（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司，濟南 250101）

某地區(qū)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署方案探討

劉方森，王建

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司，濟南 250101）

本文對NB-IoT技術(shù)的頻段的選取、組網(wǎng)方式、基站建設(shè)方式、部署區(qū)域選取等進行分析，選擇適合本地區(qū)的部署策略；通過覆蓋能力分析、仿真分析，對比不同的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署方案，作為后續(xù)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署的參考。

NB-IoT；覆蓋預(yù)測；仿真分析

1 引言

NB-IoT具備4大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20 dB，覆蓋面積擴大100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年；四是更低的模塊成本，企業(yè)預(yù)期的單個接連模塊不超過5美元。

NB-IoT技術(shù)采用超窄帶、重復(fù)傳輸、精簡網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等設(shè)計，以犧牲一定速率、時延、移動性性能，獲取面向LWPA物聯(lián)網(wǎng)的承載能力。另外NB-IoT的200 kHz帶寬，易于2G網(wǎng)絡(luò)騰頻和升級支持，同時子載波采用15/3.75 kHz(與LTE子載波相同或1/4)，可以獨立部署，也可以與LTE共載波部署。NB-IoT初步滿足大連接要求，未來還可以進一步升級滿足5G需求，成為未來5G的一部分。

2 NB-IoT部署策略選擇

2.1 頻率的選取

在頻點選擇上，應(yīng)優(yōu)先考慮覆蓋需求，積極選用已有的最低頻段。另外，NB-IoT的200 kHz帶寬，易于2G網(wǎng)絡(luò)騰頻和升級支持，同時子載波采用15/3.75 kHz (與LTE子載波相同或1/4)，可以獨立部署。

NB-IoT的覆蓋能力優(yōu)于GSM900約20 dB，建議使用GSM900的頻點部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。

在考慮覆蓋需求的同時，需要選取的頻點盡可能的規(guī)避干擾、滿足向FDD演進的需求。

具體頻點選取有3種方式，如圖1所示。

方案1：與GSM-R緊鄰頻，易對鐵通產(chǎn)生干擾，鐵路周邊不可采用此頻點。

方案2：易被電信CDMA800干擾，隨著GSM設(shè)備抗阻塞能力提升，及電信新設(shè)備入口，該干擾將逐漸弱化。

方案3：GSM900下行五階互調(diào)落入接收頻段，高頻段受其影響更大，隨著天饋老化，互調(diào)問題將逐漸凸顯。

圖1 頻點選取

另外，方案2在向FDD演進過程中受限更少。因此從“選取的頻點盡可能的規(guī)避干擾、滿足向FDD演進的需求”這兩方面因素考慮，NB-IoT頻點的選取應(yīng)選擇方案2。

若后續(xù)移動FDD Refarming 10 MHz+5 MHz雙載波，剩余4.5 MHz給GSM與NB-IoT，GSM選用S222載頻配置，NB-IoT可以支持2～3個200 kHz載波。因此在方案2基礎(chǔ)上，建議NB-IoT頻點部署建議從934.2-938.7 MHz選取。

2.2 頻率組網(wǎng)方式

NB-IoT組網(wǎng)方式主要有3種：Standalone、Guard band、In-band。

方式1，Standalone：與LTE無關(guān)或在LTE帶寬之外配置載波。

方式2，Guard band：將NB-IoT載波配置置于LTE保護帶內(nèi)。

方式3，In-band：將NB-IoT載波配置于LTE帶內(nèi)。

選用方式1，Standalone進行NB-IoT組網(wǎng)建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)單小區(qū)容量更大、更容易減少與已有（或未來）LTE系統(tǒng)建的干擾。

2.3 基站建設(shè)方式

升級：基于現(xiàn)有設(shè)備進行升級；新建：新增一套系統(tǒng)和天饋，對新增系統(tǒng)儲備新能力，使其支持GSM+ NB+FDD或NB+FDD。圖2為基站建設(shè)方式。

