足和考慮到蜂窩物聯網建設的需要和FDD-LTE的需求，同時不影響GSM現有網絡容量。NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬計算見公式（1）和公式（2）。

根據當前網絡的峰值數據和物聯網中的ERLB查表，得到了單元的載頻分配和平均載頻分配。

上式中，B。代表GSM的所需帶寬，m代表小區平均載波頻率，B、為NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬，B是現有GSM總帶寬所需帶寬。

在不影響GSM網絡容量的前提下，充分利用低頻20M頻段，盡量選擇頻率點，避免干擾，以滿足FDD-LTE演進的需要。根據上述帶寬計算方法，計算了當前網絡GSM網絡負載情況，得到了NB-IoT和FDD-LTE的可用帶寬，并進行了網絡重劃分。900M網絡retlling模式如圖2所示。

當GSM網絡負載較重時，網絡清頻功能可配置5M的FDD-LTE和600KNB-IoT網絡;當GSM網絡負載較低時，可以將FDD-LTE中心頻率恒定帶寬擴展到10M;當GSM網絡的負載可以進一步降低時，新增5MFDD-LTE，直至GSM網絡完全退網。

3.3組網規劃

組網規劃即網絡部署規劃，根據規劃，確定網絡規劃方案、站點規模輸出。基于FDD-LTE部署的NB-IoT，可以快速構建蜂窩物聯網。基于NB-IoT的FDD-LTE有三種部署模式。分別為單獨部署、保護帶部署和帶內部署。雖然保護帶不占用FDD-LTE頻段資源，但設備復雜，技術要求高，目前僅有少數廠商支持此種終端設備。采用帶內方式部署時LTE與LTE之間的干擾比較嚴重，而為避免干擾，則需要消耗容量，技術難度大。所以考慮到容量和覆蓋容量，應采用單獨部署的方式。

NB-IoT網絡應以滿足業務需求為導向，充分考慮物聯網的業務分布。部分現有LTE設備可以通過軟件升級來支持NB-IoT，但仍有60%的老設備不能同時支持NB-IoT和LTE，所以需要根據本地業務需求，逐步升級更替。

4結束語

本文重點研究了基于FDD-LTE的NB-IoT聯合規劃業務部署方案。首先對IoT以及NB-IoT的技術特點進行了介紹，并簡單概述了NB-IoT的網絡架構。之后提出了聯合規劃的目標，并對業務指標進行了規劃;其次，根據業務指標進行總體規劃，包括頻率規劃、覆蓋規劃和網絡規劃，給出了合適的基于FDD-LTE的NB-IoT部署方式。NB-IoT的業務應用將會越來越廣，方案也會越來越多，因此具有非常廣闊的前景，十分具有研究意義。

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