NB-IoT同頻干擾抑制方案研究

王 榮

中國電信股份有限公司江蘇分公司

0 引言

3GPP在Release13標(biāo)準(zhǔn)中提出了NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)，Narrow Band Internet of Things），現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要技術(shù)。NB-IoT構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，僅占用大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，以降低網(wǎng)絡(luò)部署成本、實現(xiàn)平滑升級。NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個新興技術(shù)，具有超大接入、超強覆蓋、超低功耗、超低成本的特點，充分滿足5G物聯(lián)網(wǎng)場景對低功耗、廣覆蓋、海量連接的需求。

然而，由于NB-IoT頻率帶寬小且功率譜密度高、公共開銷占比大，致使其同頻干擾問題較為嚴(yán)重，從而導(dǎo)致SINR普遍較差，影響覆蓋質(zhì)量。因此，針對NB-IoT同頻干擾問題進(jìn)行研究，提出適用于NB-IoT網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的異頻組網(wǎng)優(yōu)化方案，從而有效抑制同頻干擾。

1 同頻干擾抑制方案

目前NB-IoT采用standalone方式部署，NB-IoT第1載波中心頻率879.6MHz，頻點號2506，NB-IoT與CDMA的保護(hù)帶預(yù)留395KHz。

根據(jù)中國電信集團(tuán)統(tǒng)一部署，江蘇省LTE 800M網(wǎng)絡(luò)采用與CDMA網(wǎng)絡(luò)基站1：1方式建站部署，但由于NB-IoT系統(tǒng)功率譜密度高的特點，導(dǎo)致其小區(qū)間重疊覆蓋嚴(yán)重，因而同頻干擾嚴(yán)重。鑒于此，考慮充分利用中國電信800M頻段上879.105M至800M上約1M的空閑帶寬，采用異頻覆蓋的方案，達(dá)到減少或抑制同頻干擾的目的，從而提升下行業(yè)務(wù)質(zhì)量。

根據(jù)采用異頻頻點的不同，為保持異頻點之間有一定的頻率隔離，有以下兩種異頻方案：

異頻方案1：2506、2509雙載頻異頻部署，部署簡單。

異頻方案2：2506、2509、2410三載頻異頻部署，充分利用頻點差異，但2410占用了后續(xù)可能會使用的C網(wǎng)1019頻點。

2 異頻組網(wǎng)試點測試及其分析和研究

在地市選取相關(guān)典型區(qū)域，開展NB-IoT異頻組網(wǎng)試點，對試點前后網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)外覆蓋效果分別進(jìn)行測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行對比分析和研究。

2.1 異頻方案一組網(wǎng)測試

異頻方案1中，NB-IoT第1載波中心頻率879.6MHz（頻點號2506），第2載波中心頻率879.9MHz（頻點號2509）。第1載波與CDMA的保護(hù)帶預(yù)留395KHz，第2載波與第1載波中心頻率間隔300KHz，邊緣間隔100KHz，如圖1所示。

圖1 異頻方案1兩載頻組網(wǎng)示意圖

經(jīng)測試，當(dāng)30個NB-IoT終端在第一載波扇區(qū)并發(fā)時，同覆蓋區(qū)域的第二載波異頻扇區(qū)RSSI均值僅抬升0.35dBm，峰值僅提高2.25dBm，頻點間干擾可忽略不計。

選取某地市新城區(qū)11個站點的區(qū)域進(jìn)行雙載頻異頻配置試點。該區(qū)域主要以人口密集、業(yè)務(wù)應(yīng)用豐富為特點，集居民區(qū)、商業(yè)區(qū)等多種場景于一體，整體參考價值較高。區(qū)域內(nèi)共規(guī)劃NB-IoT站點11個，與CDMA網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成1：1組網(wǎng)比例，區(qū)域整體覆蓋面積約為20平方公里。

