NB-IoT和CAT 1覆蓋能力分析

陳博，甘志輝

NB-IoT和CAT 1覆蓋能力分析

陳博1，甘志輝2

（1.北京郵電大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100010；
2.中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)事業(yè)部，北京 100010）

根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的實測情況，對NB-IoT和CAT 1的覆蓋能力進(jìn)行了有針對性的分析，分析表明其覆蓋能力符合業(yè)務(wù)需求。隨著終端、平臺等產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，未來NB-IoT和CAT 1網(wǎng)絡(luò)將在窄帶物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮重要的承載作用。

NB-IoT CAT 1 RSRP

1 引言

2017年，隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，NB-IoT和CAT 1網(wǎng)絡(luò)正在國內(nèi)如火如荼地建設(shè)。國內(nèi)電信運營商從卡、終端模組、無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、平臺等方面正在對NB-IoT開展全面的端到端測試和驗證。下面重點從無線側(cè)性能入手，對NB-IoT和CAT 1的接入基本功能進(jìn)行分析。

2 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)性能

（1）NB-IoT覆蓋

基于對單站的不同位置定點測試，NB-IoT的單站室外廣覆蓋能力較強(qiáng)，室內(nèi)覆蓋好，基本不需室分輔助，具體如表1所示。

基于對1:1組網(wǎng)的不同位置定點測試，NB-IoT的覆蓋能力較強(qiáng)，室內(nèi)覆蓋好，基本不需室分輔助。局部弱覆蓋區(qū)域由于RSRP、SINR的裂化或干擾而出現(xiàn)下降。其測試數(shù)據(jù)如表2所示。

（2）NB-IoT速率

在所測試的基站覆蓋范圍內(nèi)，平均速率接近峰值，與Singtone模式下的理論上行速率（60 kb/s）、下行速率（27 kb/s）吻合。在遠(yuǎn)點由于終端的RSRP（參考信號接收功率）、SINR（信噪比）惡化，上下行速率降低較為明顯，如圖1所示。

壓力測試發(fā)現(xiàn)，單用戶下行峰值速率在不加擾情況下目前測得的最大值為20.7 kb/s，上行測得最大值

表4 NB-IoT鄰頻干擾

在終端側(cè)對速率路測追蹤發(fā)現(xiàn)，CAT 1終端在網(wǎng)絡(luò)覆蓋達(dá)到RSRP為-85 dBm時，上行速率平均可達(dá)到4.5 Mb/s，隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋變?nèi)酰俾室搽S之下降，在RSRP為-85 dBm時會發(fā)現(xiàn)測試速率降低至2.1 Mb/s。

（2）CAT 1移動性

CAT 1在不同無線網(wǎng)和核心網(wǎng)組合的條件下，顯示其移動性指標(biāo)有所差異。進(jìn)一步驗證了異廠家設(shè)備對CAT 1切換成功率、RRC重建成功率和掉線率的影響。測試數(shù)據(jù)如表5所示：

表5 CAT 1在不同設(shè)備組合下的移動性

4 覆蓋能力對比

同區(qū)域室外信號強(qiáng)度對比發(fā)現(xiàn)，按照15 kHz頻譜范圍折算，NB-IoT覆蓋范圍的信號比C網(wǎng)800M平均約高出21 dBm，NB-IoT覆蓋率約為C網(wǎng)800M的2倍。C網(wǎng)800M比L網(wǎng)1800M高出約32 dBm，NB-IoT覆蓋率約為L網(wǎng)1800M的4倍。

從同區(qū)域室內(nèi)覆蓋有效距離對比：遠(yuǎn)點、中點、近點樓宇NB-IoT網(wǎng)基本全覆蓋，中點、遠(yuǎn)點L網(wǎng)1800M基本無覆蓋，遠(yuǎn)點C網(wǎng)800M基本無覆蓋。測試數(shù)據(jù)如圖11所示。

具體到業(yè)務(wù)體驗上，加載業(yè)務(wù)時處于極近點、近點、中點的上下行速率相對穩(wěn)定，以高層寫字樓、居民樓為典型場景。在NB-IoT覆蓋的極好點且不受其它大型建筑遮擋的情況下，各樓層中的典型弱覆蓋區(qū)域，如電井、樓梯間、樓道口等地方，上下行業(yè)務(wù)均可正常開展。水電表近點、中點信號基本良好，遠(yuǎn)點信號不佳，有效覆蓋范圍內(nèi)因水電表一般位于樓道或一樓窨井蓋中，所以信號最好，其次是電梯場景，地下室場景業(yè)務(wù)體驗最差。在地下室負(fù)一層仍可進(jìn)行正常的上下行業(yè)務(wù)交互，地下負(fù)二層覆蓋極差，水電表業(yè)務(wù)測試基本不可用。

圖11 覆蓋能力對比

同區(qū)域室內(nèi)外信號強(qiáng)度對比發(fā)現(xiàn)，CAT 1與L網(wǎng)1800M的覆蓋率幾乎一致，基本可以認(rèn)定CAT 1網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力等同于LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，基于CAT 1+EVDO雙模和CAT 1單模的物聯(lián)網(wǎng)對講模塊在極近點、近點、中點、遠(yuǎn)點的信號均能接收，業(yè)務(wù)覆蓋體驗良好。

5 意義

NB-IoT和CAT 1網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力測試證明了其優(yōu)越的性能，對不同場景、各行業(yè)及應(yīng)用需求具有深遠(yuǎn)的意義，將對其產(chǎn)生深刻的影響。

