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窄带物联网（narrow-band Internet of things,NB-IoT）是3GPP提出的一种大规模低功耗广域（low power wide area,LPWA）技术，主要用于以数据采集和传感为目标的应用场景，适用于智能电表、智慧农业、智慧物流等领域。为了提供无线通信服务，NB-IoT系统的小区基站必须要能与终端成功建立连接。实现小区基站与终端成功建立连接面临以下挑战：一是小区覆盖范围广，分散部署的大量终端受地形地物分布影响大；二是具有不同功能的异构终端共存会形成相互干扰；三是小区基站与终端分布具有随机性，传统的六边形蜂窝小区已不能适用于网络规划和性能分析。本文分析和研究NB-IoT覆盖增强技术，包括终端随机接入过程和信号增强处理。前者以基站与终端随机部署为基础研究终端的随机接入成功率和平均接入时延，实现终端与基站成功、可靠连接；后者基于随机共振技术将噪声能量转换为有用信号能力，提高基站侧的检测和识别能力，降低终端侧的信号发射功率。
①基于重复和重传的覆盖增强性能分析。考虑NB-IoT随机接入过程涉及的检测概率和冲突概率，建立了基于随机几何的前导码检测概率模型和基于多频带多通道时隙ALOHA的冲突概率模型。在前导码检测概率模型中，将标准六边形小区扩展为符合实际的泰森多边形小区，基于随机几何理论导出了基站对前导码的检测概率以及采用前导码重复后的检测概率；在冲突概率模型中，利用多频带多通道时隙ALOHA协议模拟终端竞争信道过程，导出了终端对信道的竞争成功概率。进一步综合前导码检测概率和信道竞争成功概率导出了NB-IoT终端的随机接入成功率。为了评估重复和重传对系统性能的影响，导出了平均接入时延，并结合NB-IoT划分的覆盖类别进行了仿真。
②基于随机共振的覆盖增强性能分析。以最大耦合损耗为NB-IoT覆盖增强的性能指标，提出了一种基于随机共振的NB-IoT覆盖增强机制，选取双稳态随机共振模型进行SNR性能分析，将地形因子映射为不同高斯白噪声强度，模拟不同终端信道环境的差异，根据Okumura-Hata无线信道模型搭建了相应的仿真测试环境，评估基站引入随机共振前后的检测能力，并反推模型得到随机共振前后终端的发射功率。
①基于重复和重传的覆盖增强性能分析。考虑NB-IoT随机接入过程涉及的检测概率和冲突概率，建立了基于随机几何的前导码检测概率模型和基于多频带多通道时隙ALOHA的冲突概率模型。在前导码检测概率模型中，将标准六边形小区扩展为符合实际的泰森多边形小区，基于随机几何理论导出了基站对前导码的检测概率以及采用前导码重复后的检测概率；在冲突概率模型中，利用多频带多通道时隙ALOHA协议模拟终端竞争信道过程，导出了终端对信道的竞争成功概率。进一步综合前导码检测概率和信道竞争成功概率导出了NB-IoT终端的随机接入成功率。为了评估重复和重传对系统性能的影响，导出了平均接入时延，并结合NB-IoT划分的覆盖类别进行了仿真。
②基于随机共振的覆盖增强性能分析。以最大耦合损耗为NB-IoT覆盖增强的性能指标，提出了一种基于随机共振的NB-IoT覆盖增强机制，选取双稳态随机共振模型进行SNR性能分析，将地形因子映射为不同高斯白噪声强度，模拟不同终端信道环境的差异，根据Okumura-Hata无线信道模型搭建了相应的仿真测试环境，评估基站引入随机共振前后的检测能力，并反推模型得到随机共振前后终端的发射功率。