NB-IOT覆盖能力有多强 是怎么实现的

Posted 2020-12-11 zhongs

    NB-IoT技术中出现以来就以其强大的覆盖能力和通信距离长而受到广大使用者的欢迎，那么NB-IoT覆盖能力究竟是有多大，其覆盖能力应该怎么来衡量?

    强大的覆盖能力是NB-IoT技术的最大特点之一，不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。以井盖监测为例，过去GPRS的方式需要伸出一根天线，车辆来往极易损坏，而NB-IoT只要部署得当，就可以很好的解决这一难题。这主要就是得益于NB-IoT的强覆盖能力。

    1、衡量标准

  为了衡量NB-IoT的覆盖能力，3GPP标准组织对此进行了定义，要求相比现有GSM、宽带LTE等网络覆盖要增强20dB。

    2、标准由来

  为什么是20dB呢?借用网上报道的水表例子来理解。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。

  根据3GPP标准定义，不同网络下的MCL要求如下表所示。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-164dBm，而GSM、宽带LTE网络的上行MCL为-144dBm，因此20dB的增益是相比GSM和现有LTE网络而言的。

    3、关键技术

  那么20dB的增益是怎么得来的呢?在回答这个问题之前，先了解几个关键概念。

    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)。

    PSD：power spectral density，功率谱密度。表示每单位频率波携带的功率(W/Hz)。

  窄带、重传、低频--NB-IoT强覆盖能力的三剑客：

    1、窄带

  窄带所带来的增益用PSD衡量。NB-IoT上行载波带宽为3.75/15KHz，相比现有2G/3G/4G上行200KHz(除去保护带宽，实际为180KHz)的PRB，PSD增益约为11dB：log((200mW/15KHz)/(200mW/180KHz))=10.7dB。也就是NB-IoT单位带宽所携带的能量比2G/3G/4G更高，因此同等情况下可覆盖更远距离。

  其中200mW对应发射功率为23dB的终端(10log200mW=23dB)。

    2、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，通俗点讲就是说一遍听不清，就多说几遍，提高听清的概率。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，对应9dB的增益(实际比理论低了约3dB)。

    3、低频

    NB-IoT虽然可以在任何频段中部署，但是一般考虑覆盖要求，基本都是选择1GHz以下低频频段部署。相对于高频来说，低频具有路径损耗更低、绕射能力更强等等优点，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)

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