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摘要：NB-IoT技术具有覆盖范围广、能耗低等优点，已经成为未来互联网技术的首选，但其仍存在一些问题。本文对NB-IoT网络覆盖性能的评估及优化方法进行了研究。
关键词：覆盖性能；异频组网；功率
引言
随着未来我国网络规模越来越大，为了更好的满足未来物联网的应用发展要求，NB-IoT技术逐渐得到应用。与传统的LTE网络技术相比，NB-IoT技术的结构更加简化，并且其服务功能范围更加广泛，能够有效提高物联网运行水平，因此，应加大对NB-IoT网络覆盖性能的评估及优化方法的研究。
1.NB-IoT覆盖性能评估
NB-IoT覆盖性能主要依靠覆盖率指标、干扰类指标、重叠覆盖率来评估。NB-IoT评估体系需建立在NB-IoT单站验证完成，且相应的性能指标可支撑分析的基础上。
1.1覆盖率指标
覆盖率指综合接收场强和信干比，描述全网的覆盖情况。覆盖率=条件采样点/总采样点×100；NBIoT道路测试要求的覆盖率采样点须满足：RSRP≥-84dBm，SINR≥-3dB。
平均RSRP，参考信号平均接收电平，从参考信号平均接收信号与干扰噪声比角度，评估全网的平均干扰强度。
边缘RSRP，取RSRP中CDF等于5%的值，如果边缘RSRP太低，不能达到网络最低覆盖要求；如果边缘RSRP过高，小区间干扰也会严重；故NB-IoT更加重视利用边缘覆盖电平，来评估小区边缘的覆盖。
RSRP连续弱覆盖比例，NB-IoT连续弱覆盖里程/NB-IoT测试里程×100%，评估路测中参考信号RSRP接收功率情况，反映服务小区覆盖的主要指标；其中：弱覆盖里程的定义为持续10s70%的采样点路段满足RSRP<-84dBm。
1.2干扰类指标
平均RS-SINR：参考信号平均接收信号与干扰噪声比，从参考信号平均接收信号与干扰噪声比角度，评估全网的平均干扰强度。
边缘RS-SINR：参考信号平均接收信号与干扰噪声比取CDF（累计概率分布）5%对应的值，从参考信号平均接收信号与干扰噪声比角度，评估全网各小区边缘的干扰强度。
连续SINR质差里程占比：连续SINR质差里程/NB-IoT测试里程×100%，评估RS-SINR质差里程；其中：SINR质差里程定义为持续10s且70%的采样点CRS-SINR<-3dB的连续路段。
1.3重叠覆盖率
道路重叠覆盖率=重叠覆盖度≥4的采样点/总采样点×100%；重叠覆盖度指与最强信号电平差距在6dB范围内的电平数量，且最强信号RSRP＞-84重叠覆盖度≥4，即认为存在较严重的重叠覆盖情况；从参考信号平均接收信号电平角度，评估服务小区覆盖范围内强信号邻区叠加的程度。
重叠覆盖里程占比，道路重叠覆里程占比=连续重叠覆盖度≥4的里程/总测试里程×100%；评估全网内重叠覆盖里程占比，一定程度上反映网络建设合理性。
Mod3冲突采样点比例=Mod3冲突采样点小区数量/采样点测量到的邻区数量总数×100%，最强信号RSRP门限=-84，PCI=3×GroupID（S-SS）+SectorID（P-SS），如果PCIMod3值相同的话，就会造成P-SS的干扰；实际网络必然中存在两邻区PCIMod3无法错开的情况。Mod3会造成CRS信号相互干扰，使SINR降低；重叠覆盖和Mod3干扰同时存在，以重叠覆盖影响为主[1]。
2.NB-IoT覆盖性能优化
2.1弱覆盖优化
