Introduzione
Quando si parla di NB-IoT, una delle domande più frequenti è: dove viene trasmesso realmente il segnale? Utilizza un canale dedicato oppure condivide le risorse della rete LTE? La risposta non è univoca, perché il 3GPP ha previsto diverse modalità di implementazione, ciascuna con vantaggi e compromessi in termini di efficienza spettrale, capacità e copertura.L’interesse verso l’Internet of Things nasce inizialmente da una curiosità tecnica legata al modo in cui gli operatori mobili integrano dispositivi a basso consumo all’interno delle reti cellulari esistenti. In particolare, l’attenzione si è concentrata sull’NB-IoT e sulla sua reale collocazione all’interno della struttura radio LTE.
Uno degli aspetti meno immediati da comprendere riguarda infatti l’identificazione della posizione effettiva delle risorse NB-IoT nello spettro: non sempre esse risultano chiaramente mappate sulla griglia LTE standard, e questo rende l’analisi non banale anche dal punto di vista strumentale.
Approccio metodologico di misura
Per analizzare il comportamento dell’NB-IoT è stato adottato un approccio basato su misure incrociate ottenute tramite due differenti tipologie di strumentazione:
- uno scanner IoT dedicato all’analisi dei segnali NB-IoT
- un analizzatore LTE per la mappatura delle Resource Block (RB)
L’obiettivo è stato quello di correlare la presenza del segnale NB-IoT con la struttura della griglia LTE, verificando eventuali disallineamenti o posizionamenti non immediatamente evidenti all’interno della banda nominale.
Setup sperimentale
La campagna di misura è stata inizialmente condotta su siti radio situati fuori dal comune di Bologna, selezionando specificamente stazioni base in aree a bassa densità abitativa o in campo aperto.
Questa scelta è stata motivata dalla necessità di:
- ridurre al minimo le riflessioni multipath
- favorire la ricezione del segnale diretto dal lobo principale dell’antenna
- migliorare la stabilità delle misure radio
Le antenne di misura sono state posizionate ad un’altezza di circa 3 metri da terra, in corrispondenza di una distanza di circa 100 metri da uno dei settori della BTS.
Le strumentazioni sono state sincronizzate tramite riferimento GPS, al fine di garantire coerenza temporale e spaziale tra le acquisizioni.
Prime osservazioni sul posizionamento NB-IoT
Le misure iniziali hanno permesso di identificare la posizione in frequenza delle portanti NB-IoT per i diversi operatori analizzati.
Nel caso specifico della rete Vodafone, è stato osservato che le risorse NB-IoT risultavano collocate alle seguenti frequenze:
- Settore 0: 811,40 MHz
- Settore 2: 820,60 MHz
Un elemento rilevante emerso dall’analisi è che tali allocazioni risultavano fuori dalla griglia LTE standard, collocandosi all’interno della banda di guardia.
Prime considerazioni tecniche
Questo comportamento suggerisce una strategia di allocazione volta a:
- ridurre possibili collisioni con risorse LTE tradizionali
- isolare il traffico NB-IoT rispetto ai Physical Cell Identity (PCI)
- ottimizzare l’utilizzo complessivo dello spettro disponibile senza impattare le portanti LTE attive
In particolare, l’utilizzo di porzioni di spettro prossime o interne alla guard band consente agli operatori di massimizzare l’efficienza spettrale, mantenendo al contempo la separazione logica tra traffico broadband e traffico IoT a bassa velocità.
Complessità della misura NB-IoT con analizzatori LTE
Uno degli aspetti più critici nell’analisi dell’NB-IoT riguarda la difficoltà di rilevazione delle risorse radio quando queste risultano collocate al di fuori della griglia LTE standard.
Gli analizzatori LTE sono progettati per operare su una struttura ben definita di Resource Block (RB) da 180 kHz, allineata alla griglia LTE. Tuttavia, nel caso dell’NB-IoT, la presenza di allocazioni in aree non perfettamente coincidenti con la griglia introduce limitazioni nella misura diretta.
Approccio adottato per l’estensione della griglia RB
Per superare questa limitazione, è stato adottato un approccio sperimentale basato sull’estensione della griglia di analisi dello strumento.
È stata effettuata una riconfigurazione della larghezza di banda di analisi introducendo ulteriori Resource Block da 180 kHz.
Le acquisizioni sono state effettuate solo dopo la stabilizzazione del riferimento GPS a 10 MHz, utilizzato per la calibrazione dell’oscillatore locale.
La misura è stata impostata sul subframe 0, caratterizzato da una maggiore densità di canali di controllo e sincronizzazione.
Questa scelta ha permesso di:
- migliorare la visibilità delle strutture di allocazione
- aumentare la probabilità di intercettare le risorse NB-IoT
- ridurre l’ambiguità legata alla dinamica del traffico dati
Le misure hanno evidenziato che la risorsa NB-IoT presenta uno shift di potenza superiore rispetto al traffico LTE tradizionale.
È stato possibile mappare le Physical Resource Block in posizioni non convenzionali rispetto alla griglia LTE standard:
- RB -1 per un settore
- RB 50 per l’altro settore
Il sistema di riferimento considerato è una portante LTE da 10 MHz in banda 20.
Confronto incrociato tra scanner IoT e analizzatore LTE
Per validare le osservazioni è stato effettuato un confronto con uno scanner IoT in grado di agganciare direttamente la portante NB-IoT in banda 20 (10 MHz).
Le frequenze rilevate sono state:
- Settore 0: 811,40 MHz
- Settore 2: 820,60 MHz
Correlazione con la griglia LTE estesa
Le frequenze coincidono con le posizioni osservate nella griglia LTE estesa:
- RB -1 per un settore
- RB 50 per l’altro settore
Questa corrispondenza conferma la presenza di una componente NB-IoT collocata ai margini della griglia LTE.
È stata inoltre osservata una modulazione QPSK non univocamente attribuibile ad un canale LTE specifico.
Considerazioni finali
Il confronto tra strumenti ha evidenziato la coerenza tra misure RF e rappresentazione estesa della griglia LTE, suggerendo una strategia di allocazione NB-IoT ai margini dello spettro disponibile.
L’analisi evidenzia inoltre i limiti degli strumenti LTE tradizionali quando applicati a scenari NB-IoT non pienamente conformi alla rappresentazione standard della griglia fisica.
Autore: Coppolella Sebastiano
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