中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司|馬穎 鄧安達(dá) 馬向辰

進(jìn)行蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT建設(shè)時(shí)，考慮到滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)需求，需要關(guān)注NB-IoT室外覆蓋室內(nèi)的實(shí)際效果，并根據(jù)信號(hào)覆蓋情況選擇合理的室內(nèi)覆蓋解決方案。

隨著萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代即將到來(lái)，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)注度持續(xù)提升，NB-IoT作為L(zhǎng)PWA技術(shù)之一，覆蓋能力強(qiáng)、終端功耗低，能夠較好地支持廣度、深度覆蓋要求高、電池續(xù)航要求高的業(yè)務(wù)，與eMTC一起成為5G mMTC方向的備選技術(shù)。

覆蓋增強(qiáng)功能是NB-IoT的基本功能，NB-IoT分配資源的顆粒是5kHz，終端200mW的功率在5kHz的帶寬上發(fā)送，通過(guò)窄帶收發(fā)技術(shù)可獲得更高的功率譜密度（PSD）增益，上行3.75kHz相比LTE可獲得17dB增益，相比GSM可獲得7dB增益。此外，NB-IoT通過(guò)重傳技術(shù)可獲得額外的9～12dB(8～16次重傳)的覆蓋增益。因此，NB-IoT相比GSM、LTE等具有20dB以上的覆蓋能力，其深度覆蓋能力不容忽視。從理論上來(lái)說(shuō)，這意味著對(duì)于室內(nèi)覆蓋，NB-IoT能夠多穿透1～2堵墻，部署在墻內(nèi)或地下室的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不需要額外的站點(diǎn)加密就能獲得良好覆蓋。

物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)類(lèi)型非常豐富，一些業(yè)務(wù)類(lèi)型比如智能抄表類(lèi)等對(duì)于室內(nèi)深度覆蓋要求非常高，因此進(jìn)行蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT建設(shè)時(shí)，考慮到滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)需求，需要關(guān)注NB-IoT室外覆蓋室內(nèi)的實(shí)際效果，并根據(jù)信號(hào)覆蓋情況選擇合理的室內(nèi)覆蓋解決方案。

NB-IoT室外覆蓋室內(nèi)測(cè)試分析

根據(jù)NB-IoT組網(wǎng)測(cè)試某城市針對(duì)室外覆蓋室內(nèi)的測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果（見(jiàn)表1），95%覆蓋概率時(shí)，密集城區(qū)含地下場(chǎng)景的RSRP可達(dá)-104dBm。SINR方面，95%覆蓋概率時(shí)，含地下場(chǎng)景的SINR約為-9.5dB。

通過(guò)室內(nèi)遍歷測(cè)試，中、遠(yuǎn)點(diǎn)地上部分存在無(wú)法覆蓋區(qū)域，地下室無(wú)論近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)，都容易出現(xiàn)受限。具體見(jiàn)表2。

室內(nèi)定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果表明，大部分近點(diǎn)、中點(diǎn)物業(yè)點(diǎn)和地上場(chǎng)景能獲得良好覆蓋，但在遠(yuǎn)點(diǎn)和地下場(chǎng)景都存在無(wú)法覆蓋的點(diǎn)。

NB-IoT室內(nèi)外同頻組網(wǎng)方案分析

根據(jù)目前的900MHz頻率重耕計(jì)劃，需要清除953.1MHz至954MHz之間的頻率為NB-IoT所用。NB-IoT SA模式可能有兩種組網(wǎng)方式，分別為同頻組網(wǎng)和異頻組網(wǎng)。頻率資源緊張時(shí)可使用同頻組網(wǎng)，以單載波為主，未來(lái)有更多頻率資源和業(yè)務(wù)需求時(shí)可擴(kuò)容至雙載波；頻率資源富裕情況下，可異頻組網(wǎng)，未來(lái)容量需求增大時(shí)需要調(diào)整為雙載頻。

以下簡(jiǎn)要分析NB-IoT室內(nèi)外同頻組網(wǎng)時(shí)的系統(tǒng)性能。

一是NB-IoT室分覆蓋強(qiáng)度。參考GSM室分設(shè)計(jì)要求最低-85dBm，實(shí)際部署中由于預(yù)留了余量，大多數(shù)GSM900M室分的覆蓋水平都在-70dBm至-75dBm以上。根據(jù)GSM與NB-IoT發(fā)射功率的差異（43-32=11dB），可得出NB-IoT的RSRP為-81～86dBm。