NB-IoT定点测试中可能会发现部分室内环境的NB-IoT覆盖性能较差。某市实地测试中，大型商场一层显示NB-IoT使用绝对无线频率信道号（EARFCN）3738，其RSRP值为-110dBm，SINR为-4.10dB，不能完成Attach附着测试。当行进到一层纵深25m处，RSRP恶化至-123.3dBm，SINR急降至-13.7dB，测试仪表显示已脱网。但是，从电子地图上计算该测试终端与最近的NB-IoT基站只有687m。由于现阶段NB-IoT规划中并不包括室分基站，部分室内环境可能比仿真要差很多。
道路测试中也会发现大片弱覆盖情况，如图1所示，城坊街与新创巷交叉口区域弱覆盖严重，UE行驶至城坊街与新创巷交叉路口由南到北方向时，由于原附近规划站点被替换，导致UE占用较远站点A2_XH枢纽楼HNN_H-66信号，电平为-96dBm，影响整体到了覆盖。
NB-IoT网络中无需配置功率相关的PA，PB参数；3GPPR13协议规定了1T（1端口发射）和2T（2端口发射）下的资源粒子（RE）与参考信号（RS）的功率关系如下。
（1）1T场景如图2所示，导频功率与数据域RE功率相同；NB-IoT总功率=RS功率（mW）×12（如导频功率为32dBm，总功率=20W）；NPBCHRE功率=RS功率NPDCCHRE功率=RS功率。
（2）2T场景如图3所示，导频功率是数据域RE功率一倍，即NB-IoT总功率=RS功率（mw）/2×12；（如导频功率为32dBm，总功率=2×10W）；NPBCHRE功率=RS功率/2NPDCCHRE功率=RS功率/2。
图1NB-IoT弱覆盖严重路段测试图
图21T场景RE与RS功率关系示意图
以某主设备为例，目前NB-IoT网络是2T4R和2T2R两种，功率规格是2×10W，单端口PORT10W对应40dBm；
12个子载波均分功率，可得（10×log（12）=10.8）；
单端口PORT的RS功率=40dBm-10.8dB=29.2dBm；因为是2T，所以加3dB，最终RS最大为32.2dBm。
优化方案：将道路测试中占用小区的功率提升，由之前的29.2dBm提升至32.2dBm。参数修改后对该路段进行复测，占用同样小区的RSRP值由之前的平均-96dBm提升到-88dBm，覆盖率有明显改善[2]。
2.2重叠覆盖优化
GSM网络是异频组网，过覆盖现象较为严重。NB-IoT、LTEFDD和未来的5G网络均是同频网络，如果继承原有GSM网络结构，会导致严重的同频干扰。同时，为了面向未来VoLTE、视频等业务的发展要求，900MHz网络必须面向目标网重新统一规划，确保网络结构合理。
NB-IoT按照同频组网进行目标网规划，初期在高干扰的局部地区可采用异频的方式规避干扰；异频组网时中心频点分别设置为953.4MHz、953.6MHz、953.8MHz，即原GSM系统的92/93/94号频点，在NB-IoT系统对应为3734、3736、3738号频点。选取NB-IoT现网道路测试中SINR较差且集中的区域，实施异频后的NB-IoT覆盖测试效果对比如图4所示。
从统计结果可以发现，NB-IoT覆盖率（RSRP≥-94dBm&SINR≥-3）与SINR值，在实施异频组网后有明显的提升，如表1所示。
表1NB-IoT异频组网实施效果对比
3.NB-IoT干扰优化
3.1 NB-IoT干扰分类
NB-IoT网络干扰主要由系统内干扰与系统外干扰引起。系统内干扰主要由NB-IoT网络沿袭LTE网络架构的同频组网，其特有的窄频带导致较高的发射功率，再结合NB-IoT与GSM合设天馈部分，导致系统内下行重叠覆盖率过高，引起较高的系统内下行干扰。
系统外干扰主要是NB-IoT使用BAND8的953.8MHz（上行中心频点为908.8MHz，下行中心频点为953.8MHz），周边面临原有GSM网络环绕，2G网络私装直放站及对讲机二次谐波干扰都对NB-IoT上行造成较大的干扰。
