吳老師撩NB-IoT（9）| NB-IoT大連接之乾坤大挪移，每個基站都別想偷懶

 

1  NB 的用戶密度估算

感興趣的同學(xué)請打開 3GPP TR45.820 的附錄 Annex E: Traffic Models（容量模型），不感興趣的同學(xué)請直接看本段結(jié)論。

 

E.1   Cellular IoT device density per cell site sector

 

The cellular IoT device density per cell site sector is calculated by assuming 40 devices per household. The household density is based on the assumptions of TR 36.888 [3] for London in Table E.1-1.

解釋：NB 的用戶密度基于兩個假設(shè)，一個是假設(shè)每個家庭的 NB 用戶數(shù)在 40 個，第二是家庭的密度參考的是倫敦。

 

 

Calculation:

 

Inter-site Distance (ISD) = 1732m（站間距）

 

Cell site sector radius, R = ISD/3 = 577.3m（小區(qū)半徑）

 

Area of cell site sector (assuming a regular hexagon) = 0.86 Sq Km（小區(qū)覆蓋面積）

 

Number of devices per cell site sector = Area of cell site 

sector*Household density per Sq km*number of devices per household= 52547（小區(qū)用戶數(shù)=小區(qū)覆蓋面積*家庭密度*每個家庭中的用戶數(shù)=52547）

 

 

到這里，總算掰扯清楚了 3GPP 關(guān)于 NB 的容量目標(biāo)，看起來是不是覺得很高大上？（至少我覺得這腦袋拍的挺是那么回事）

 

結(jié)論：NB 的理論容量是 1 個小區(qū)需要達(dá)到 50K 的容量。

 

 

2  單小區(qū) 50K 用戶如何做到？

第一：NB 的話務(wù)模型決定。NB-IoT 的基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模式進(jìn)行設(shè)計的。物聯(lián)網(wǎng)的話務(wù)模型是和手機(jī)不同，它的話務(wù)模型是終端很多，但是每個終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對時延的要求不敏感。當(dāng)前的 2G/3G/4G 基站是設(shè)計保障用戶可以同時做業(yè)務(wù)并且保障時延，基于這樣的方式，用戶的聯(lián)接數(shù)或者接入數(shù)目是控制在 1K 左右（單小區(qū)典型用戶為 400）。但是基于 NB-IoT，基于對業(yè)務(wù)時延不敏感，可以設(shè)計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，這樣可以讓 50k 左右的終端同時在一個小區(qū)，大量終端處于休眠態(tài)，但是上下文信息由基站和核心網(wǎng)維持，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)送，可以迅速進(jìn)入激活態(tài)，原理見下圖。

 

 

說得直白點就是：NB 終端大部分時間都在睡覺（最大睡覺時間為 310 個小時，將近 13 天），可以不做業(yè)務(wù)，所以基站接客可以多接點嘛（別太污哦）。具體細(xì)節(jié)可以見《NB-IOT 小功耗之太極拳》部分。

 

實際上 3GPP TR45.820 的附錄 Annex E: Traffic Models（容量模型）中還給出了 NB 的用戶模型，包括話務(wù)模型及用戶分布模型，據(jù)此即可計算出容量。不過因為容量計算必須考慮上行業(yè)務(wù)信道容量、下行業(yè)務(wù)信道容量，尋呼容量和隨機(jī)接入容量四方面，這些跟 NB 的信道和傳輸原理直接相關(guān)，技術(shù)細(xì)節(jié)多且難度大，后續(xù)等講解完 NB 的技術(shù)原理后，再單獨成篇介紹。

 

第二：上行調(diào)度顆粒小，效率高。2G/3G/4G 的調(diào)度顆粒較大，NB-IoT 因為基于窄帶，上行傳輸有兩種帶寬 3.75KHz 和 15KHz 可供選擇，帶寬越小，上行調(diào)度顆粒小很多，在同樣的資源情況下，資源的利用率會更高。具體細(xì)節(jié)可以見《3     NB-IOT 強(qiáng)覆蓋之降龍掌》部分。

 

 

第三：減小空口信令開銷，提升頻譜效率。這在《NB-IOT 低成本之葵花寶典》部分已經(jīng)講解過，不再贅述。這里僅以 NB-IoT 在做數(shù)據(jù)傳輸時所支持的 CP 方案（實際上 NB 還支持 UP 方案，不過目前系統(tǒng)主要支持 CP 方案）做對比來闡述 NB 是如何減小空口信令開銷的。CP 方案通過在 NAS 信令傳遞數(shù)據(jù)（DoNAS），實現(xiàn)空口信令交互減少，從而降低終端功耗，提升了頻譜效率。

 

LTE：VS  NB-CP 方案

 

 

tips:

這里也可以看出技術(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)在一起，可能是互斥關(guān)系，也可能是耦合關(guān)系。

 

3  NB-IOT 容量的一些思考

第一，  無線側(cè)需要獨立的準(zhǔn)入擁塞控制。前文中已經(jīng)講過，NB 可以跟當(dāng)前 LTE、GSM 等共存，如直接在 900M 的 LTE 上開啟 NB，那么就存在 NB 和 LTE 共控制、共 BBU 等的情況 . 因為 LTE 的典型接入用戶單小區(qū)為 400，無疑，無線側(cè)需要針對 NB 設(shè)計一套獨立的準(zhǔn)入擁塞控制算法。

 

第二，  核心網(wǎng)側(cè)也將面對大容量的壓力，必須做好針對性的優(yōu)化。物聯(lián)網(wǎng)用戶總數(shù)大，而且依然是永久在線（即使終端進(jìn)入了 PSM“睡美人”狀態(tài)，核心網(wǎng)依然保存著用戶的所有上下文數(shù)據(jù)），核心網(wǎng)無論是簽約、用戶上下文管理、還是 IP 地址的分配都有新的優(yōu)化需求。此外，相對 4G，NB-IoT 核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)突發(fā)性更強(qiáng)，可能某行業(yè)的用戶集中在某個特定的時間段，同時收發(fā)收據(jù)，對核心網(wǎng)的設(shè)備容量要求、過載控制提出了新的要求。

 

到此，吳老師就講解完了 NB 的四大技術(shù)特點，從下一期開始吳老師將更深入一層，介紹 NB 的一些物理層信道及工作原理，下課！