孔令华

（内蒙古工业大学 内蒙古自治区呼和浩特市 010051）

在全球信息化技术的发展下，物联网科学技术已经在各行业得到普及应用，窄带物联网NB-IoT 作为物联网重要的技术分支，其凭借所具有的技术优势，能够直接在LTE 网络、GSM 网络中部署应用，同时支持长期待机使用，因此能够直接在很大程度上降低了物联网技术通讯运营的成本，在窄带物联网NB-IoT 的应用过程中，需要做好窄带物联网NB-IoT 的规划部署方式，如此才能够切实发挥该技术的应用优势作用。

1 窄带物联网NB-IoT的关键技术

1.1 窄带物联网NB-IoT的关键技术

窄带物联网简称NB-IoT，是万物物联网的重要分支，更是基于无线物联网络而构建的。常见的NB-IoT 关键技术主要有以下几种：

1.1.1 低消耗关键技术

在窄带物联网关键技术中，一方面可以借助PSM 技术，实现对终端射频的动态管理，当系统不需要进行数据连接运行的时候，系统可以处于关机状态，不接受业务，下行处于不可达状态。但是在该阶段中，数据信息仍旧可以实现正常的传输。如，数据信息先传送到MME 中，由MME 传递給sgw 进缓存，缓存的数据触发终端，使得终端退出PSM 状态，同时实现随机连接。可以说，PSM 技术的应用确保用户上行处于在线状态，下行处于关机睡眠状态，但是仍旧可以不影响信息传输状态，如此达到了系统省电目标。另一方面是可以借助eDRX 技术，该技术是一种非连续接收技术，其能够延长寻呼周期，达到节能降耗的作用。

1.1.2 低成本关键技术

在窄带物联网技术中，其依靠低宽带技术有效地降低了整体成本，同时下行频率和上行频率处于两个独立的模块，因此终端不需要同时接发上下行的数据，由此大大降低了所需要的元器件的数量，降低了电能消耗。

1.1.3 高覆盖关键技术

窄带物联网技术的覆盖能力得到了较高的提升。这主要是因为在NB-IoT 技术中，其拥有高发射率谱密度，上下行子载波大小不同，根据不同的网络部署方案，上下行能够发射更高密度的功率波谱密度。另外NB-IoT 技术的上下行支持多次重传，下行最高可支持2048 次，上行可支持128 次，整体上来说，就是NB-IoT 关键技术利用较低速率来换取高覆盖率，从而即便是在地下车库、管道等隐蔽性场所都可以实现窄带物联网覆盖。

1.2 窄带物联网NB-IoT关键技术的性能特点

图1：NB-IoT 网络拓扑图

图2：NB-IoT 网络部署方式

基于上述提到的窄带物联网低速率、低成本以及高覆盖率的关键技术特点可知，当前在现代社会中搭建起窄带物联网系统的产品，具有丰富的性能特点。

（1）窄带物联网的信号覆盖广且穿透性强。在网络时代中，网络已经实现全社会的普及，基本上城市的网络覆盖率已经达到99%，但是无线网络所具有的物理穿透性较差问题，使得即便是一墙之隔，物联效率都会大打折扣。而窄带物联网所具有的高覆盖性的技术优势，使其能够被广泛地应用于各种特殊的领域。如，窄带物联网系统在应用中，信号在进行上下行传输中，其能够通过对信号的重复多次传输，有效提高信号传输的质量和数据传输的准确性。

（2）窄带物联网技术的成本较低。窄带物联网技术成本低主要表现在窄带物联网将物联网系统的各项程序精简化，只保留最后的部分，因此网络设备的成本大大降低；也可以避免因为后期设备维护管理所带来的成本支出。另外还表现在窄带物联网的终端设备都是相同的，因此不需要考虑到设备的兼容性问题，可以实现对芯片等的规模化生产加工，大大降低窄带物联网系统构建所需要的成本。

（3）窄带互联网技术的能耗较低。由于窄带物联网的功能结构相对简单，其数据传输和智能控制仅仅需要简单的电能支持。同时NB-IoT 技术极大程度地降低了终端芯片的复杂程度，简化了空口信令，因此在传输过程中，减少了一些不必要的设备的启动和运行，大多数的程序在不需要应用时都处于自动休眠状态，能够有效降低能耗，延长使用时间。

2 窄带物联网NB-IoT的规划部署方式

在现代社会中，窄带物联网系统的设计理念在于能够承接海量用户数，搭建起满足大量小数据包的基础网络系统，同时满足各种对时延不敏感但是对功耗要求较高的终端设备的信息传输应用。因此需要从规划思路、覆盖评估、容量评估以及网络部署方案等方面入手，逐一展开评价分析，从而设计出最佳的窄带物联网网络系统。

2.1 NB-IoT 规划思路

实现窄带物联网在各行业中的有效应用，运营商需要做好前期的规划准备，因地制宜、因时制宜的提出规划思路。运营商展开网络规划：

（1）展开对窄带物联网无线网络覆盖范围的规划收集。在窄带物联网系统产品设计中，需要对业务需求等进行全面的了解，明确窄带物联网无线网络是否能够全面覆盖传统的无线网络。因此需要进行业务需求分析，完成链路预算管理，展开小区半径监测、单站覆盖面积计算，最后指定区域内所需要站点数目情况。

