梁松柏，于長松，許 強（.中國聯(lián)通河南省分公司，河南鄭州 450008；.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

NB-IoT 技術(shù)工作在180 kHz 帶寬、提供低功耗設(shè)備的蜂窩數(shù)據(jù)連接，廣泛應(yīng)用于智慧城市中停車、水、電、氣表等業(yè)務(wù)。為保證終端電池壽命，NB-IoT 技術(shù)要求終端不進行MR 上報。一旦海量級、分散的連接點應(yīng)用需求發(fā)起時，將無法快速、有效、精準評估每個需求點上網(wǎng)絡(luò)對市場需求的滿足度，從而無法提出NB-IoT精準的基站、小區(qū)規(guī)劃方案。

在此背景下，構(gòu)建NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與市場滿足度評估算法及體系以解決如下幾大痛點：

a）現(xiàn)場人工摸排工作導致運營成本居高不下、效率低下的問題。

b）NB-IoT網(wǎng)絡(luò)柵格級覆蓋水平精準評估問題。

c）市場海量的、分散的連接點應(yīng)用需求滿足度評估問題。

d）滿足市場需求的基站、小區(qū)開通規(guī)模最小化問題。

e）無覆蓋區(qū)域的規(guī)劃支撐問題。

2 評估思路和方法

2.1 總體思路

利用4G 網(wǎng)絡(luò)MR 數(shù)據(jù)中的攜帶經(jīng)緯度的A-GPS數(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、4G 和NB-IoT 的DT/CQT 測試數(shù)據(jù)以及2 個系統(tǒng)間的覆蓋差異構(gòu)建NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和需求滿足度評估體系，總體思路和流程如圖1所示。

圖1 構(gòu)建NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與市場滿足度評估體系流程圖

2.2 覆蓋迭代評估

2.2.1 A-GPS數(shù)據(jù)柵格化

MR 數(shù)據(jù)包含帶經(jīng)緯度的A-GPS 數(shù)據(jù)，為用戶手機GPS 定位算法算出的經(jīng)緯度，位置精度可以達到1 m。由于手機能夠搜到衛(wèi)星，基本上可以認為是在室外環(huán)境中上報的MR 數(shù)據(jù)。因此，與參考文獻［3］的處理方法不同，本文只保留A-GPS 數(shù)據(jù)。因為不同場景，室內(nèi)外用戶比例不同，穿透損耗不同，排除掉室內(nèi)外用戶占比不明、穿透損耗不明的室內(nèi)用戶上報的數(shù)據(jù)，留下“清一色”的室外用戶上報的MR 數(shù)據(jù)，可以更加精準地預測同柵格NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的室外覆蓋。然后再根據(jù)需求點建筑物類型和穿透損耗預測其室內(nèi)覆蓋。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)制式覆蓋差異常量因子

限于篇幅，本文只討論NB-IoT1800與LTE1800之間的覆蓋差異。

20 W情況下參考信號功率：

NB-IoT1800 參考信號功率=10×lg（20×1 000/12）=32.2 dBm

LTE1800 參考信號功率=10×lg（20×1 000/100/12）=12.2 dBm

N1800 與L1800 同頻段，同位置測試共站小區(qū)，實際路徑損耗（大氣、遮擋、穿透損耗等）基本一樣，可認為兩者路徑損耗等同。N1800 與L1800 參考信號功率配置不同影響終端接收RSRP，終端接收機靈敏度與芯片、接收天線增益和天線安裝方式等因素相關(guān)，在不考慮終端接收機靈敏度的情況下：

網(wǎng)絡(luò)制式差異常量因子a1=N1800 參考信號功率-L1800參考信號功率=20 dB （1）

2.2.3 場景覆蓋差異常量因子

根據(jù)用戶使用習慣和NB-IoT 應(yīng)用類型進行場景分類，選取典型場景做穿透損耗測試。分別對典型場景室外、室內(nèi)近點和室內(nèi)遠點進行測試，測試時選用同一個小區(qū)進行定點CQT 測試，分別記錄室外、室內(nèi)近點和室內(nèi)遠點RSRP，每個場景測試20個點，可計算出各場景的穿透損耗如表1所示。

