物联网(IoT)服务正在城市中得到广泛应用。深度室内连接乃是交付物联网服务的前提条件。通过模拟大规模物联网服务在城市中的真实场景，我们发现全新蜂窝技术可助力物联网深度覆盖室内近99%的终端。
蜂窝网络因其无处不在的部署以及包括安全性和可靠性在内的固有特性，非常适合为新兴物联网应用提供连接。目前，蜂窝网络的主要作用是提供移动宽带服务，而如何为终端提供物联网连接是各种用例均需面对的新挑战。3GPP新推出的标准化低功耗广域(LPWA)蜂窝技术Cat-M1和NB-IoT可部署在现有的LTE网络中，帮助应对这些挑战。这些技术既能满足大规模物联网的覆盖需求，同时又能支持各类低成本终端。
支持各种不同的用例
Cat-M1技术旨在支持各类物联网应用，它所支持的用例从互联垃圾箱、到具有紧急语音辅助功能的报警器和车队管理应用等。Cat-M1提供大约1Mbps的理论峰值上行链路数据吞吐量，但其数据吞吐量和覆盖范围之间存在折中关系：应用所需的比特率越低、其覆盖范围越广泛。Cat-M1最小连接目标设定为最大耦合损耗(MCL)160dB，在这种情况下，可实现的上行链路数据速率为大约1kbps，这相当于最大耦合损耗为144dB的宽带LTE，其下行链路吞吐量为1Mbps，上行链路吞吐量达几十kbps。
NB-IoT窄带物联网技术旨在提供比Cat-M1更好的覆盖和更低的终端部署成本，适用于烟雾探测器和电表等超低吞吐量的物联网应用。目前，NB-IoT的最小连接目标设定为上行数据速率300-400 bps时，MCL 为164dB。如下图所示，这两项技术都支持大规模物联网用例。
构建城市模型来测量大规模物联网的覆盖情况
我们分析了城市中针对大规模物联网应用的网络覆盖情况。使用商用LTE网络测得的结果来校准用于模拟宽带LTE、Cat-M1和NB-IoT覆盖范围的模型。我们使用了一个三维城市模型，在这个模型中，每平方公里范围内建造了近1000栋楼宇，每栋大楼平均5层高。我们在构建该模型时同时考虑到了视距和非视距特征，如户外到室内及室内无线传播模式。我们假设该模型具备典型的无线基站特性，站点间距约为500米。
我们假设物联网终端的密度约为每平方公里范围内2万个，这些终端均匀分布在整个城市中（户外和室内），并且相应的信号强度因环境而异。例如，对于半地下室，除10-30dB的室内信号衰减外，我们还为其添加了5dB的路径损耗，而对地下室（深层室内），我们则额外添加了20dB的路径损耗。
我们分别在宽带LTE、Cat-M1和NB-IoT上模拟了针对物联网应用的网络覆盖。我们在计算每项技术的物联网覆盖范围时均使用了相同的蜂窝布局。我们在两个频段中分析了网络覆盖范围：一个是具有更强的信号传播优势，能够进一步扩展覆盖范围的较低频段(800MHz)，另一个是提供更大容量的较高频段(2.6GHz)。上表显示了每项技术所覆盖的终端的百分比。
扩展LTE的物联网覆盖范围
800MHz频段建模显示，在深层室内等具有挑战性的无线信号传播环境中，Cat-M1和NB-IoT均可覆盖高达99%的终端，堪比移动宽带终端覆盖率达到77%的宽带LTE。在2.6GHz频段，Cat-M1和NB-IoT的覆盖率同样远远高于覆盖率仅为32%的宽带LTE。降低数据速率可扩展覆盖范围，增强对低数据速率物联网终端的覆盖率。鉴于我们在评估中发现这些网络的终端覆盖率已经超过3GPP目标，因此增强它们将能进一步支持大规模物联网在城市中的部署—— 覆盖使用了蜂窝网络与应用程序相连接的99%的终端。
