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NB-IoT物联网覆盖增强技术探讨

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芦君

摘要：随着通信技术的不断发展，物联网将为个人、社会和行业提供高效链接，但这又不仅仅是简单的海量链接，更是办公、购物、医疗、教育、娱乐、交通、社交等多种垂直行业的价值环节和生产要素等资源高度融合的链接。NB-IoT（NarrowBand-InternetofThings，窄带物联网）是一种3GPP定义的LPWA（LowPowerWideAreaNetwork，低功耗广域网）基于蜂窝网络的标准化物联网解决方案，由于其具有深度覆盖能力、支持海量连接、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点，非常适合于传感、计量、监控等物联网应用。基于此，本文主要对NB-IoT物联网覆盖增强技术进行分析探讨。

关键词：NB-IoT;物联网;覆盖增强技术

1、前言

2017年6月，工信部下发《关于全面推进移动物联网（NBIoT）建设发展的通知》。要求建设广覆盖、大连接、低功耗移动物联网（NB-IoT）基础设施、发展基于NB-IoT技术的应用，促进“大众创业、万众创新”和“互联网+”发展;网络部署方面要求到2017年末，实现NB-IoT网络覆盖直辖市、省会城市等主要城市，基站规模达到40万个。到2020年，NB-IoT网络实现全国普遍覆盖，面向室内、交通路网、地下管网等应用场景实现深度覆盖，基站规模达到150万个。由此引起广泛的关于NB-IoT技术及应用的探讨。

2、NB-IOT技术概述

2.1概述

物联网是由物主动发起传送、物物相连的互联网，顾名思义，人主動控制信息传送非物联网范畴。依据这个概念出现了物连物（M2M）和物主动连人（M2P）的连接新时代。随着人们对移动网络实时性、高速率的越来越高的追求蜂窝移动通信网络由2G、3G发展到如今的4G+阶段，5G的研发和商用也在如火如荼进行，移动网络速度由几十Kbps发展到几百Mbps甚至更高，但鉴于物与物连接阶段的独特特性，这些飞速发展的网络并不适用。

NB-IOT聚焦于低功耗广覆盖物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。

2.2物联网接入技术比对

在物联网接入技术中，包括短距技术、广域连接技术，其中广域连接技术指传统蜂窝网（2G/3G/4G）和LPWA等。针对新型网络连接技术LPWA，根据标准类型的不同，分为3GPPLPWA和非3GPPLPWA，前者包括eMTC/NB-IOT，后者包括SigFox和LoRa。相比非授权频段的LoRa及Sigfox技术，电信级的eMTC技术及NB-IOT技术更加安全可靠。

为适应物联网的应用，3GPP制定了一系列增强型的标准，他们的速率呈倒金字塔型，见表2。这一系列的标准也达到广覆盖、多连接、低功耗、低成本的目标。Cat1：适用于中低速需求的应用;另外值得一提的是Cat1支持VOLTE。

Cat0：向CatM1演进的过渡版本。

eMTC：增强型机器类型通信。信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz;降低了终端复杂度及功耗。

NB-IoT：“窄带物联网”Narrow-BandIoT（NB-IoT），接收带宽仅200kHz。进一步降低功耗，提升覆盖，尤其是遮挡区和地下覆盖环境。

3、NB-IOT关键特性及应用场景

3.1NB-IOT关键特性

3.1.1大链接：小包传输优化空口信令开销，减少无限资源占用。在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。支持低延时敏感度、设备低成本、低功耗，能很好地满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

3.1.2覆盖增强：NB-IoT覆盖增强20dB增益，可很好地提升室内覆盖深度和覆盖概率。对于农村、车库等深度覆盖有要求的应用较适用。

3.1.3低功耗：芯片复杂度降低，工作电流小;空口信令简化，减少单次传输功耗;同时PSM/eDRX机制进一步优化了信令交互传输功耗;长周期TAU，减少发送位置更新，降低功耗，设备续航时间大幅提升。

3.1.4低成本：NB-IoT的射频和天线基本上都是复用的。180kHz窄带系统，系带复杂度降低;低采样速率，对缓存要求较小;低速率、低功耗、低带宽给NB-IoT芯片以及模块带来低成本优势。

4、NB-IoT覆盖增强技术

从上面分析来看，只要通过有效调整参数，增大MCL，就可以实现NB-IoT的覆盖增强。

4.1重复传输，延长信号码元的传输时间。码元的重复传输事实上就是一个最简单的信道编码，尽管降低了信息的传输速率，但是在解调或译码上的可靠性，特别是在低信噪比的接收环境下更加有效。比如理想下译码出错概率为10%，重复次数增加，使得整体译码出错概率大大降低。如表3所示。

4.2现有的TTIbundling和HARQ重传技术也可以实现延长信号码元的传输时间。参考