物聯(lián)網(wǎng)(IoT)服務(wù)正在城市中得到廣泛應(yīng)用。深度室內(nèi)連接乃是交付物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的前提條件。通過模擬大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)在城市中的真實場景，我們發(fā)現(xiàn)全新蜂窩技術(shù)可助力物聯(lián)網(wǎng)深度覆蓋室內(nèi)近99%的終端。
蜂窩網(wǎng)絡(luò)因其無處不在的部署以及包括安全性和可靠性在內(nèi)的固有特性，非常適合為新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供連接。目前，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的主要作用是提供移動寬帶服務(wù)，而如何為終端提供物聯(lián)網(wǎng)連接是各種用例均需面對的新挑戰(zhàn)。3GPP新推出的標(biāo)準(zhǔn)化低功耗廣域(LPWA)蜂窩技術(shù)Cat-M1和NB-IoT可部署在現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)中，幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。這些技術(shù)既能滿足大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋需求，同時又能支持各類低成本終端。
支持各種不同的用例
Cat-M1技術(shù)旨在支持各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，它所支持的用例從互聯(lián)垃圾箱、到具有緊急語音輔助功能的報警器和車隊管理應(yīng)用等。Cat-M1提供大約1Mbps的理論峰值上行鏈路數(shù)據(jù)吞吐量，但其數(shù)據(jù)吞吐量和覆蓋范圍之間存在折中關(guān)系：應(yīng)用所需的比特率越低、其覆蓋范圍越廣泛。Cat-M1最小連接目標(biāo)設(shè)定為最大耦合損耗(MCL)160dB，在這種情況下，可實現(xiàn)的上行鏈路數(shù)據(jù)速率為大約1kbps，這相當(dāng)于最大耦合損耗為144dB的寬帶LTE，其下行鏈路吞吐量為1Mbps，上行鏈路吞吐量達(dá)幾十kbps。
NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)旨在提供比Cat-M1更好的覆蓋和更低的終端部署成本，適用于煙霧探測器和電表等超低吞吐量的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。目前，NB-IoT的最小連接目標(biāo)設(shè)定為上行數(shù)據(jù)速率300-400 bps時，MCL 為164dB。如下圖所示，這兩項技術(shù)都支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)用例。
構(gòu)建城市模型來測量大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋情況
我們分析了城市中針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。使用商用LTE網(wǎng)絡(luò)測得的結(jié)果來校準(zhǔn)用于模擬寬帶LTE、Cat-M1和NB-IoT覆蓋范圍的模型。我們使用了一個三維城市模型，在這個模型中，每平方公里范圍內(nèi)建造了近1000棟樓宇，每棟大樓平均5層高。我們在構(gòu)建該模型時同時考慮到了視距和非視距特征，如戶外到室內(nèi)及室內(nèi)無線傳播模式。我們假設(shè)該模型具備典型的無線基站特性，站點間距約為500米。
我們假設(shè)物聯(lián)網(wǎng)終端的密度約為每平方公里范圍內(nèi)2萬個，這些終端均勻分布在整個城市中（戶外和室內(nèi)），并且相應(yīng)的信號強度因環(huán)境而異。例如，對于半地下室，除10-30dB的室內(nèi)信號衰減外，我們還為其添加了5dB的路徑損耗，而對地下室（深層室內(nèi)），我們則額外添加了20dB的路徑損耗。
我們分別在寬帶LTE、Cat-M1和NB-IoT上模擬了針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。我們在計算每項技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍時均使用了相同的蜂窩布局。我們在兩個頻段中分析了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍：一個是具有更強的信號傳播優(yōu)勢，能夠進(jìn)一步擴展覆蓋范圍的較低頻段(800MHz)，另一個是提供更大容量的較高頻段(2.6GHz)。上表顯示了每項技術(shù)所覆蓋的終端的百分比。
擴展LTE的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍
800MHz頻段建模顯示，在深層室內(nèi)等具有挑戰(zhàn)性的無線信號傳播環(huán)境中，Cat-M1和NB-IoT均可覆蓋高達(dá)99%的終端，堪比移動寬帶終端覆蓋率達(dá)到77%的寬帶LTE。在2.6GHz頻段，Cat-M1和NB-IoT的覆蓋率同樣遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于覆蓋率僅為32%的寬帶LTE。降低數(shù)據(jù)速率可擴展覆蓋范圍，增強對低數(shù)據(jù)速率物聯(lián)網(wǎng)終端的覆蓋率。鑒于我們在評估中發(fā)現(xiàn)這些網(wǎng)絡(luò)的終端覆蓋率已經(jīng)超過3GPP目標(biāo)，因此增強它們將能進(jìn)一步支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)在城市中的部署—— 覆蓋使用了蜂窩網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用程序相連接的99%的終端。
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