對于升級方式，主要采用GSM現(xiàn)有基站升級建設(shè)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)GSM基站類型，非寬帶功放的不能升級、集中式（射頻板在機架內(nèi)）的不適合升級，分布式基站適合升級同時面臨后續(xù)FDD演進的任務(wù)。因此，升級方式主要帶來的的工程量有：新增/替換、利舊天饋系統(tǒng)，增加RRU，新增主控板和基帶板，部分基站需要增加傳輸和時鐘。

采用升級建設(shè)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是建設(shè)速度快，但缺點同樣顯著：現(xiàn)網(wǎng)大量存量基站不支持NBIoT直接升級，需要替換升級。

對于新建方式，主要增加工程量與新建一個LTE基站類似，但要考慮到NB-IoT與TDL網(wǎng)絡(luò)建設(shè)間的關(guān)系：同廠家可共BBU部署NB-IoT網(wǎng)絡(luò)。采用新建的方式優(yōu)點是完全可以不影響已有的GSM網(wǎng)絡(luò)，可獨立進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和調(diào)整。缺點就是投資相對較大。

從長遠角度考慮，建議新建。

2.4 區(qū)域部署策略

方案1，建設(shè)普遍的薄網(wǎng)，重點覆蓋城市，農(nóng)村按需確定覆蓋區(qū)域，按照GSM網(wǎng)覆蓋水平進行規(guī)模測算，提供相對普遍的接入業(yè)務(wù)。

方案2，分區(qū)域建設(shè)，進行大規(guī)模企業(yè)廠區(qū)覆蓋以及智慧城市建設(shè)等。

方案3，分小區(qū)建設(shè)。表1為區(qū)域部署策略對比分析。

由于NB-IoT的覆蓋能力優(yōu)于GPRS約20 dB，基于現(xiàn)有的2G基站布局進行站點選取，不建議方案3，短期推薦方案2，長期推薦方案1。

3 某地區(qū)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)滿足覆蓋和容量的需求，并在此基礎(chǔ)上制定規(guī)劃指標。規(guī)劃指標應(yīng)包含RSRP、SINR、平均速率、邊緣速率等關(guān)鍵指標，但目前還未有統(tǒng)一的標準。NB-IoT單小區(qū)可接入5萬終端，在業(yè)務(wù)發(fā)展初期，網(wǎng)絡(luò)容量不是問題，因此本文主要基于覆蓋對某地區(qū)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進行探討。

圖2 基站建設(shè)方式

表1 區(qū)域部署策略對比分析

3.1 覆蓋能力對比分析

通過發(fā)射功率、接收電平等關(guān)鍵信息容易計算出不同制式間的最大傳輸路損如表2所示。

表2 最大路損計算

Okumura-Hata模型適用于150-1 500 MHz，歐洲研究委員會傳播模型小組建議，根據(jù)Okumura-Hata模型，利用一些修正項使頻率覆蓋范圍從1 500 MHz擴展到2 000 MHz（本文中，選擇性參考擴展至900 MHz與2 600 MHz），覆蓋能力計算如下所示：

Pl(dB)=46.3+33.9×lgF-13.82×lgH+(44.9-6.55×lgH)× lgD+C

PL：路徑損耗；

F：頻率，單位MHz

頻率的差異如表3所示。

此外，NB-IoT（900 MHz）與TDDLTE（1900 MHz）相比，NB-IoT不具備TDD制式引入的智能天線技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，損失了一定的波束賦形增益等特性。

考慮到NB-IoT（900 MHz）應(yīng)具備更高的深度覆蓋要求（穿透兩堵墻或三堵墻）。因此在仿真對比指標上，可以將NB-IoT設(shè)置為優(yōu)于TDD-LTE（1 900 MHz）系統(tǒng)25 dB（最大路損優(yōu)25 dB、頻率相關(guān)的路徑損耗優(yōu)11 dB、頻率相關(guān)的穿透損耗優(yōu)3 dB、智能天線相關(guān)劣4 dB、穿透多堵墻的要求劣10 dB）。