規(guī)劃頻率的站點分為兩組：F1組（組內(nèi)站點的頻點F1設(shè)置為2506）和F2組（組內(nèi)站點的頻點F2設(shè)置為2509），交替分配頻率。F1組包含兩個F1頻點小區(qū)，F(xiàn)2組包含兩個F2頻點小區(qū)。試驗區(qū)以全部F1頻點組網(wǎng)作為T0網(wǎng)絡(luò)，而以F1和F2異頻組網(wǎng)為T1網(wǎng)絡(luò)。在進(jìn)行異頻組網(wǎng)方案配置時，參數(shù)僅對頻點進(jìn)行了改動，即：F1頻點設(shè)置為2506，F(xiàn)2頻點設(shè)置為2509，其他參數(shù)未做修改。

評估NB-IoT網(wǎng)絡(luò)對各場景環(huán)境的實際覆蓋能力時，對室內(nèi)、室外覆蓋場景予以區(qū)分測試，以確保測試對象具有廣泛性與可代表性，保證測試數(shù)據(jù)的研究價值。

對于室內(nèi)覆蓋場景，采用CQT定點的方式進(jìn)行測試，要求在NB-IoT覆蓋片區(qū)內(nèi)選取5-10棟樓宇作為測試對象，每棟樓宇根據(jù)室外基站的掛高選擇高、中、低樓層（各一層），各樓層選擇室內(nèi)CQT測試點不少于2個，盡量包含水電燃?xì)獗硐洹⑷蹼娋?、地下停車場、樓道等NB-IoT可能發(fā)生業(yè)務(wù)的地點或弱覆蓋區(qū)域。

對于室外覆蓋場景，可采用道路分布式CQT的方式進(jìn)行測試，要求在NB-IoT小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，對城區(qū)主干道、商業(yè)密集區(qū)道路、次級街道等交通要道進(jìn)行相應(yīng)測試，盡可能遍歷站點覆蓋區(qū)域，包括小區(qū)邊緣與小區(qū)中心，基站內(nèi)和基站間的重選區(qū)域。

測試時主要以驗證覆蓋為主，在每個測試位置，調(diào)動NBIoT終端發(fā)起隨機接入過程5次，Ping業(yè)務(wù)進(jìn)行20次，每次32字節(jié)，完成后到下一個測試位置進(jìn)行測試，測試完成后統(tǒng)計RSRP、SINR關(guān)鍵指標(biāo)。

圖2為RSRP對比測試結(jié)果圖，從圖中可以看出，無論是室內(nèi)低層、中層、高層還是室外，在配置異頻組網(wǎng)后，無論占用的頻點是原頻點還是異頻點，RSRP值變化都很小，根據(jù)測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計T0值為-79.74dbm，異頻配置后占用原頻點T1值為-78.8dbm，占用異頻點T1值為-80.1dbm，RSRP的變化值在信號的波動范圍之內(nèi)。

圖2 異頻方案1組網(wǎng)RSRP測試對比

圖3是SINR對比測試結(jié)果圖?？梢钥闯鍪覂?nèi)外各場景在配置異頻后，SINR有較大幅度改善，特別是占用到異頻點，改善幅度更大。在配置異頻前SINR整體平均值為6.3db，在配置異頻后占用原頻點SINR平均值為9db，上升2.7db。占用異頻點SINR平均值為10.3db，較原值改善4db，即整體對SINR可提升3.35dB。

圖3 異頻方案1組網(wǎng)SINR測試對比

2.2 異頻方案二組網(wǎng)測試

異頻方案二中，NB-IoT第1載波中心頻率879.6MHz（頻點號2506），第2載波中心頻率879.9MHz（頻點號2509），第三載波中心頻率870.2MHz（頻點號2410）。第1載波與CDMA的保護(hù)帶預(yù)留395KHz，第2載波與第1載波中心頻率間隔300KHz，邊緣間隔100KHz。第三載波與第一載波中心頻率間隔9.4MHz，如圖4所示。

