對NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的研究

張遠(yuǎn)鋒

（中通服建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510440）

0 引 言

信息時代的到來，使很多移動電子設(shè)備能夠滿足人們?nèi)粘W(wǎng)絡(luò)的需要。只需通過手機(jī)，人們就能完成很多工作。但是，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)程中，人們追求的層次逐漸提高，對物聯(lián)網(wǎng)的性能要求也逐漸提升。相關(guān)人員急需研究NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)來改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

1 NB-IoT技術(shù)的特點(diǎn)

在NB-IoT技術(shù)發(fā)展現(xiàn)階段，我國對NB-IoT技術(shù)已經(jīng)形成了一個規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。NB-IoT技術(shù)因?yàn)榫哂泻芏嘞啾葌鹘y(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)更加優(yōu)質(zhì)的性能而被廣泛使用。第一，NB-IoT技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面更廣。它能夠更加廣泛地覆蓋室內(nèi)區(qū)域，覆蓋面積達(dá)到傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的上百倍。只用一臺設(shè)備就能使更多人享受到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，且網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不會因?yàn)榫嚯x的增加而受到影響，為人們帶來了更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)效果。第二，普通的物聯(lián)網(wǎng)可供連接的人數(shù)很少，一旦連接到物聯(lián)網(wǎng)的人數(shù)增加較多，網(wǎng)速就會被迅速搶占，用戶體驗(yàn)較差[1]。但是，NB-IoT技術(shù)可以很好地解決這個問題。NB-IoT技術(shù)具有支撐海量連接的能力，能夠供給上萬人同時上網(wǎng)，而且網(wǎng)速不會因?yàn)檫B接數(shù)量的增加而變得緩慢。第三，NB-IoT技術(shù)的功耗非常低。一般情況下，NB-IoT技術(shù)的終端設(shè)備能夠超長待機(jī)10年以上，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)人員在對NB-IoT技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時采用了很多節(jié)能降耗技術(shù)。NB-IoT技術(shù)終端設(shè)備在進(jìn)行日常工作時電流非常小，其芯片設(shè)計(jì)也相對比較簡單，使支撐其運(yùn)行所需要的能耗非常小。第四，NB-IoT技術(shù)的成本低。在對NB-IoT技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，采樣率較低，耗費(fèi)的人力資源和物力資源較少，且NB-IoT技術(shù)對緩存RAM的要求較低，不會占用太多空間。第五，NB-IoT技術(shù)采用的是180 kHz窄帶系統(tǒng)，明顯降低了其基帶復(fù)雜度，節(jié)省成本。

2 移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋分析方法

一般，相關(guān)技術(shù)人員對移動網(wǎng)路的覆蓋范圍等結(jié)果進(jìn)行分析都會采用最大鏈路損耗（Maximum Coupling Loss）的方法。這個方法可以有效地簡單估算移動網(wǎng)絡(luò)的具體覆蓋范圍，從而分析與其相關(guān)的一些具體性能。最大鏈路損耗通過了解發(fā)射機(jī)的功率計(jì)算無線空口路徑損耗。接收機(jī)的靈敏度等于熱噪聲功率和所需信噪比的和。因此，只要知道熱噪聲功率和所需信噪比，就可以得出接收機(jī)的靈敏度水平。最后，根據(jù)接收機(jī)處理增益和之前的計(jì)算，就可以進(jìn)行最終移動網(wǎng)絡(luò)具體覆蓋范圍的估算，并根據(jù)估算結(jié)果為相關(guān)人員提供設(shè)計(jì)參考，進(jìn)而在眾多方案中挑選出最佳方案。現(xiàn)階段，如何對移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋范圍的測算，國家有一個既定的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有控制信道的目標(biāo)塊差錯率為10%。根據(jù)帶內(nèi)、保護(hù)帶部署方式的不同，對發(fā)射機(jī)功率的設(shè)定也不同。根據(jù)具體的部署方式進(jìn)行合理選擇，才能達(dá)到測算的最好效果并保證精確度[2]。