表3 頻率的差異

3.2 仿真分析

選取某市區(qū)核心城區(qū)（密集城區(qū)高傳損區(qū)域）作為本次NB-IoT部署區(qū)域，面積約為4 810 000 m2，區(qū)域內(nèi)已建設(shè)LTE宏基站399處，平均站距373 m，LTE覆蓋優(yōu)良，如表4所示。

方案1：本區(qū)域內(nèi)選取位置相對理想、站距分布相對均勻的104處基站作為本區(qū)域NB-IoT部署方案1，平均站距約為731 m。仿真結(jié)果分析顯示：NB-IoT連續(xù)覆蓋水平與LTE覆蓋水平相當（考慮到NB-IoT穿透多堵墻的能力，其深度覆蓋水平還是要優(yōu)于LTE的）。

圖3為本區(qū)域LTE覆蓋仿真結(jié)果。

方案2：在方案1的基礎(chǔ)上，選取30處基站作為本區(qū)域NB-IoT部署方案1，平均站距約為1 361 m。仿真結(jié)果分析顯示：方案2中的NB-IoT滿足95%覆蓋率的指標要求（覆蓋率達96.2%），但覆蓋效果與方案1相比差距顯著。

表4 方案規(guī)劃仿真面積與規(guī)劃基站數(shù)

圖3 本區(qū)域LTE覆蓋仿真結(jié)果

圖4 NB-IoT部署方案1仿真結(jié)果

圖4為NB-IoT部署方案1仿真結(jié)果。圖5為NBIoT部署方案2仿真結(jié)果。

圖5 NB-IoT部署方案2仿真結(jié)果

3.3 小結(jié)

選取某市區(qū)核心城區(qū)（密集城區(qū)高傳損區(qū)域）作為本次NB-IoT部署區(qū)域：

方案1使用現(xiàn)網(wǎng)26%的LTE站址（平均站距731 m），在仿真過程中盡可能的延續(xù)了現(xiàn)網(wǎng)LTE網(wǎng)絡(luò)的公參，實現(xiàn)了LTE同覆蓋水平。

方案2使用了現(xiàn)網(wǎng)8%的站址（平均站距1 361 m），在規(guī)劃仿真過程中需優(yōu)化基站布局、覆蓋方向角及天線下傾角，在多次調(diào)整優(yōu)化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了95%的覆蓋目標。

4 結(jié)束語

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署將是中國移動未來5G網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，也是下一步網(wǎng)絡(luò)部署的重點。目前面臨建設(shè)方式不明確、覆蓋指標不明確等各類難題。本文在NBIoT網(wǎng)絡(luò)部署初期，簡單的認為“網(wǎng)絡(luò)容量不是問題，主要滿足覆蓋需求”的基礎(chǔ)上，對比分析了不同的規(guī)劃方案的覆蓋仿真效果，可作為后續(xù)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的參考。

[1] 沈嘉，索士強，全海洋，等. 3GPP長期演進（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

[2] 肖清華, 楊春德, 張堃. TD-LTE覆蓋能力綜合分析[J]. 郵電設(shè)計技術(shù), 2012.14-20.

Discussion on the NB-IoT network deployment scheme in a certain area

LIU Fang-sen, WANG Jian
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

The paper try to analyze NB-IoT network deployment scheme from selection of frequency, base station construction mode, deployment area selection. Selecting the appropriate deployment strategy for this local area. By covering capacity analysis and simulation analysis, compare different NB-IoT network deployment scenarios. And the reference work for the subsequent NB-IoT network deployment.

NB-IoT; coverage prediction; simulation analysis

TP393

A

1008-5599（2017）05-0030-04

2016-11-03