徹底講清NB-IoT技術第一講-NB覆蓋建議收藏

在物聯網領域，各種技術一旦協議確定，那就基本上確定了你是哪一個流派，也基本把各種指標都落在了一個框框內，想變都很難。

出身名門、身份正統、一堆金主爸爸的NB-IoT絕不是一個簡單的技術優化協議，他一出生就是為了物聯網而來。其具備的四大獨門秘訣，是眾星捧月的核心所在。

NB-IoT四大獨門秘笈

這四大獨門秘笈從何得來，一定不是掉到某個山洞偶然拾得的《九陰真經》，而是一開始，就把強大的基因注入到協議框架內了。

達叔一直想好好聊聊NB-IoT物聯網技術的乾貨，這算是第一講，談談NB-IoT的四大獨門秘訣之一，超強覆蓋能力。

一、現有物聯網的覆蓋能力很尷尬

談覆蓋，就繞不過去現有2G/3G/4G網路的覆蓋能力。

說實在的，現有通信網路雖然已經建設多年，雖然號稱達到100%或者99%區域覆蓋，但是針對物聯網而言，有點尷尬。

這裡面牽扯到一個原則問題，運營商眼裡的信號覆蓋和我們需要的信號覆蓋之間是有差異的，運營商對於基站的網路覆蓋原則是覆蓋到樓道，我們可以認為是覆蓋到電梯間的走道。所以我們經常在樓道裡面打電話，一個轉身，可能信號就斷了，或者一旦走到哪個牆角旮旯，信號也一下子沒了。

以物聯網應用最有可能的場景—遠程水表抄表為例，水表不可能安裝在樓道，更多的是安裝在角落，包括一些新建的樓盤更多是安裝在水表井裡面。所以在前期水表公司跟運營商溝通網路覆蓋過程中，經常得到運營商給出的結果是樓里的信號覆蓋到位，但是實際上水表裝完之後發現，根本沒有辦法去連網。2G信號覆蓋的問題是幾個有在推物聯網水表的主流產家都面臨的問題。這是造成物聯網水表在短期內不能大範圍推廣的一個主要問題。

這就尷尬了，等於是水表公司安裝水表，得先實測網路信號，才有可能把具備遠程抄表功能的水表安裝上去。或者是要求運營商進行精準覆蓋，這……呵呵

二、沒那金剛鑽就別攬那瓷器活

NB-IoT既然號稱萬物連接，沒有點「穿牆破壁」的拿手活，那是斷然做不到的。所以在最初3GPP定義NB-IoT協議的時候，就樹立了一個遠大的目標，要比2G的信號覆蓋再增強個20dB。

為什麼是20dB呢？借用實測的水表例子來理解。水表所處位置無線環境差，與智能手機相比，高度差導致信號差4dB，同時再蓋上蓋子，額外增加約10dB左右損耗，所以需要增強約20dB。

別小看這個20dB，換成倍數那就是100倍的概念，這沒有點真本事還真不行的。3GPP還真是NB，竟然真的想到辦法做到了。20dB從哪裡增強的呢，三個辦法：

增強增益三絕招

1

窄帶，提升功率譜密度，7dB

2

重傳，多次重複的傳輸，12dB

3

天線增益，多天線增益配置，0-3dB

有一點還得小小交代下，文中所提提升功率，不是指基站端下行而是指終端上行，基站端提升功率so easy呀，而終端那就是so hard了。

窄帶，提升功率譜密度

功率譜密度是個什麼東東？

每單位頻點所攜帶的能量（功率）我們稱為功率譜密度（Power Spectral Density, PSD）。

我們可以簡單理解，單位頻點內攜帶的能量越多，那當然就跑得更遠了。就像一樣的電動車，用不同容量的電瓶，自然跑得距離不一樣了。

考慮GSM終端發射功率最大可以到33dBm （900MHZ頻段），NB-IoT發射功率最大23dBm。換算一下也就是對應2000mW和200mW功率。（為什麼限制這個發射功率呢？額，請自行補腦，終端不限制發射功率還了得，協議就這麼規定的，你得問問3GPP去）

GSM使用200kHz帶寬，NB-IoT使用3.75kHz和15kHz兩種帶寬，我們暫且拿3.75kHz來說事吧。

現在可以算算功率譜密度了：

GSM終端功率譜密度= 2000mW/200KHz =10mW/kHz

NB-IoT終端功率譜密度= 200mW/3.75KHz =53.33mW/kHz

??大功告成，NB-IoT的功率譜密度比GSM增強了5.33倍，換算成dB，10*log(5.3)=7dB。

NB了我的達叔，7個dB原來是這麼來的呀。??

重傳，多次重複的傳輸

這個應該很好理解，就像你媽叫你回家吃飯，說一次可能你沒有聽到，你媽一般會多吼幾次，以確保你能聽到羅。多吼一次就能多一次確保你聽到的機會。

相比傳統方式，NB-IoT支持更多次數的重傳。理論上而言，重傳次數每翻一倍，速率和效率就會減半，同時帶來3dB的增益，通俗點講就是說一遍聽不清，就多說幾遍，提高聽清的概率。

標準中定義上行重傳次數最大可達128次，理論上增益有20dB，實際上有16-18dB。但考慮邊緣場景下的速率以及傳輸效率，系統不會無限制重傳，因為重傳本質上一定是靠犧牲資源來獲取可靠性（覆蓋）的提升，重複越多，其資源「浪費」自然越多。所以在實際中，一般取重傳增益為12db。

重傳次數與增益的擬合圖

天線增益，多天線增益配置

NB-IoT是採用的1T2R的空間分集技術，接收分集，相比較1T1R而言多了3dB的增益。

何謂空間分集？空間分集是利用多個接收天線來實現。在發射端採用一副天線發射，而在接收端則採用多副天線接接收。接收端天線之間的距離一般是d≥λ/2（λ為工作波長），以保證接收天線輸出信號的衰落特徵是相互獨立的，也就是說，當某一副接收天線的輸出信號很低時，其他接收天線的輸出則不一定在同一時刻也出現低的現象，經過相應的合併電路從中選擇信號幅度較大、信噪比較好的一路，得到一個總的接收天線輸出信號。這就降低了信道衰落的影響，改善了傳輸的可靠性。

GSM網路有1T1R，也有採用1T2R（例如目前中國移動的網路，GSM就用了挺多1T2R），因此這個增益在對比中需根據實際布局來判斷。當然，如果採用2T4R的話，那又是多出了3dB的增益了。

總結

NB-IoT一開始協議規範，就充分考慮到目前網路所帶來的無法覆蓋牆角旮旯的問題，因此，從本質上來講，不需要額外的基站位置部署，就能一下子超越現有網路的覆蓋能力。

當然，如果試圖通過增加現有網路的基站位置部署來反向超越NB-IoT，不是說不可以，只是代價就很大了。

所以，想想你的業務是不是有布局到這種牆角旮旯的點，想想找不到終端設備的焦慮（就像娃丟了一樣），那麼NB-IoT理論上能夠幫你一次解決到位。

結束語、NB-IoT已成中國物聯網的未來

你，準備好了嗎？

大風吹起，我們一起起飛！

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