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NB―IoT物联网覆盖增强技能探讨

木马童年 2019-3-2 17:47 195 0


 NB―IoT物联网覆盖增强技能探讨作者:未知   【摘 要】为了探讨NB-IoT物联网覆盖增强技能,在分析NB-IoT覆盖评估的方法和各种覆盖增强技能的基础上,重点分析了反复传输带来的覆盖增益,汇总3GPP提案中主 ...
NB―IoT物联网覆盖增强技能探讨作者:未知   【摘 要】为了探讨NB-IoT物联网覆盖增强技能,在分析NB-IoT覆盖评估的方法和各种覆盖增强技能的基础上,重点分析了反复传输带来的覆盖增益,汇总3GPP提案中主要厂家分析覆盖增强的仿真结果。仿真结果证明,选取NB-IoT技能能够满足物联网覆盖增强的要求,为物联网商用提供理论基础。
  【关键词】NB-IoT 物联网 覆盖增强
  [Abstract] In order to discuss NB-IoT coverage enhancement technology, the paper analyzed coverage evaluation methods and various enhancement techniques. It focused on coverage gain using repetition transmission technique, summarizing simulation results of coverage enhancement from main venders in 3GPP. The results prove that NB-IoT technique are able to meet the demand for coverage enhancement of IoT, providing theoretical basis for commercial application of IoT.
  [Key words]NB-IoT IoT coverage enhancement
  1 引言
  在3GPP第69次RAN全会上,NB-IoT(窄带物联网)通过立项。根据立项文档,3GPP标准组织拟制定一种全新的蜂窝物联网技能,使用现有授权频谱资源,满足广覆盖、低功耗的、低速率的物联网业务需求。NB-IoT标准已在2016年6月份完成冻结,并打算于2016年第4季度进行外场测试,2017年上半年实现商用。本文针对NB-IoT技能涉及到的覆盖评估和增强技能进行了分析,对主要厂家的仿真结果进行了汇总分析并得出相关结论。
  2 NB-IoT技能特点
  根据NB-IoT已达成的标准规范,具备以下特点[1][7]:
  (1)带宽为180 kHz,和现有LTE系统的一个PRB的带宽相同;
  (2)下行选取OFDMA,子载波间隔为15 kHz(和LTE相同);上行支持两种模式,多载波15 kHz和单载波3.75 kHz;
  (3)全新的物理信道和信号,对下行的PBCH、PDSCH、PDCCH选取单一的TM传输模式;
  (4)降低终端成本和功耗,选取半双工方式,一根接收天线;
  (5)为充分利用现有LTE网络资源,同时提供灵活的零散频率资源部署,NB-IoT建议部署模式:独立模式、保护带模式和带内模式。
  根据参考文献[2],NB-IoT打算实现以下指标:
  (1)实现广域覆盖和深度覆盖,比传统的GPRS技能增强20 dB;
  (2)实现大容量终端接入;
  (3)实现降低的终端成本,每个终端低于5美元;
  (4)实现低功耗,在5 Wh时提供大于10年的支持;
  上述每一项指标都是一个巨大挑战,本文重点分析NB-IoT的覆盖增强技能。
  3 覆盖分析方法
  如图1所示,移动网络的覆盖评估分析一般选取MCL(Maximum Coupling Loss,最大链路损耗):
  图1中的无线空口路径损耗决定了上下行的覆盖范围。选取MCL的计算方法可对覆盖范围的大小进行评估。
  根据参考文献[2],在覆盖范围的评估上统一为表1、表2所示的具体目标和方法。
  上述评估方法适用于NB-IoT的各种物理信道,包括抑制信道和业务信道,并有以下约定:
  (1)所有抑制信道的指标BLER为10%;
  (2)对于带内和保护带部署方式,选取的功率参数会有所不同;
  (3)对比基准假定为传统GPRS的MCL,取值为144 dB。
  4 NB-IoT覆盖增强技能
  从上面分析来看,只要通过有效调整参数,增大MCL,就能够实现NB-IoT的覆盖增强。参考文献[3]对MTC业务的覆盖增强进行了研讨,主要有以下方面:
  (1)反复传输,延长信号码元的传输时间。码元的反复传输真相上便是一个最大略的信道编码,只管降低了信息的传输速率,然而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几率为10%,反复次数增加,使得总体译码出错几率大大降低。如表3所示:
  (2)现有的TTI bundling和HARQ重传技能也能够实现延长信号码元的传输时间。参考文献[6]给出了相关的提升覆盖的数值,在VoLTE的商用网络实践中已经表明可有效改善信号的覆盖范围。
