ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАДИОПОКРЫТИЯ СЕТИ NB-IOT ВНУТРИ ЗДАНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

14. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны [под.ред. Г.З. Айзенберга]: монография / Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М., Клигер Г.А., Кукрашов А.Г. - М.: Радио и связь, 1985. - С. 7.

15. Симон М., Дивсалар Д. Maximum-Likelihood Block Detection of Noncoherent Continuous Phase Modulation // IEEE Transactions on Communications, 1993. - В. 41. - № 1. - С. 90-98.

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РАДИОПОКРЫТИЯ СЕТИ NB-IoT ВНУТРИ ЗДАНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

А.А. Прасолов, к.т.н., доцент, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, prasolov.alex@gmail.com;

Р.С. Рощинский, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, rosh.rs@bk.ru; А.С. Федоров, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, as.fdrv@bk.ru.

УДК 621.396.99_

Аннотация. Целью данной работы являлась оценка качества радиопокрытия сети NB-IoT внутри помещений различного назначения на примере одного из мобильных операторов, действующего на территории Санкт-Петербурга. Кроме того, была проверена работа оконечного измерительного устройства в условиях преднамеренных помех. Качество оценивалось с точки зрения уровня принимаемого сигнала, отношения сигнал-шум, а также наличия перекрытия между БС, возможности их переключения, а также получения служебной информации.

Ключевые слова: интернет вещей; NB-IoT; радиоизмерения; покрытие.

NB-IoT INDOOR RADIO COVERAGE QUALITY ASSESSMENT IN SAINT-PETERSBURG

Alexander Prasolov, Candidate of Technical Science, associate Professor, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich; Roman Roschinsky, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich;

Andrey Fedorov, St. Petersburg state university of telecommunications n/a prof. M.A. Bonch-Bruevich.

Annotation. The purpose of this work was to assess the quality of radio coverage of the NB-IoT network inside premises for various purposes on the example of one of the mobile operators operating in St. Petersburg. In addition, the operation of the terminal measuring device in conditions of deliberate interference was checked. The quality was evaluated in terms of the RSSI, SNR, as well as the presence of overlap between BS, the possibility of switching them, as well as obtaining service information.

Keywords: Internet of Things; NB-IoT; radio measurements; coverage.

Введение

Технология NB-IoT является оптимизированной к основным требованиям, предъявляемым к системам интернета вещей (большая дальность связи, малые скорости передачи данных, высокая энергоэффективность) и поэтому является одним из рекомендуемых вариантов для развертывания подобных систем в России согласно Концепции, утвержденной Минцифры1. Кроме того, все основные операторы сотовой связи, действующие на территории России уже предлагают своим клиентам услуги в области интернета вещей [1-4], основанные на базе рассматриваемой технологии, что делает актуальным вопрос оценки качества развернутых сетей связи. Отдельно стоит отметить вопрос обеспечения покрытия внутри помещений, поскольку планирование в таком случае становится очень вариативным - на качество сигнала начинают влиять такие факторы, как планировка здания, количество и материал стен, вносящих серьезное затухание. Данный вопрос также актуален и в мировой научно-технической литературе - так, например, в работе [5] представлен алгоритм планирования сети NB-IoT, а в работе [6] приведены результаты измерения уровня сигнала NB-IoT в различных условиях.

Характеристика измерительного устройства

В качестве измерительной платформы для измерения параметров сети NB-IoT было выбрано устройство NB-IoT TESTER RB-NBT1 [7] российской компании RedBees. Тестер поддерживает работу в основных частотных диапазонах технологии NB-IoT, разрешенных к использованию в России (700, 800, 850, 900, 1800, 2100 МГц), и позволяет оценить такие параметры, как уровень принятого сигнала в различных каналах, отношение сигнал-шум, а также информацию об обслуживающей базовой станции.

Результаты измерений внутри университета СПбГУТ

Измерения проводились при пешеходном передвижении по заранее выбранному и зафиксированному маршруту. Каждое измерение проводилось в две итерации, разница между проведением измерений - одни сутки. Обход по точкам второго измерения совершался в порядке, обратном первому.

Измерения проводились внутри здания второго корпуса СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича на этажах здания с первого по пятый, в точках, отмеченных на рис. 1.

В

\ 9/

9/

Рисунок 1

1 Приказ № 113 Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации от 29.03.2019 «Об утверждении Концепции построения и развития узкополосных беспроводных сетей связи «Интернета вещей» на территории Российской Федерации».

