基于TD-LTE MR数据的NB-IoT覆盖规划策略研究

冯延钊，李国强

(1中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101；2中国移动通信集团山东有限公司，济南 250001)

1 引言

随着大数据时代来临和智能城市建设的加速，目前移动通信正在从人与人的连接，向人与物、物与物的连接大步迈进，将来万物互联是必然趋势。当前的物与物连接大多基于蓝牙、Wi-Fi等短距离通信技术，在连接能力上严重不足。相比蓝牙、Wi-Fi等短距离通信技术，移动蜂窝网络具有覆盖广、移动性强和连接数多等优势，具备更加广阔的应用场景，因此移动蜂窝网络具备成为物联网主要连接的技术优势。4.5G作为4G的演进技术，具有更高的峰值速率，同时意味着具有更多的连接数和更低的时延，有利于物联网应用的快速普及。基于蜂窝的NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）成为将来万物互联网络中重要的组成部分。2017年6月初，工业和信息化部办公厅正式下发《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》。通知要求，到2017年末，我国NB-IoT网络的NB-IoT基站规模要达到40万个，NB-IoT的连接总数要超过2000万，实现NB-IoT网络对直辖市、省会城市等主要城市的覆盖。到2020年，我国NB-IoT网络的NB-IoT基站规模要达到150万个，NB-IoT的连接总数要超过6亿，实现对于全国的普遍覆盖以及深度覆盖。NB-IoT网络大规模部署正式展开，研究如何快速精准高效进行网络规划具有重要意义。

2 NB-IoT技术分析

NB-IoT是 LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗广域网）技术中一种新的窄带蜂窝通信技术，融合了NB-CIoT和NB-LTE两种标准。LPWAN包含了多种技术，除NB-IoT外还有Sigfox、LoRa、Cat-1及eMTC，主要技术指标对比如表1所示。

NB-IoT包含了频段内(In-Band)、保护频段(Guard-Band)和独立(Stand-alone) 3种部署场景。In-Band和Guard-Band都是使用LTE的载波来进行数据传输，其中In-Band是使用LTE载波内的PRB传输，Guard-Band是使用LTE载波内的保护频段进行传输。这两种部署场景适合利用现网LTE网络频段进行部署，可以最大化频谱资源利用率，但是存在与LTE网络的共存问题比如与LTE网络干扰规避，射频指标等。因此需着重考虑对LTE系统的兼容性问题。Stand-alone不使用LTE频段传输，独占频谱资源进行数据传输，因此不存在与现有LTE系统共存问题，适合运营商对NB-IoT网络进行快速部署。

表1 LPWAN主要技术指标对比表

在物理层上，NB-IoT的多址接入结束和LTE系统相同，即在下行使用OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access， 正交频分多址接入)，在上行使用SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access， 单载波频分多址)，且载波间隔和帧结构都与LTE系统相同。考虑到降低峰值平均功率比PAPR，NB-IoT中下行调制方式使用QPSK，上行若为多频传输则使用QPSK，若为单频传输则使用BPSK或QPSK。在信道编码方面，为了减少终端译码复杂度，下行数据传输使用咬尾卷积码TBCC，上行数据传输使用Trubo码。

在协议层上，NB-IoT规划了两种数据传输模式，分别是控制面解决方案和用户面解决方案。其中控制面解决方案是必须支持，用户面解决方案作为额外支持的选项。控制面板解决方案时，NB-IoT的终端并不与基站建立无线数据承载，而是通过建立信令无线承载来传递少量数据。在用户面解决方案时，NB-IoT的终端与基站之间新增了暂停恢复的程序，以此来降低NB-IoT终端在RRC连接态和空闲态之间切换时所需交换的数据量，因此节省了NB-IoT终端的电量消耗。

NB-IoT主要有4个技术优势。一是覆盖范围广，信道带宽窄使得功率分配在更窄的信道上，提高了功率谱密度，同时使用重复发送和编码技术，提高了传输的有效性，尤其是边缘用户性能得到改善，因此NB-IoT的覆盖范围更广。二是连接数量多，NB-IoT具有更小的资源粒度，因此能够支持的并发连接更多。三是终端能耗小，NB-IoT使用增强型的非连续接收机制，且在协议层减少了切换带来的信令交互，降低了终端的能耗，延长了终端的工作时间。四是芯片成本低，因为NBIoT的工作频段窄，速率要求也低，因此不需要多天线，芯片的射频部分和协议栈得到大大简化，降低了终端芯片的成本。