3 NB-IoT技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

盡管現(xiàn)階段我國移動網(wǎng)絡(luò)的性能較好，但是還有很大的提升空間。相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)時，會設(shè)定一些目標(biāo)來進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的增強(qiáng)。首先，NB-IoT技術(shù)的使用要盡可能覆蓋更加廣闊的室內(nèi)區(qū)域。只需要安裝一個移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就可以解決大范圍內(nèi)人們上網(wǎng)的問題，有效節(jié)約了人力物力，也有助于移動網(wǎng)絡(luò)造價(jià)成本的節(jié)約。NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足大量設(shè)備接入到移動網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)。在滿足大量設(shè)備能夠接入移動網(wǎng)絡(luò)的前提下，還應(yīng)該保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不會因?yàn)樵O(shè)備接入的增加而降低，要在一定程度上保證用戶移動設(shè)備的網(wǎng)速不會受到損害。此外，NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和環(huán)保節(jié)能的目標(biāo)。在經(jīng)濟(jì)性方面，應(yīng)該在保證質(zhì)量的情況下，盡量降低終端設(shè)備的研發(fā)支出和工程造價(jià)，盡量降低終端設(shè)備的成本，以盡可能少的支出研發(fā)出使用性能好的移動網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)較高的性價(jià)比。終端設(shè)備成本的節(jié)約也有助于NB-IoT技術(shù)的推廣，從而提高NB-IoT技術(shù)在同行業(yè)市場上的競爭力。此外，NB-IoT技術(shù)還要注意節(jié)能減排，降低能耗。在當(dāng)今時代，節(jié)能減排、綠色環(huán)保是時代永恒的主題。任何新技術(shù)的設(shè)計(jì)都應(yīng)該體現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)作用，達(dá)到環(huán)境、資源友好發(fā)展。NB-IoT技術(shù)設(shè)計(jì)也要迎合時代主題，獲得更加廣闊的發(fā)展空間。

4 NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

4.1 NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)

NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的核心是通過對移動通信系統(tǒng)最小耦合損耗進(jìn)行增大，從而達(dá)到調(diào)整參數(shù)的目的，使移動網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能被優(yōu)化。實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)技術(shù)人員可以通過很多方法改變相關(guān)參數(shù)，完成NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的設(shè)計(jì)。首先，可以通過對碼元進(jìn)行重復(fù)傳輸來延長信號傳輸?shù)臅r間。這雖然會在一定程度上降低信號傳輸速度，導(dǎo)致網(wǎng)速稍微變慢，但是可以在惡劣環(huán)境中始終保持移動網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，使整體譯碼出錯率始終保持在很低的水平。使用NB-IoT技術(shù)對速率的要求較低，100 bit/s就可以完成大部分的工作和業(yè)務(wù)。因此，在研制NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)時，可以采用比較單一的傳輸方式進(jìn)行信號傳輸。這樣不僅能夠簡化工作流程，還能夠有效改善信號的覆蓋范圍，增強(qiáng)移動網(wǎng)絡(luò)的使用效果。此外，在進(jìn)行編碼時也要選對方式?，F(xiàn)階段，NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)一般采用Turbo編碼方式，能夠有效增強(qiáng)和保證信號的強(qiáng)度，不斷擴(kuò)大信號的覆蓋范圍。

4.2 仿真以及評估結(jié)果

仿真實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員要在單個公司進(jìn)行仿真的情況下，與多個公司的仿真情況進(jìn)行充分對比。例如，分別采用M-PBCH、M-PDSCH、M-EPDCCH三種鏈路級仿真方法，獲取對應(yīng)信道解調(diào)需要的信噪比。M-PBCH的重復(fù)傳輸時間為320 ms，對應(yīng)的信噪比為-6.4 dB，重復(fù)傳輸模式為32次；M-PDSCH的重復(fù)傳輸時間為216 ms，1/10塊差錯率對應(yīng)信噪比的值為-6.4 dB，重復(fù)傳輸模式為18次；M-EPDCCH的重復(fù)傳輸時間為12ms，1/10塊差錯率對應(yīng)信噪比的值為-6.1dB，重復(fù)傳輸模式為18次。對上述三種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真操作，可以對各自的覆蓋結(jié)果進(jìn)行評估和比較，從而從三者中挑選一個最佳方案。通過這些仿真實(shí)驗(yàn)和評估結(jié)果可以看出，通過重復(fù)傳輸和低階編碼等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)NB-IoT中不同物理信道覆蓋增強(qiáng)20 dB的目標(biāo)，從而達(dá)到NB-IoT覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的最佳效果。

5 結(jié) 論

NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生，為人們的生活提供了更加便捷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。然而，盡管NB-IoT技術(shù)已經(jīng)優(yōu)于之前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備更好的使用性能，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求，相關(guān)技術(shù)人員還需要繼續(xù)探索NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)來滿足更多人的網(wǎng)絡(luò)需求，實(shí)現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)效果?，F(xiàn)階段，我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在不斷發(fā)展完善，國家政策的支持和市場需求的不斷增加，將會不斷推動NB-IoT技術(shù)的發(fā)展。