表1 NB-IoT室外覆蓋室內(nèi)RSRP及SINR測(cè)試總體情況

表2 NB-IoT室外覆蓋室內(nèi)遍歷測(cè)試情況

二是室外NB-IoT宏站覆蓋到室內(nèi)的強(qiáng)度。根據(jù)規(guī)劃指標(biāo)要求，室外宏站RSRP應(yīng)達(dá)到-84dBm左右，假設(shè)一堵建筑物外墻穿透損耗10dB，這時(shí)室外宏站在室內(nèi)的覆蓋強(qiáng)度為-94dBm（最靠外墻宏站近點(diǎn)位置），假設(shè)兩堵建筑物外墻穿透損耗16dB，這時(shí)室外宏站在室內(nèi)的覆蓋強(qiáng)度為-100dBm（靠宏站中點(diǎn)位置）。

三是由此估算下行業(yè)務(wù)信道的SINR。穿透一堵建筑物靠外墻位置（宏站近點(diǎn)）SINR約為8～13dB，穿透兩堵墻位置（宏站中點(diǎn)）SINR約為14～19dB。

根據(jù)以上分析，NB-IoT室內(nèi)外同頻組網(wǎng)時(shí)，SINR值均在合理范圍內(nèi)，不會(huì)影響業(yè)務(wù)性能。

結(jié)合表3 NB-IoT的實(shí)際測(cè)試結(jié)果，室內(nèi)外同頻組網(wǎng)時(shí)的SINR指標(biāo)相比異頻組網(wǎng)，CDF曲線(xiàn)50%的差值為0.1dB，5%的差值為3.8dB，也證明室內(nèi)外同異頻對(duì)室分的SINR影響并不嚴(yán)重。由此可初步認(rèn)為，NB-IoT室內(nèi)外同頻組網(wǎng)方案基本可行。

NB-IoT室內(nèi)覆蓋解決方案

NB-IoT建網(wǎng)初期，由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)量低，主要滿(mǎn)足廣覆蓋要求，結(jié)合規(guī)模組網(wǎng)測(cè)試室外覆蓋室內(nèi)的驗(yàn)證結(jié)果，原則上NB-IoT宏站可滿(mǎn)足初期業(yè)務(wù)需求，但是抄表類(lèi)、電梯、地下場(chǎng)景均有覆蓋不佳的情況，如果業(yè)務(wù)需求明確需通過(guò)建設(shè)室分解決信號(hào)覆蓋。

因此，對(duì)于有明確NB-IoT業(yè)務(wù)需求的室分場(chǎng)景，優(yōu)先采用室外宏站覆蓋室內(nèi)；如果宏站無(wú)法覆蓋，則應(yīng)考慮部署NB-IoT室分系統(tǒng)。各類(lèi)型樓宇場(chǎng)景的NB-IoT室內(nèi)覆蓋方案可參考表4。

其中，針對(duì)室外覆蓋室內(nèi)信號(hào)較差，需建設(shè)室分基站的場(chǎng)景，分以下幾種情況考慮。

一是樓宇內(nèi)原有DAS。當(dāng)GSM900M與NB-IoT設(shè)備同廠家時(shí)，GSM900M室分信源支持升級(jí)的設(shè)備直接升級(jí)，NBIoT與GSM 900M室分信號(hào)共端口輸出；GSM900M室分信源不支持升級(jí)的設(shè)備，考慮到NB-IoT與GSM 900M分別輸出信號(hào)需要先合路會(huì)有3dB的損耗，因此建議優(yōu)先替換為支持NB-IoT的RRU，NBIoT與GSM 900M室分信號(hào)共端口輸出。當(dāng)GSM900M與NB-IoT設(shè)備異廠家時(shí)，增加NB-IoT信源與GSM 900M信號(hào)先通過(guò)電橋合路，再輸入到合路器900M端口，此種方式產(chǎn)生3dB的損耗，對(duì)于原有GSM900M室分覆蓋可能帶來(lái)一定的影響。當(dāng)無(wú)GSM900M室分信源時(shí)，新增支持NB-IoT的信源RRU，NB-IoT信號(hào)饋入原有室分系統(tǒng)。

表3 室內(nèi)外同異頻組網(wǎng)SINR值比較

表4 樓宇場(chǎng)景NB-IoT室內(nèi)覆蓋方案

二是樓宇內(nèi)原有分布式皮飛基站各主設(shè)備廠家分布式皮飛基站支持NB-IoT時(shí)間都相對(duì)較晚，預(yù)計(jì)2018年中以后可支持?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中部署的分布式皮飛基站大部分需替換pRRU，由此帶來(lái)的工程量相對(duì)大，實(shí)施也相對(duì)復(fù)雜。

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，許多未知的業(yè)務(wù)類(lèi)型可能在將來(lái)層出不窮，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)初期應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需求滿(mǎn)足初步的室外及室內(nèi)覆蓋需求，未來(lái)隨著業(yè)務(wù)需求不斷增長(zhǎng)，NB-IoT室內(nèi)覆蓋方案不僅需要解決覆蓋，也會(huì)更多關(guān)注容量需求，同時(shí)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期設(shè)備類(lèi)型較單一，后期隨著設(shè)備類(lèi)型的豐富，也應(yīng)適時(shí)地因地制宜調(diào)整解決方案。