  (3)鉴于NB-IoT业务需求的速率很低,100 bps左右已经能够实现大局部业务,所以能够选取低阶的调制技能,如BPSK、QPSK、更短长度的CRC校验码等。
  (4)在编码方面,NB-IoT选取Turbo编码,GPRS选取卷积码,优势体如今对译码信噪比需求降低,对应覆盖距离有3~4 dB的增强。
  (5)对时延要求的降低以及在局部下行物理信道上选取功率增强(Power Boost),对信号覆盖都有直接的增强。
  文献[3]对MTC业务的覆盖增强,不同的物理信道选取不同的手段。如表4所示。
  鉴于MTC业务在各种覆盖增强技能方面需比GPRS增强20 dB,而且可支持更低的业务速率,所以选取码元反复传输是主要的覆盖增强手段。表5为反复传输对覆盖增强量化仿真结果。   5 仿真及评估结果
  第一种情况[4][11]:
  根据3GPP研讨提案,对于独立部署场景,分辨抉择了两种情况,单个公司的仿真情况和多公司仿真情况对照。图2表示了M-PBCH、M-PDSCH、M-EPDCCH和M-PUSCH链路级仿真的结果,主要获得了对应的信道解调所需的信噪比。
  根据上述链路级仿真结果可知:
  (1)M-PBCH:使用32次反复传输(总的传输时间为320 ms),10%BLER对应的SNR为-6.4 dB。
  (2)M-PDSCH:使用18次反复传输(总的传输时间为216 ms),10%BLER对应的SNR为-6.4dB,对应的M-PDSCH数据率为3.7 kbps。
  (3)M-EPDCCH:使用18次反复传输(总的传输时间为12 ms),10%BLER对应的SNR为-6.1 dB。
  (4)M-PUSCH:使用单载波传输,传输时间为2160 ms,10%BLER对应的SNR为-5.8 dB,对应的M-PUSCH数据率为0.37 kbps。
  根据上述仿真结果,对应的覆盖评估(独立部署场景)如表6所示:
  第二种情况:根据文献[5]、[12],汇总了多家公司对于不同信道的覆盖评估对比,如表7至表10所示。
  6 结论
  覆盖增强20 dB是NB-IoT的重要指标之一。本文在介绍NB-IoT基本特点的基础上,分析了NB-IoT覆盖评估的方法和覆盖增强的各种技能,重点分析了反复传输带来的覆盖增益,最终汇总3GPP提案中分析覆盖增强的仿真结果。结果证明,通过反复传输和低阶编码等技能能够实现NB-IoT中不同物理信道覆盖增强20 dB的指标。
  参考文献:
  [1] RP-151621. New Work Item: NarrowBand IoT (NB-IoT), Qualcomm Incorporated[R]. 2015.
  [2] 3GPP TR 45.820 V13.1.0. Cellular system support for ultra-low complexity and low throughput Internet of Things (CIoT)[S]. 2015.
  [3] 3GPP TR 36.888 V12.0.0. Study on provision of low-cost Machine-Type Communications (MTC) User Equipments (UEs) based on LTE[S]. 2013.
  [4] R1-155982. Performance Evaluations for Stand-alone Operation, Nokia Networks[R]. 2015.
  [5] RP-151392. NB-LTE-Improved indoor coverage, Ericsson, Alcatel-Lucent, Alcatel-Lucent Shanghai Bell, Intel, LG Electronics, Nokia Networks, Samsung Electronics, ZTE[R]. 2015.
  [6] 3GPP TR 36.824. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTE coverage enhancements[S]. 2015.
  [7] 戴国华,余骏华. NB-IoT的产生背景、标准发展以及特性和业务研讨[J]. 移动通讯, 2016,40(7): 31-35.
  [8] GP-150782. Narrowband LTECPDSCH and PUSCH design and performance[S]. 2015.
  [9] R1-155805. Evaluations on downlink channels for NB-IoT stand-alone operation[R]. 2015.
  [10] R1-156010. NB-LTECGeneral L1 Concept Description [R]. 2015.
  [11] R1-156013. Coverage analysis in stand-alone operation [R]. 2015.
  [12] R1-156018. Coverage analysis in inband operatio[R]. 2015.
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