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系列篇5- NB-IoT 覆盖增强特性

助工
2019-06-20 19:46:04    评分

一、覆盖增强需求

NB-IoT 终端遍布在城市和乡村各个角落的物,从楼宇、街道到楼道转角、地下室,深到地下管网等,对网络信号的覆盖有更广更深的要求,现有2 G/3 G/4 G的信号难以做到全场景覆盖。

1)高层阻挡

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2)水表井楼内阻挡

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3)地下室衰减大

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4) 偏远地区无信号

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5) 偏远地区无信号

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二、标准由来

为什么是20dB呢?借用水表例子来理解。水表所处位置无线环境差,与智能手机相比,高度差导致信号差4dB,同时再盖上盖子,额外增加约10dB左右损耗,所以需要增强约20dB。

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3 GPP标准定义

根据3 GPP标准定义,不同网络下的MCL要求如下表所示。

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从表中可见,各制式下覆盖的瓶颈均在上行,其中NB-IoT的上行MCL为-164dB,而GSM、宽带LTE网络的上行MCL为-144dB,因此20dB 的增益是相比GSM和现有LTE网络而言的。

在Standalone场景下,NB-IoT相比GSM有最大20dB 覆盖增强;

在In-band和GuardBand场景下,NB-IoT相比LTE有最大20dB覆盖增强。

注:MCL:Maximum Coupling Loss,最大耦合损失。是指接收端为了能正确地解调发射端发出的信号,整个传输链路上允许的最大路径损耗(dBm)。

三、覆盖增强方案-上行增益

上行增益: PSD (Power Spectral Density),功率谱密度。表示每单位频率波携带的功率(W/Hz)。

NB-IoT上行载波带宽为15/3.75KHz,

相比现有2 G/3 G/4 G上行 200KHz(除去保护带宽,实际为180KHz)的PRB,

log((200 mW/15KHz)/(200 mW/180KHz))=10.7dB; 

log((200 mW/3.75KHz)/(200 mW/180KHz))=17dB 。

其中200 mW对应发射功率为23dBm的终端(10log200 mW=23dBm)。

也就是NB-IoT单位带宽所携带的能量比2 G/3 G/4 G更高,因此同等情况下可覆盖更远距离。

因此:PSD 增益约为11dB/17dB

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四、覆盖增强方案-重传

相比传统方式,NB-IoT支持更多次数的重传。重传次数每翻一倍,速率就会减半,同时带来3dB 的增益。

标准中定义上行重传次数最大可达128次,但考虑边缘场景下的速率以及小区容量,上行重传次数最大一般限为16次,下行重传次数最大一般限为8次。

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重传增益=10log(重传次数)

下行重传增益9dB:8次重传,10log 8=9dB;

上行重传增益12dB:16次重传,10log 16=12dB 。

因此:重传及带来的增益:>9dB(上下行均有)

需要说明的是:支持根据信号强度将覆盖区域划分为不同的覆盖等级,最大支持 3 个覆盖等级(Coverage Enhancement Level)从 0 到 2,CE Level 共三个等级,分别对应可对抗 144dB、154dB、164dB 的信号衰减。基站与 NB-IoT 终端之间会根据其所在的 CE Level 来选择相对应的信息重发次数。

对于覆盖较好的区域,通过不重复或者少量重复发送就可以满足覆盖性能,并且可以达到较高的数据传输速率

但是对于覆盖较差的区域,需要通过增加数据重复发送次数来保证 UE 覆盖性能,相应的数据传输速率会降低

五、覆盖增强方案-低频

NB-IoT 沿用 LTE 定义的频段号,Release 13 为 NB-IoT 指定了 14 个频段,如下图所示:

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NB-IoT 虽然可以部署于任何频段,但考虑覆盖需求,一般选择 1 GHz 以下低频频段部署。相比高频,低频具有路径损耗更低、绕射能力更强等优点,更加适合远距离覆盖。(高频则更加适合视距范围内的通信,即发射端与接收端之间无遮挡、距离近)

20dB的增益:11dB(PSD)+9dB(重传)=20dB,再加上 NB-IoT 普遍部署于 1 GHz 以下的低频频段上,三者共同保证了 NB-IoT 技术的更强覆盖。

六、覆盖增强方案-eNodeB覆盖等级的寻呼

覆盖增强面临的挑战:

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场景 

深覆盖需求,如水表、停车,部署在郊区或地下室

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RAN 侧解决方案

PSD 增强 (Power Spectral Density)

重复发送

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挑战

若所有用户做 PSD增强和重复发送,

这个时候 NB-IoT 小区容量下降明显

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解决方案

RAN 侧根据不同覆盖等级自动调整寻呼技术

MME 侧保存小区覆盖等级以及支持覆盖增强寻呼的 eNodeB 信息,

后续寻呼是将寻呼小区和小区覆盖等级带给待寻呼的 dNodeB

支持根据信号强度将覆盖区域划分为不同的覆盖等级,最大支持 3 个覆盖等级从 0 到 2,CE Level 共三个等级,分别对应可对抗 144dB、154dB、164dB的信号衰减。基站与 NB-IoT终端之间会根据其所在的覆盖等级来选择相对应的信息重发次数。

UE 将推荐寻呼的小区,eNodeB 和小区覆盖等级带给 MME 后,MME 将这些信息保存在用户上下文中,并标记发送过小区覆盖等级的 eNodeB 有覆盖增强寻呼能力。

MME 将推荐寻呼的小区和小区覆盖等级通过寻呼辅助信息带给有覆盖增强支持能力的待寻呼 eNodeB,从而可以兼顾容量和覆盖。

七、覆盖增强方案-天线接收分集

上行2/4 天线接收分集-2R(3dB)/4R(6dB)

为了抵抗信号衰落和干扰,接收分集技术监测来自于信号源的多个频点上的信号或者同一频点上的多个信号。提高信号的接收质量、抵抗信号衰落和干扰、提升网络容量和数据速率。

接收分集是一种上行接收增强技术,涉及的信道包括 NPUSCH(物理上行共享信道)、NPRACH(物理随机接入信道);涉及的接收机技术包括 MRC 和 IRC。

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八、覆盖增强方案-基站内/间 上行 CoMP

eNodeB 支持基带板内宏宏 UL CoMP、微微 UL CoMP,及 eNodeB 基站内 SFN 组网的 UL CoMP。

UL CoMP 使用不同小区的天线接收相同的用户信号,然后将不同天线的信号合并。

对站内小区交叠区域用户,即 RSRP 差值满足配置门限要求的用户在这两个小区间进行联合接收。

RSRP 差值是根据上行 DMRS 测量获得,RSRP 差值(dB)=邻小区 RSRP 值(dBm)-服务小区 RSRP 值(dBm)。

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转帖自网络



高工
2019-07-05 08:17:04    评分
2楼

谢谢分享


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