Результаты измерений представлены в табл. 1. Значения, выделенные в таблице разными цветами, относятся к БС с разным Cell ID. Легенда представлена на рис. 2.

Рисунок 2

В табл. 1 представлены результаты измерений уровней сигналов и отношения сигнал-шум. Знак «х» в ячейке означает отсутствие регистрации в сети.

Таблица 1.

Этаж Точка на карте Измерения № S 1 Измерения № о 2

RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ

1 1 -85 -95 20 -89 -93 34

2 -87 -94 24 -83 -89 34

3 -89 -97 20 -85 -96 18

4 -75 -95 16 -71 -84 18

5 -93 -104 20 -91 -102 18

6 -91 -104 18 -89 -101 14

7 -95 -104 22 -91 -108 20

2 1 -93 -95 34 -89 -98 24

2 -89 -95 34 -83 -87 34

3 -79 -87 26 -81 -91 18

4 -85 -91 26 -83 -92 32

5 -90 -98 18 -89 -103 14

6 -93 -106 12 -95 -101 16

7 -97 -102 20 -89 -101 18

3 1 -89 -99 20 -91 -101 22

2 -79 -88 16 -77 -90 20

3 -87 -100 16 -89 -101 14

4 -89 -91 34 -79 -92 16

5 -95 -107 16 -95 -102 14

6 -93 -110 14 -93 -108 10

7 -101 -105 34 -95 -98 34

4 1 -95 -97 34 -87 -99 30

2 -93 -97 34 -89 -97 26

3 -85 -94 24 -91 -96 16

4 -81 -92 16 -87 -90 32

5 -93 -104 16 -89 -101 16

6 -99 -105 14 -89 -103 14

7 -93 -101 18 -97 -104 30

5 1 -85 -89 18 -81 -88 24

2 -81 -95 16 -79 -92 18

3 -79 -90 18 -87 -91 28

4 -81 -95 16 -83 -102 14

5 -93 -99 20 -87 -93 18

6 -89 -105 22 -93 -107 26

7 -93 -102 22 -93 -96 34

Во всех точках параметр ЕЛЯЕСЫ был равен 6293, что соответствует частоте 805,3 МГц.

Измерения показали, что внутри СПбГУТ на обозначенном маршруте и на всех этажах стабильно присутствует покрытие сети ЫБ-1оТ. Наблюдались переключения БС, происходящие, как правило, либо при переходе к середине здания, либо при переходе с лестничной клетки в рекреацию. При этом смены частотного канала не наблюдалось, частотный диапазон соответствует полосе Б20.

Результаты измерений внутри жилого дома

Измерения проводились в жилом доме на улице Маршала Тухачевского на лестничной клетке каждого этажа (с 1 по 16 и в обратном порядке). Результаты измерений представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Измерения № 1 Измерения № 2

Этаж RSSI, RSRP, SNR, RSSI, RSRP, SNR,

дБм дБм дБ дБм дБм дБ

1 -109 -123 16 -111 -122 20

2 -91 -96 30 -95 -101 30

3 -87 -102 30 -93 -99 32

4 -91 -99 22 -87 -98 18

5 -85 -96 34 -87 -97 20

6 -89 -101 24 -89 -99 22

7 -89 -100 22 -95 -102 20

8 -93 -102 20 -91 -100 22

9 -91 -100 32 -97 -101 34

10 -91 -98 32 -97 -103 34

11 -93 -100 24 -93 -100 28

12 -91 -98 32 -95 -97 34

13 -87 -101 34 -97 -101 30

14 -89 -95 22 -95 -100 30

15 -93 -101 26 -91 -98 28

16 -95 -103 20 -93 -100 22

Во всех точках параметр EARFCN был равен 1769, что соответствует частоте 1861,9 МГц. Параметр Cell ID во время первых измерений был равен 47369674, во время вторых измерений - 47547595.

Также для имитации сценария использования «умных» счетчиков, работающих на базе технологии NB-IoT, измерительное устройство было помещено в коробы санузлов и в электрощитовую внутри жилой квартиры на восьмом этаже в здании, описанном выше. Результаты измерений приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Место установки Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ

Короб санузла 1 -102 -112 14 -105 -113 18

Короб санузла 2 -105 -114 16 -101 -112 14

Короб санузла 3 -103 -120 12 -107 -117 8

Электрощитовая -103 -117 14 -101 -114 16

Во всех точках параметр EARFCN был равен 1769, что соответствует частоте 1861,9 МГц. Параметр Cell ID во время измерений был равен 47547595.

