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NB
IoT业务模型与MCU设计流程分析
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刘从柏蔡文峰高月
【摘要】在中国电信计划大规模部署异频组网的环境下,针对国内主流NB-IoT终端模组,控制模组的MCU流程设计无法满足一些特定的NB-IoT业务模型场景,现有大部分MCU流程会导致终端无法使用最优频点,对业务感知有较大影响。基于NB-IoT业务模型场景分析,重点分析了国内主流NB-IoT模组主要性能机制和存在的问题,并针对耗电敏感、移动性、时延敏感等不同特点的业务类型,提出了解决这些问题的合理MCU设计流程。
业务模型;模组;芯片;MCU;异频组网
1引言
目前,NB-IoT网络单频组网下同频干扰的问题非常严重,现有解决方案仅可通过异频组网方式予以解决,因此,未来中国电信将准备大规模部署实施异频组网。但是,在异频组网环境下,中国电信已商用的主流模组(如上海移远BC95-B5)在MCU(微控制单元)流程设计时,会导致终端无法使用最优频点,无法满足一些特定的NB-IoT业务模型场景。
为了有效解决这个问题,需要模组厂家向终端公司进一步规范终端MCU设计流程,确保在耗电敏感、移动性、时延敏感等不同特点的业务类型场景下,能有一套最优适配的MCU设计流程,避免终端无法使用最优频点,进一步提升后续NB-IoT业务感知。
2NB-IoT技术特点及业务模型
2.1NB-IoT关键技术特点
NB-IoT构建于蜂窝网络,带宽为180kHz,主要聚焦于小数据量、小速率业务应用。该技术设计以牺牲低速率和传输延迟为前提,从而实现强覆盖、低成本、低功耗、大容量等四大优势的蜂窝物联网。在现有商用网络下,其主要技术特点有[1]:
(1)覆盖:NB-IoT技术空口最大耦合损耗(MCL)和GPRS相比有20dB左右的增益,室外覆盖信号强度基本可以满足,室内覆盖程度与楼宇墙面厚度及结构、具体深度有关。
(2)容量:3GPP定义NB-IoT单扇区5万用户的容量模式,主要是基于NB-IoT小数据特征,通过减少终端工作的频次和强度,拉长终端休眠时间,实现大容量。
(3)时延:针对数据上报及接收时延,当NB-IoT终端成功接入网络后,终端有数据传输时,终端仅需要建立无线RRC链路成功后,立刻发送数据,此时时延大小与发送数据包大小以及无线覆盖环境有关,也与终端所处状态(空闲态或连接态)、业务模式(PSM和eDRX)有关,一般情况下数据发送和接收时延是秒级别。
(4)速率:在现有NB-IoT网络默认配置情况下,单用户上下行理论峰值速率约15.6kb/s或21.25kb/s,单小区上下行理论峰值速率约250kb/s或227kb/s。
(5)功耗:NB-IoT终端在PSM态、空闲态、监听态、连接态等不同状态下功耗有区别。当终端处于PSM状态功耗极小,连接态功耗最大,连接态的功耗是PSM态的24000倍,监听态的功耗是PSM态功耗的6000倍,空闲态的功耗是PSM态功耗的200倍。
(6)移动性:目前NB-IoT商用版本为R13,协议规定该版本不支持跨基站间的切换功能,更加适合静止和慢速移动场景,终端移动速度低于30km/h时数据传输成功率较高,速度越大成功率越低。
2.2NB-IoT业务模型场景
近些年来,物联网业务类型众多,每种类型的业务都有自身的特点,从3GPP定义的特点来看,主要将NB-IoT业务模型场景分为3类[2]:
(1)监测上报类:主要用于业务终端主动上报数据场景,业务终端上报数据结束后,很快进入PSM状态直至终端再次上报数据。根据业务数据上报周期差异,一般将监控上报类业务分为“监控上报类——长周期”和“监控上报类——短周期”。
(2)下发控制类:主要用于满足业务终端希望对终端下发控制需求,为了使业务终端能够相对快地接收到下发消息,默认不开启PSM功能模式,仅使用eDRX或DRX功能模式。
(3)综合定制类:主要用于业务终端需要同时考虑使用PSM和eDRX的复杂业务场景。未来,NB-IoT终端可以设计配置PSM或eDRX相关参数定时器,从而可以灵活适配个性化业务场景。
表1为NB-IoT业务模型场景分类:
3NB-IoT终端模组性能及问题分析
3.1NB-IoT终端模组发展现状
随着NB-IoT的发展及商用,NB-IoT芯片和模组产业的发展也非常迅速,为满足低频段增强覆盖的需求,业界NB-IoT芯片目前仅支持1GHz以下频段,主要支持Band5、Band7和Band8频段。业界已发布NB-IoT模组的主流厂商约20多家,其中,国内采购NB-IoT模组的厂商约90%以上已采用“华为海思”NB-IoT芯片,且国内采用该芯片的模组约90%以上属于“上海移远通信技术有限公司”厂商。
3.2NB-IoT商用终端模组性能分析
根据国内NB-IoT终端模组及芯
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