以某试验区为例，目前开通的1929个NB-IoT小区，33.96%小区存在干扰，其中17.52%小区存在中等干扰。通过对典型站点进行48h频谱扫描，发现底噪持续很高，与业务忙闲时段无关，经排查是私装直放站全带宽放大导致。对讲机的二次谐波的干扰：对讲机在400～470MHz工作，其二次谐波完全落入900MHz频段。
由于私装直放站是全带宽干扰，NB-IoT与GSM900MHz共同使用BAND8频段，私装直放站产生的干扰同样影响到NB-IoT网络。由系统外干扰造成的底部噪声抬升，影响基站灵敏度。如果底噪抬升20dB，灵敏度就会恶化20dB，路损就会减少20dB，从而导致覆盖收缩。
3.2 NB-IoT干扰优化
NB-IoT抗干扰能力不足，主要原因有终端芯片能力弱，无法实现复杂的干扰规避调度算法；终端单天线，半双工配置，无法实现GSM的干扰分集抑制；NBIoT是200kHz的窄带系统，抵抗900MHz的宽带私装干扰技术能力不足[3]。
NB-IoT干扰优化可从以下几个方面进行。
（1）常规手段排查。上行频段底噪来源于大量私装直放站，组织开展干扰排查，对私装直放站进行定位、协调关停工作；利用新型室分等创新手段，解决弱覆盖区域的深度覆盖问题。
（2）系统参数优化。通过实施NB-IoT异频组网及PCI优化缓解干扰。相比传统方式，NB-IoT支持更多次数的重传，以缓解干扰带来的误码。NB-IoT相对于GSM可以做到20dB的覆盖扩展（MCL从144dB扩展到164dB），相对于LTE可以做到24dB的覆盖扩展（MCL从140dB扩展到164dB）。NB-IoT覆盖增强主要依靠重传带来的增益，相比传统方式，NB-IoT支持更多次数的重传，以缓解干扰带来的误码。
（3）站点规划方案。增加规划站点数，控制站间距、天线挂高和方向规划，增强上行有用信号强度以抵抗干扰。因NB-IoT室内部署区域不同于GSM语音业务终端，需要考虑更多穿透损耗（地下、管道、隐蔽角落），同时需要考虑终端盒子损耗（6～8dB）等，按照MCL164dB部署，对比GSM实际覆盖增强约10dB。上行底噪抬升，会带来上行解调门限升高，进而会影响单站覆盖半径。上行底噪抬升越大，NB-IoT基站覆盖半径越小。
按底噪抬升0dB、10dB为基准，密集城区为例，站点上行底噪抬升10dB相比无干扰环境，站点规模增加2.61倍。站点规模（按FDD深度覆盖的站间距439m计算），无干扰区域：NB/FDD按照1：4组网，满足覆盖需求；10dB干扰区域：NB/FDD按照1：1组网，满足覆盖需求。
4.总结
综上所述，在NB-IoT网络采用独立模式并使用BAND8频段中，需要充分考虑异频组网带来的过覆盖现象及同频组网继承原有GSM网络结构产生的严重的同频干扰等所产生的影响，努力加强NB-IoT网络的干扰排查，使其能更好的服务于网络建设。
参考文献：
[1]基于速率需求的NB-IoT上行覆盖性能[J].何小丹，宋磊. 电信科学.2016（S1）
[2]移动运营商NB-IoT部署策略探讨[J].孙彪.移动通信.2016（23）
[3]NB-IoT部署方案及关键问题分析[J].张彬，王志鹏，马庆. 电信工程技术与标准化.2017（06）
论文作者:罗小宝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：干扰论文; 功率论文; 里程论文; 信号论文; 网络论文; 覆盖率论文; 平均论文; 《基层建设》2018年第24期论文;