Измерения показали, что на всех этажах лестничной клетки жилого здания в Красногвардейском районе стабильно присутствует покрытие сети NB-IoT. В измерениях № 1 и № 2 отличается идентификатор соты, что можно объяснить тем, что у этих измерений противоположны точки начала маршрута и, соответственно, устройство могло подключиться к другой БС при начале измерений. В предполагаемых местах установки «умных» счетчиков также присутствует стабильное покрытие сети NB-IoT, но уровень сигнала сравнительно низкий, что объясняется его затуханием на пути к предполагаемому «месту установки». При проведении всех измерений переключений БС и смены частотного канала не наблюдалось, частотный диапазон соответствует полосе B3.

Результаты измерения в условиях преднамеренных помех

Для измерения параметров сети NB-IoT в условиях воздействия помех использовалось специальное устройство глушения EaglePro Метель-Z [8], внешний вид которой представлен на рис. 3.

Рисунок 3

Измерения проводились в СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч-Бруевича по адресу пр. Большевиков, д. 22, к. 1 в машинном зале научно-образовательного центра «Беспроводные инфотелекоммуникационные сети». Результаты измерений параметров сети NB-IoT при воздействии устройства глушения с указанием использующегося диапазона для подавления сигнала представлены в табл. 4-10. Все измерения проводились при обслуживающей БС с Cell ID, равным 51255006, и EARFCN, равным 6293 (соответствует частоте 805,3 МГц). Если в ячейке поставлен знак «х», значит отсутствовала регистрация в сети.

Помеха: диапазон 925-965 МГц

Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

Расстояние, м RSSI, RSRP, SNR, RSSI, RSRP, SNR,

дБм дБм дБ дБм дБм дБ

Выключено -79 -87 32 -75 -85 32

5 -81 -86 30 -83 -93 20

4 -73 -86 16 -77 -87 20

3 -69 -84 20 -73 -89 18

2 -77 -91 18 -79 -88 20

1 -79 -88 20 -79 -88 20

Вплотную -81 -88 16 -85 -92 18

Таблица 5.

Помеха: диапазон 1805-1880 МГц

Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

Расстояние, м RSSI, RSRP, SNR, RSSI, RSRP, SNR,

дБм дБм дБ дБм дБм дБ

Выключено -77 -80 22 -75 -85 24

5 -81 -92 22 -87 -94 24

4 -83 -88 32 -81 -91 20

3 -85 -91 30 -81 -93 20

2 -85 -91 16 -83 -95 22

1 -79 -89 24 -79 -90 16

Вплотную -75 -84 18 -83 -88 18

Таблица 6.

Помеха: диапазон 2110-2170 МГц

Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

Расстояние, м RSSI, RSRP, SNR, RSSI, RSRP, SNR,

дБм дБм дБ дБм дБм дБ

Выключено -69 -71 20 -71 -81 16

5 -83 -85 34 85 -93 30

4 -77 -83 12 -83 -96 16

3 -71 -85 14 -85 -89 18

2 -83 -89 20 -89 -96 24

1 -85 -77 34 -77 -85 32

Вплотную -85 -83 20 -83 -88 32

Таблица 7.

Помеха: диапазон 1500-1610 МГц

Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

Расстояние, м RSSI, RSRP, SNR, RSSI, RSRP, SNR,

дБм дБм дБ дБм дБм дБ

Выключено -71 -83 20 -73 -83 22

5 -93 -108 14 -99 -109 14

4 -96 -109 24 -87 -109 22

3 -97 -109 8 -95 -102 16

2 -93 -106 14 -91 -101 24

1 -91 -108 4 х х х

Вплотную -113 -140 0 х х х

Помеха: диапазон 2620-2690 МГц

Расстояние, м Измерения № ь 1 Измерения № о 2

RSS.I, дБм RSRP, дБм SNR, дБ RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ

Выключено -75 -85 24 -75 -79 32

5 -73 -88 16 -87 -90 34

4 -79 -87 26 -75 -92 34

3 -85 -88 34 -77 -89 18

2 -81 -90 16 -81 -97 12

1 -79 -93 12 -83 -93 16

Вплотную -81 -90 18 -73 -86 14

Таблица 9.