表1 典型場景穿透損耗

由表1可知，各場景穿透損耗存在明顯差異，室內(nèi)近點損耗相比室內(nèi)遠點損耗差異很大，考慮用戶實際使用行為，選取室內(nèi)近點無法完全模擬全部用戶的使用環(huán)境，綜合考慮用戶實際的使用行為及活動區(qū)域，選取室內(nèi)遠點損耗作為典型場景覆蓋差異常量因子a2，不同場景選取不同的常量a2作為覆蓋迭代模型常量因子。同時考慮實際測試與用戶行為存在一定的差異，統(tǒng)一向上取整作為覆蓋評估模型常量因子，N1800具體取值如下：

a）設(shè)備安裝井：20 dB。

b）居民樓：25 dB。

c）寫字樓、商場：30 dB。

d）停車場（負一層）：40 dB。

2.2.4 覆蓋迭代評估公式及結(jié)果呈現(xiàn)

基于LTE1800柵格級A-GPS MR 數(shù)據(jù)進行覆蓋迭代評估：

各場景NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)RSRP=場景柵格內(nèi)4G MR的RSRP+a1-a2（2）

考慮頻率之間的差異因子a3，有如下公式：

各場景NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)RSRP=場景柵格內(nèi)4G MR的RSRP+a1-a2+a3（3）

其中，室外RSRP=柵格內(nèi)4G MR 的RSRP+a1，a3=log（f1/f2）基于該公式某市NB-IoT 室外覆蓋情況如圖2所示，其中白色區(qū)域為缺少A-GPS MR數(shù)據(jù)區(qū)域。

圖2 某市A-GPS MR的N1800室外覆蓋評估

2.3 覆蓋預測評估

在無A-GPS MR 數(shù)據(jù)的場景，利用玄武平臺，利用A-GPS MR 數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有基站工參，進行場景的傳播模型校準，建立基于射線跟蹤模型的室外覆蓋預測，并導出柵格級覆蓋預測結(jié)果，形成NB-IoT室外覆蓋預測數(shù)據(jù)庫。

2.3.1 仿真結(jié)果導出方式

打開玄武平臺仿真結(jié)果，選擇signal level export插件，選擇導出范圍、最小RSRP、柵格大小和導出文件，保存到服務(wù)器，然后下載到本地。

2.3.2 覆蓋預測評估結(jié)果呈現(xiàn)

導出柵格級仿真結(jié)果，篩選出所有無A-GPS MR的空柵格，覆蓋預測結(jié)果如圖3所示。

圖3 某市基于仿真的室外覆蓋預測

2.4 總體覆蓋評估結(jié)果呈現(xiàn)

將以上覆蓋迭代評估和覆蓋預測評估數(shù)據(jù)進行疊加，能夠精準反映NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，將以上2層數(shù)據(jù)映射到20×20的地理柵格位置，就形成了NBIoT全網(wǎng)柵格化覆蓋底層數(shù)據(jù)庫，為下一步求取市場離散的、海量的NB-IoT終端模組部署位置網(wǎng)絡(luò)覆蓋滿足度提供了底層覆蓋數(shù)據(jù)。評估結(jié)果地理化呈現(xiàn)如圖4所示。

圖4 室外覆蓋迭代+覆蓋預測評估地理化

在考慮穿透損耗的情況下，不同場景下N1800 的RSRP 差異較大。各場景NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)RSRP=場景柵格內(nèi)柵格4G MR的RSRP+a1-a2，某市各場景RSRP柵格數(shù)占比劃分如下：

設(shè)備安裝井：RSRP＞-90 dBm 占比為98%，覆蓋良好。

居民樓：RSRP＞-85 dBm 占比為95.41%，覆蓋一般。

商場/寫字樓：RSRP＞-80 dBm 占比為90.27%，覆蓋不足。

地下停車場（負一樓）：RSRP＞-70 dBm 占比為67.37%，覆蓋嚴重不足。

2.5 覆蓋評估體系結(jié)果驗證

為確保覆蓋評估體系準確可靠，項目組對本市的1 000 個需求點抽取了分布于不同場景的100 個點，經(jīng)評估可靠率達到95%以上，且平均誤差不超過3 dB。