NB-IoT的技术优势使得它拥有广阔的应用前景，决定了它必然会成为物联网的主要连接方式。NB-IoT网络大规模商用即将到来，如何针对NB-IoT的技术优势进行快速部署和精确覆盖是接下来研究的主要内容。

3 基于MR数据的NB-IoT规划策略

各运营商目前正加大NB-IoT网络部署力度，为了给用户提供良好的网络覆盖和服务质量，网络建设前期进行系统性规划必不可缺。NB-IoT网络初期主要在主要城市的城区进行部署，相对投资较少，如何充分高效利用有限的投资，精确完成网络建设部署是本文研究的重点内容。为增强确定覆盖目标的准确性，精确定位覆盖需求，减少规划工作量，降低站址明细输出复杂度，本文研究了一种基于MR数据的NB-IoT规划策略。步骤如下。

第一步基础数据收集。收集2G和4G现网站址工参，以便在此基础上进行站点明细输出。收集现网4G的MR数据，以便根据MR数据进行分析确定站点优先级。

第二步数据处理并确定需求优先级。流程图如图1所示。根据小区MR数据，计算所有小区的平均采样点数量N，采样点的数量多少反应了区域内用户的数量多少，对于用户数量多的小区进行优先覆盖。因此根据每个小区的采样点数量n判断小区的优先级，对n≥2 N的小区为高优先级小区，0.5 N≤n＜2 N为中优先级小区，n＜0.5 N为低优先级小区。考虑采样点数量多少的同时考虑小区内的现网覆盖情况，参考小区平均RSRP指标，对于小于-110 dBm的小区定义为弱覆盖小区，弱覆盖严重的小区需要优先进行覆盖。

除了考虑采样点数量和弱覆盖情况之外，同时考虑竞争对手情况，根据MR数据中的本运营商覆盖比例和异运营商覆盖比例，筛选弱于竞争对手的小区优先进行NB-IoT网络覆盖。其中弱于竞争对手的判断标准为：本运营商MR覆盖率低于80%，异运营商MR覆盖率高于80%；或本运营商MR覆盖率高于80%，异运营商MR覆盖率高出本运营商MR覆盖率超过5%。

综合考虑TD-LTE弱覆盖情况、采样点数量和弱于竞争对手情况，将覆盖需求分为三批。第一批覆盖需求为采样点数量多或采样点数量较多且覆盖弱于竞争对手的弱覆盖小区，第二批覆盖需求为采样点数量较多或弱于竞争对手的弱覆盖小区，第三批需求为剩余的弱覆盖小区及覆盖弱于竞争对手的小区。

第三步核实确定NB-IoT站址。覆盖优先级确定完成后，再核实确定解决覆盖的站址。为了保证快速部署，NB-IoT站址采用共址建设，对于存在覆盖需求的小区，需根据小区工参核实计算网络结构是否合理，如果存在超近站需要对站址进行删减，优先去除优先级低的小区，保留优先级高的小区，避免出现重叠覆盖造成站址浪费。多次计算核实后保证网络结构合理并能够满足规划仿真指标。若指标不满足需再次核实网络结构是否合理，站址选择是否合理，最终满足网络规划仿真指标后的站址即为输出的最终NB-IoT站址明细。站址确定流程图如图2所示。

图1 覆盖需求优先级确定流程图

图2 NB-IoT站址确定流程图

经过以上3个步骤后，可根据现网4G的MR数据，精确定位到弱覆盖的位置，并根据采样点数量间接反映出业务需求情况，同时参考竞争对手的覆盖情况针对性的解决业务发展的弱区，依此进行NB-IoT站点的规划并输出最终站址明细。

基于MR数据的覆盖策略虽然前期数据处理工作量较大，主要通过MR数据分析弱覆盖采样点情况、竞争对手情况，但是数据准确性更高，站址针对性更强，覆盖目标更明确。弱覆盖采样点的多少直接反应了网络中用户数量的多少和网络覆盖的强弱，因此用户数量多的网络覆盖差的区域都会优先进行NB-IoT部署。竞争对手覆盖率可以有效反映业务需求和网络发展的重点区域，因此对于覆盖弱于竞争对手的区域，也会有针对性的部署NB-IoT，有利于运营商增强网络优势。

4 结论

综上所述，NB-IoT网络在部署时需综合考虑现有网络结构和网络覆盖情况，基于MR数据的部署策略综合考虑现有网络中的弱覆盖情况，采样点分布以及对比竞争对手覆盖情况，对网络部署进行优先级区分，能够作为运营商快速精准低成本建设NB-IoT网络的参考。

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