基于改进SPM的海上NB-IoT覆盖研究

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2019079

通信学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (4): 21-32.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2019079

• 专题：海洋信息感知、传输与融合 • 上一篇下一篇

基于改进SPM的海上NB-IoT覆盖研究

胡正^1,²,陈褒丹¹(),任佳¹,樊雨沛¹,汪炼¹

¹ 海南大学信息科学技术学院，海南海口 570228
² 勃艮第大学LE2I实验室，法国第戎 21078

修回日期:2019-03-21 出版日期:2019-04-25 发布日期:2019-05-05
作者简介:胡正（1991- ），男，安徽黄山人，法国勃艮第大学研究助理，主要研究方向为海洋通信、5G通信技术、数字信号处理。|陈褒丹（1962- ），男，海南海口人，海南大学高级工程师，主要研究方向为海上通信、电视与通信信号处理、南海无线电频谱测量等。|任佳（1981- ），男，新疆哈密人，博士，海南大学教授，主要研究方向为网络通信、人工智能与机器学习。|樊雨沛（1993- ），女，山西运城人，海南大学硕士生，主要研究方向为海上通信。|汪炼（1996- ），男，湖北黄冈人，海南大学硕士生，主要研究方向为嵌入式与智能系统。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61562018);国家自然科学基金资助项目(61561018);海南省自然科学基金资助项目(613156);海南省自然科学基金资助项目(614227)

Research on sea surface NB-IoT coverage based on improved SPM

Zheng HU^1,²,Baodan CHEN¹(),Jia REN¹,Yupei FAN¹,Lian WANG¹

¹ College of Information Science and Technology,Hainan University,Haikou 570228,China
² Laboratory LE2I,University de Bourgogne,Dijon 21078,France

Revised:2019-03-21 Online:2019-04-25 Published:2019-05-05
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(61562018);The National Natural Science Foundation of China(61561018);The Natural Science Founda-tion of Hainan Province(613156);The Natural Science Founda-tion of Hainan Province(614227)

摘要/Abstract

摘要：

针对电磁波海上传播的特性，在 SPM 的基础上提出一种改进的海面传播模型，同时提出一种基于WLS算法的传播模型校正算法，并利用琼州海峡海面CW测试数据对改进SPM参数进行校正。根据校正后的传播模型，利用琼州海峡海岸现有基站对 NB-IoT 覆盖进行链路级仿真和覆盖仿真。实验结果表明，所提方法能有效地实现对琼州海峡的 NB-IoT 覆盖，对于 NB-IoT 网络实际部署具有指导意义，有助于海上物联网的科学研究。

关键词: 窄带物联网, 标准传播模型, 加权最小二乘算法, 连续波测试, 链路预算

Abstract:

Based on the standard SPM,an improved sea surface propagation model was proposed.At the same time,a propagation model correction algorithm based on WLS algorithm was proposed.Using the CW test data of Qiongzhou Strait,the parameters of the improved SPM were corrected.Based on the corrected propagation model,the current base station of Qiongzhou Strait coast was used to carry out link level simulation and coverage simulation for NB-IoT.The experimental results show that the proposed method can effectively achieve the coverage of NB-IoT in Qiongzhou Strait and contribute to the scientific research of Internet of things.

Key words: narrowband Internet of things, standard propagation model, weighted least squares method, continuous wave testing, link budget

中图分类号:

TP391.9

胡正,陈褒丹,任佳,樊雨沛,汪炼. 基于改进SPM的海上NB-IoT覆盖研究[J]. 通信学报, 2019, 40(4): 21-32.

Zheng HU,Baodan CHEN,Jia REN,Yupei FAN,Lian WANG. Research on sea surface NB-IoT coverage based on improved SPM[J]. Journal on Communications, 2019, 40(4): 21-32.

图/表 28

图1

图2

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表1

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参考文献 30

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方向	信道名称	信道作用
上行	NPUSCH	上行控制、上行数据发送
	NPRACH	上行随机接入
	NPDSCH	下行随机接入、下行数据发送
下行	NPBCH	广播消息
	NPDCCH	上下行调度

参数	意义
L_s	传播损耗
A₁	偏移常量
A₂	lgd的乘积因子
A₃	基站天线的高度因子
A₄	衍射的乘积因子
A₅	lgdlgH_b的乘积因子
A₆	移动台高度增益乘积因子
A₇	地貌损耗乘积因子
d	基站和移动台之间的距离
H_b	基站天线有效高度/m
diffraction	遇到障碍物发生衍射损耗
clutter	地貌加权平均损耗
H_m	移动台天线高度/m

参数	值
A₁	10.51
A₂	44.9
A₃	5.83
A₄	0
A₅	-6.55
A₆	0
A₇	1

项目	参数
发射机	Keysight N9310A
功率放大器	RFGL-1800A
发射天线	全向天线，增益>10 dBi
接收天线	频率范围：700～2 700 MHz，增益：>10 dBi
信号接收机	Keysight N9342C
后台分析软件	Matlab 2016A、Atoll

参数	意义	单位
L_UL	上行链路最大传播损耗	dB
L_DL	下行链路最大传播损耗	dB
P_UE	移动台最大发射功率	dBm
P_BS	基站最大发射功率	dBm
Ga_BS	基站天线增益	dBi
Ga_UE	移动台天线增益	dBi
Lf_BS	馈线损耗	dB
M_f	阴影衰落余量（与传播环境有关）	dB
M_i	干扰余量（与系统设计容量有关）	dB
L_P	建筑物穿透损耗	dB
L_b	人体损耗	dB
S_BS	基站接收机灵敏度（与多径传输有关）	dBm
S_UE	移动台接收机灵敏度（与多径传输有关）	dBm

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参数	参数值
参数	NB-IoT stand-alone上行		NB-IoT stand-alone下行
物理信道	NPUSCH	NPRACH	NPBCH	NPDCCH	NPDSCH
传输速率/(kbit.s^-1)	15.0	N/A	N/A	N/A	8.5
天线数	2T2R	2T2R	2T2R	4T4R	4T4R
发射功率/dBm	23	23	43	43	43
子载波带宽/kHz	15	3.75	15	15	15
子载波数	12	1	12	12	12
占用带宽/kHz	180	3.75	180	180	180
馈线损耗/dB	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
天线增益/dBi	15	15	15	15	15
接收机灵敏度/dBm	-151.0	-151.0	-135.3	-131.8	-132.7
阴影衰落余量/dB	11.6	11.6	11.6	11.6	11.6
干扰余量/dB	2	2	5	5	5
建筑物穿透损耗/dB	11	11	11	11	11
人体损耗/dB	0	0	0	0	0
最大允许路径损耗/dB	133.1	134.0	136.9	134.3	136.0
覆盖半径/km	26.8	26.9	32.5	29.6	31.2

编号	基站名称	经度	纬度	方位角
1	秀英港基站	110.276°	20.024 9°	350°
2	海安港基站	110.215°	20.271 4°	170°
3	南港基站	110.156°	20.060 9°	350°
4	北港基站	110.126°	20.231 0°	170°

项目	面积/km²	覆盖区域
Coverage by Signal Level 0	408.113	100.00%
Best Signal Level≥-70 dBm	25.089	6.15%
Best Signal Level≥-75 dBm	114.890	28.15%
Best Signal Level≥-80 dBm	219.475	53.77%
Best Signal Level≥-85 dBm	313.421	76.80%
Best Signal Level≥-90 dBm	391.977	96.05%
Best Signal Level≥-95 dBm	407.737	99.91%
Best Signal Level≥-100 dBm	408.113	100.00%
Best Signal Level≥-105 dBm	408.113	100.00%

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