圖4 異頻方案2三載頻示意圖

需注意，2410載波占用的是1019預(yù)留的頻段，會造成后續(xù)1019頻點無法使用的問題。

試點區(qū)域選取某地市城區(qū)的中心，該區(qū)域人口密集、業(yè)務(wù)應(yīng)用豐富，集居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、黨政機關(guān)和地下停車場等多種場景于一體，整體參考價值較高。區(qū)域內(nèi)共規(guī)劃NB-IoT站點46個，與CDMA網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成1：1組網(wǎng)比例，區(qū)域整體覆蓋面積約為35平方公里。頻點配置原則按照同站三扇區(qū)按MOD3 012的原則分別設(shè)置為2506、2509、2410。

試點區(qū)域內(nèi)組網(wǎng)情況如圖5所示。

圖5 異頻方案2試點區(qū)域基站分布圖

采用異頻組網(wǎng)前為T0值，異頻組網(wǎng)后為T1值，綠色是2506頻點，藍(lán)色是2509頻點，紅色是2410頻點，DT測試路線涵蓋異頻組網(wǎng)所有小區(qū)。CQT分別選取了五個小區(qū)一處高層樓宇，分別進(jìn)行地下室、一層、六層、頂層（大于15層）測試，另在室外選取了五處邊緣位置進(jìn)行定點PING測試。

測試時主要以驗證覆蓋情況為主，DT采用空閑態(tài)測試，CQT采用Ping包測試。在每個測試位置，測試完成后統(tǒng)計RSRP、SINR等關(guān)鍵指標(biāo)。

從DT測試RSRP結(jié)果前后對比看，RSRP整體覆蓋變化不明顯，實際統(tǒng)計DT平均值T0值為-70.76dbm，異頻配置后T1值為-71.89dbm，結(jié)果相差不大。

從DT測試SINR結(jié)果前后對比看，T0值為7.55dB，異頻配置后T1值為11.1dB，上升3.5dB，SINR值有較大幅度提升。

對于室內(nèi)CQT測試，RSRP對比測試結(jié)果如圖6所示。從圖中可以看出五類室內(nèi)場景RSRP變化較小，統(tǒng)計測試數(shù)據(jù)，整體T0平均值為-80.07dbm，異頻配置后T1值為-79.81dbm，信號強度變化在波動范圍內(nèi)。

圖6 異頻方案2 CQT測試RSRP對比

圖7為室內(nèi)SINR對比圖，圖中室內(nèi)樓宇CQT SINR值除地下室外，其他樓層提升明顯，統(tǒng)計測試數(shù)據(jù)，整體T0值平均為6.67dB，異頻配置后T1平均值為12.11db，SINR整體提升6dB左右。

圖7 異頻方案2 CQT測試SINR對比

綜上所述，得出如下結(jié)論：（1）無論采用哪種異頻方案，NB-IoT頻點間、NB-IoT頻點對C網(wǎng)的干擾均在可接受范圍內(nèi)，無需特別關(guān)注及優(yōu)化；（2）三載異頻配置對SINR的提升優(yōu)于雙載異頻；（3）在1019頻點未使用區(qū)域，建議使用方案2異頻配置方案；（4）在1019頻點已使用區(qū)域，建議使用方案1異頻配置方案。

3 結(jié)束語

針對NB-IoT同頻干擾問題進(jìn)行研究，提出了兩種同頻干擾抑制方案，并對方案的干擾性能進(jìn)行了測試和研究。同時，針對所提方案，選取了區(qū)域人口密集、業(yè)務(wù)應(yīng)用豐富的區(qū)域進(jìn)行組網(wǎng)測試。結(jié)合NB-IoT室內(nèi)外覆蓋需求，在試點區(qū)域內(nèi)分別開展了DT測試和CQT測試，并對測試結(jié)果進(jìn)行了分析。測試結(jié)果表明，所提方案對抑制NB-IoT同頻干擾效果顯著。