Помеха: диапазон 2400-2500 МГц

Расстояние, м Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ

Выключено -85 -97 18 18 -94 20

5 -83 -87 34 34 -94 14

4 -81 -94 18 18 -89 16

3 -81 -90 24 24 -90 24

2 -79 -91 20 20 -91 14

1 -77 -88 28 28 -87 34

Вплотную -79 -87 28 28 -85 16

Таблица 10.

Помеха: все диапазоны

Расстояние, м Измерения № Ь 1 Измерения № о 2

RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ RSSI, дБм RSRP, дБм SNR, дБ

Выключено -81 -88 32 -69 -78 22

5 -113 -140 0 X X X

4 -113 -140 0 X X X

3 -113 -140 0 X X X

2 -113 X X X X X

1 X X X X X X

Вплотную X X X X X X

Измерения при воздействии устройства глушения показали, что при близости к источнику помех измерительное устройство, работавшее на частоте около 800 МГц, было чувствительно к помехам, исходящим в диапазоне около 1600 МГц, что позволяет сделать вывод о существенном влиянии второй гармоники помехи. При работе всех диапазонов устройства глушения наблюдалось еще более сильное влияние на измерительное устройство. Влияния по третьей гармонике (в диапазоне около 2400 МГц) и отдельным другим диапазонам не наблюдалось.

Заключение

В целом, можно сделать вывод, что в районах проведенных измерений внутри зданий, также, как и за их пределами, присутствует стабильное покрытие сети ЫБ-1оТ. Чувствительность используемого измерительного устройства составляет -140 дБм - во всех точках уровни сигнала были минимум на 20-25 дБ

выше. Наблюдается перекрытие между базовыми станциями, что обеспечивает надежность обслуживания IoT-устройств, работающих в этих районах.

В условиях действия преднамеренных помех уже на малом расстоянии наблюдалось отсутствие подключения к сети, что позволяет сделать вывод о влияющих гармониках (в данном случае влияла вторая гармоника), а также в случае влияния помех в нескольких диапазонах. Это необходимо учесть при планировании и оптимизации сетей.

Работа выполнена в рамках прикладных научных исследований СПбГУТ, регистрационный номер 122020100465-3 от 01.02.2022 в ЕГИСУ НИОКТР.

Литература

1. Мегафон - тариф «Интернет Вещей».

URL: https://spb.megafon.ru/corporate/mobile/tariffs/alltariffs/internet_veschey.html

2. МТС - тариф «IoT-сеть».

URL: https://moskva.mts.ru/business/mobilnayasvyaz/korporativnie-tarifi-i-opcii/iot-set-dlya-interneta-veshhej

3. Билайн - тариф «Для умных вещей».

URL: https://moskva.beeline.ru/customers/products/mobile/tariffs/details/dlya-umnihveshhey/

4. Теле2 - тариф «Интернет для вещей». URL: https://msk.tele2.ru/journal/article/internet-of-things.

5. Emmanuel Migabo, Karim D. Djouani, Anish Kurien. A Modelling Approach for the Narrowband IoT (NB-IoT) Physical (PHY) Layer Performance // IECON 2018- 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society - IEEE, 2018.

6. Malik H. et al. NB-IoT network field trial: Indoor, outdoor and underground coverage campaign //2019 15th International Wireless Communications & Mobile Computing Conference (IWCMC). - IEEE, 2019. - С. 537-542.

7. Тестер сети NB-IoT серии RB-NBT. Руководство по эксплуатации.

8. Инструкция по эксплуатации подавителя сигналов EaglePro Метель-Z.

АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ И НАВИГАЦИИ НА ОСНОВЕ СОТОВОЙ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ И WI-FI

К.Н. Елагина, Московский технический университет связи и информатики, kristina.elagina@mail.ru;

Д.К. Чиянов, Московский технический университет связи и информатики, dimasovskij1999@gmail.com.

УДК 656.052.1_

Аннотация. В последние десятилетия наблюдается увеличение числа глобальных навигационных спутниковых систем. Различные частные компании и государства, а также другие формирования активно продолжают усовершенствовать уже существующие и внедрять новые системы. Некоторые из этих систем уже находятся в эксплуатации, но некоторые из них все еще находятся в стадии разработки. Цель данной статьи - рассмотреть основной принцип работы любой навигационной спутниковой системы, а также навигации на основе сотовой