在惠文教育移動附近的醫(yī)院里進行CQT 測試，測試收到惠文教育移動1 小區(qū)信號，RSRP 在-75 dBm 左右，記錄此測試點的經(jīng)緯度，輸入覆蓋評估體系平臺中，查看評估結(jié)果是否與實測數(shù)據(jù)吻合，以驗證覆蓋評估的準確性。測試驗證點與周邊小區(qū)關(guān)系如圖5所示。

圖5 測試驗證點與周邊NB-IoT小區(qū)位置關(guān)系

CQT 測試主要占用NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的惠文教育移動1 小區(qū)，覆蓋評估結(jié)果收到的LTE 站點為惠文教育移動_1、太龍醫(yī)藥_3 和合歡街與熒屏路_7，加上系統(tǒng)差異因子a1后，RSRP 預測值在-75 dBm 左右，與CQT 測試數(shù)據(jù)吻合，評估結(jié)果與實測結(jié)果相符，評估結(jié)果誤差不大（見表2）。

2.6 覆蓋門限

為了模擬用戶實際使用情況，需要測試上傳達到極限速率（2 kbit/s）時的覆蓋情況，在無干擾場景下，實測邊緣極限覆蓋門限（2 kbit/s上傳）約為-115 dBm，干擾場景下實測邊緣極限覆蓋門限明顯提升，綜合考慮不同底噪水平，分為正常、輕微干擾和嚴重干擾3種場景進行測試，各場景測試結(jié)果如表3所示。

獲取某市全網(wǎng)N1800 小區(qū)底噪情況，根據(jù)全網(wǎng)N1800 小區(qū)底噪情況，小區(qū)占比分段后進行加權(quán)平均得出全網(wǎng)NB-IoT覆蓋感知臨界門限為-111.18 dBm。

98.28 %×-115-1.2%×（-115-105）/2-0.45%×（-105-95）/2-0.07%×-95=-111.18 dBm （4）

綜合用戶的實際使用環(huán)境，覆蓋越好感知越好，考慮不同干擾極限速率時覆蓋的多樣性，本市全網(wǎng)N1800覆蓋門限約為-110 dBm。

3 平臺構(gòu)建及算法實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖6所示。

3.2 市場需求滿足度算法

表2 測試點所在柵格MR數(shù)據(jù)情況及覆蓋評估電平

表3 滿足邊緣速率時不同干擾程度下最低RSRP電平

以市場需求為導向，以A-GPS MR 數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果映射的20×20柵格級數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，匹配市場需求，如果柵格內(nèi)有至少1 個小區(qū)的覆蓋電平大于覆蓋門限，說明該需求能夠獲得滿足。如果沒有一個這樣的小區(qū)，則說明該市場需求無法滿足，則提出滿足該需求的新建站址清單（見圖7）。

3.3 最小規(guī)模評估算法

圖6 平臺整體架構(gòu)圖

圖7 NB-IoT網(wǎng)絡(luò)與市場需求滿足度算法

將所有滿足市場需求的NB-IoT 小區(qū)和市場需求建立一一對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，把NB-IoT小區(qū)按照滿足不同市場需求的數(shù)量大小降序排列并按照需求去重，留下能夠服務(wù)更多需求的小區(qū)清單，從而輸出滿足市場需求的最小規(guī)模。

驗證河南電力公司抄表1 000 個需求，通過NBIoT 網(wǎng)絡(luò)與市場滿足度評估體系平臺共輸出需開通290個小區(qū)。

4 結(jié)束語

NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)與市場滿足度評估體系相比傳統(tǒng)方法具有精準、快速、實用等優(yōu)勢，依據(jù)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)20×20 m 柵格級覆蓋庫，當海量級、分散的連接點應(yīng)用需求發(fā)起時，可以精準、有效、快速評估網(wǎng)絡(luò)對市場需求的滿足度。

按照本評估體系，借助IT 化工具，最終形成評估平臺，實現(xiàn)一鍵式輸入輸出各地（市）柵格級NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋評估、市場滿足度評估、滿足需求的最小NBIoT站點和小區(qū)清單、重點保障小區(qū)清單以及規(guī)劃建設(shè)站址等。

該項目解決5G 的mMTC 場景應(yīng)用NB-IoT 技術(shù)的五大痛點；未來將加快5G 的mMTC 場景應(yīng)用業(yè)務(wù)推廣，促進NB 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計及運營自動、智能、智慧轉(zhuǎn)型。