（1）帶動產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提速。NB-IoT和CAT 1測試的結(jié)果進(jìn)一步增強(qiáng)了產(chǎn)業(yè)鏈信心，給行業(yè)帶來了深遠(yuǎn)影響。芯片、模組、終端、網(wǎng)絡(luò)、平臺和應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)多個領(lǐng)域都在發(fā)力并參與合作和測試。

（2）對細(xì)分行業(yè)的革命。隨著運營商進(jìn)一步加大NB-IoT和CAT 1網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和投入，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力將助力產(chǎn)業(yè)爆發(fā)。越來越多的行業(yè)為提高效率，降低運營成本并提升客戶滿意度，開始使用NB-IoT和CAT 1技術(shù)。多種垂直行業(yè)，例如，公共事業(yè)、智慧城市、農(nóng)業(yè)與環(huán)境、工業(yè)應(yīng)用、消費與醫(yī)療健康、智能樓宇/家居、資產(chǎn)跟蹤等諸多領(lǐng)域。隨著技術(shù)創(chuàng)新的推動，有望涌現(xiàn)大量的創(chuàng)新方案，推動商業(yè)模式創(chuàng)新和跨行業(yè)協(xié)作。

（3）促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)和云計算的進(jìn)一步融合。物聯(lián)網(wǎng)的實質(zhì)是通過NB-IoT和CAT 1等網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對“物”的互“聯(lián)”，而云計算是對聯(lián)接的“物”的信息進(jìn)行匯總、歸類、分析和處理的統(tǒng)稱。各個垂直行業(yè)都會思考如何立足于物聯(lián)網(wǎng)，放眼云計算，擺脫低價競爭，提供整體服務(wù)，并實現(xiàn)設(shè)備、數(shù)據(jù)、應(yīng)用的統(tǒng)一管理，提高服務(wù)能力。

6 結(jié)束語

NB-IoT業(yè)務(wù)主要特點包括：海量連接、深度覆蓋、低功耗、低成本。中國電信對800M頻段進(jìn)行了重耕，并在全國范圍內(nèi)實測了NB-IoT在800M頻段真實的覆蓋差異和穿透能力。通過對現(xiàn)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)的分析，重點探討了NB-IoT和CAT 1的覆蓋能力，為后續(xù)業(yè)務(wù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。下一步針對不同垂直行業(yè)應(yīng)用需求場景，對NB網(wǎng)絡(luò)特定的節(jié)點，如eDRX（擴(kuò)展型非連續(xù)接收）、PSM（節(jié)能模式）等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，移動性管理、傳輸性能優(yōu)化等技術(shù)，需要在實踐中不斷積累經(jīng)驗，確保網(wǎng)絡(luò)對不同應(yīng)用提供服務(wù)的有效性和可靠性。

隨著電信運營商的進(jìn)一步投入，預(yù)計到2017年末，我國NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)主要城市的覆蓋，到2020年，我國NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將實現(xiàn)全國的深度覆蓋，并全面實現(xiàn)在公共服務(wù)、個人生活、工業(yè)制造等細(xì)分領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)將迎來發(fā)展良機(jī)。

[1] 陳凱,徐菲. NB-IoT與eMTC產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014(10): 31.

[2] 曹鐘慧. 運營商角度的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用淺析[J]. 移動通信, 2016,40(15): 30-35.

[3] 戴國華,余駿華. NB-IoT的產(chǎn)生背景、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J]. 移動通信, 2016(7): 31-36.

[4] 3GPP R1-161875. NB-IoT Uplink Control Information[S].2016.

[5] 3GPP R1-160469. Scheduling of DL and UL Data Channels for NB-IoT[S]. 2016.

[6] 3GPP TR 23.720. Study on architecture enhancements for Cellular Internet of Things (Release 13)[S]. 2016.

[7] 高晨亮. NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用展望[C]//面向5G的LTE網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會（2016）論文集, 2016: 190-194.

[8] 趙艷薇. 3GPP通過NB-IoT標(biāo)準(zhǔn) 物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)蓄勢待發(fā)[J]. 通信世界, 2016(17): 67.

[9] 3GPP RP-152284. Revised Work Item: Narrowband IoT(NB-IoT)[S]. 2015.

[10] 3GPP TR 36.802. Narrowband Internet of Things (NBIoT); Technical Report for BS and UE radio transmission and reception (Release 13)[S]. 2016.★

Analysis on the Coverage Capability of NB-IoT and CAT 1

CHEN Bo1, GAN Zhihui2
(1. Beijing University of Posts and Telecommunications, Economic Management Institute of Management Science and Engineering, Beijing
100010, China;2. Network Operation and Maintenance Department, China Telecommunications Corporation, Beijing 100010, China)

According to the actual test of the existing network, the coverage capability of NB-IoT and CAT was analyzed in this paper. The analysis demonstrated that the capability accords with the service’s requirements. With the maturity of industrial chains of the terminal and platform, the NB-IoT and CAT 1 networks will play an important role in the fi eld of narrow-band IoT in the future.

NB-IoT CAT 1 RSRP

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.22.012

TN929.5

A

1006-1010(2017)22-0057-05

陳博,甘志輝. NB-IoT和CAT 1覆蓋能力分析[J]. 移動通信, 2017,41(22): 57-61.

2017-06-27

劉妙 liumiao@mbcom.cn

陳博：博士就讀于北京郵電大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院管理科學(xué)與工程專業(yè)，研究方向為管理科學(xué)與工程。

甘志輝：碩士畢業(yè)于南京郵電大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運行維護(hù)事業(yè)部，主要從事物聯(lián)網(wǎng)運營等相關(guān)工作。