（2）展开对现有的物联网终端基础设施排查。在窄带物联网系统的应用中，其是基于现有的通信设施所展开的一种低速率、高覆盖率的新型的物联网络架构，因此在建设中需要展开对现有的通信基础设施的排查，避免后续网络架设出现资源重复。

（3）根据窄带物联网技术的特点，制定科学的规划方案。在窄带物联网关键技术的应用过程中，虽然该网络技术具有低成本的特点，但是其需要通过设置数量众多的站点来实现全覆盖，高质量数据传输。因此在前期规划中需要根据 NB-IoT 关键技术的特点以及组网能力，制定科学合理规划方案，保证最终容量以及成本之间的平衡关系。

（4）进行窄带物联网的终端设备的功率整体规划。根据对窄带物联网上下行速率的大小划分，从而实现对该产品的功率计算，确保其能够满足最大的 MCL（164dB）要求，同时不至于出现资源浪费的情况。

2.2 NB-IoT 覆盖评估

NB-IoT 覆盖评估主要是指对窄带物联网系统在不同的区域环境下，其覆盖方式、覆盖概率以及传输方式是不同的，因此需要前期事先展开覆盖评估，并且利用链路预算的方式，获得物联网系统所要覆盖的半径大小，最终确定该区域的站点数的数量。当前展开窄带物联网的覆盖评估作业需要从以下几个方面入手：

（1）展开窄带物联网的边缘速率计算。在窄带物联网的技术应用中，其虽然具有较高的覆盖率，但是其边缘速率仍旧会呈现出下降趋势，若是在该区域边缘无线网络应用中，对于物联网的速率需求不高的话，则可以不需要进行再次的网络稳定性和安全性处理。但是若是需要量较大的话，则需要采用自主报告和网络质量报告两种模式，如此才能够确保对于整个窄带物联网系统展开传输稳定性控制。

（2）展开对TBS的大小的统筹规划。在确定边缘速率的基础上，实现对窄带物联网产品系统的TBS 大小的确定，为系统设计提供直接参数参考。

（3）利用链路仿真结果，确定 TBS 对应的 SINR。事实上，最早的物联网系统协议中没有关于SINR 的公式定义的，因此导致信息传输的速率曲线准确性判断不高。而SINR 的大小的确定则可以对应整个窄带物联网可以选取怎样的MCS，同时将系统的上下行频谱效率提升到最大。

（4）实现系统上下行的叠加重复次数的规划，借助对其上下叠加重复此时的统筹规划部署，能够获得覆盖增益，延长窄带物联网的覆盖的效率。

2.3 NB-IoT容量评估

NB-IoT 的容量评估直接影响到窄带物联网的产品应用情况。做好对窄带物联网容量评估。

（1）需要确定用户数量的要求，导入信息技术手段，对于该产品的资源总量以及业务模式的判断，从而计算得到该系统所能够支持的最大用户数量。

（2）展开对运行的用户数量的容量管理。在物联网系统中，一开始激活并且进行信息传输的用户数量，窄带物联网所发挥的效应是不同的。因此需要通过观察周期，掌握系统rrc 有效连接的数量大小，确定展开数据传输的用户的应用规律等。

（3）明确窄带物联网系统在产品应用中的调度水平。理论上窄带物联网系统在运行中可以实现两个用户的调度，但是仅仅是支持一个上行用户、一个下行用户或者是两个上行用户，尚未支持两个下行用户同时调度需求。

2.4 NB-IoT网络部署方案

窄带物联网系统是从常规物联网中发展而来的，因此在网络整体框架上仍旧保留着传统的let 基本架构特点。当前所具有的网络部署方案情况如下所示：

（1）网络架构。主要采用的网络基本架构为扁平化架构和全ip 化架构扁平化结构的应用能够减少繁琐的信令交互流程，大大减少开销。在该项目设计中，网络架构如图1 所示。

（2）网络部署方式。常用的网络部署方式主要有独立部署、保护带部署、频带内部署方式。当前可以根据窄带物联网产品的自身的频率资源以及经济投入情况，自行选择部署方式。常见的网络部署方式如图2 所示。如，采用独立部署方式，其主要是利用4g网络和2g 网络未使用的频率资源来进行部署。保护带不是方式是指利用LTE 的保护间隔区内进行部署。

3 结束语

综上所述，伴随着万物物联概念的提出，智能终端生产和设计的水平呈现出指数型增长，大量的物和人介入到无线网络中，令现有的通信网络压力过大，稳定性过大。因此建立起全新的物联网络标准至关重要。而窄带物联网NB-IoT 技术正在此应运而生，该技术通过后期的高效率的规划部署，从而打造出高质量的NB-IoT 网络，保证了窄带物联网覆盖水平和应用质量，为物联网应用提供保证。