900 MHz NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)基站城區(qū)部署方案研究

王照宇，張 萌（.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州450007；.鄭州市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)局，河南鄭州450007）

1 概述

近年來，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)入高速發(fā)展階段，全球運(yùn)營商都在積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)基站的建設(shè)。2017年6月，工信部發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)移動物聯(lián)網(wǎng)（NBIoT）建設(shè)發(fā)展的通知》，提出基礎(chǔ)電信企業(yè)要加大NBIoT網(wǎng)絡(luò)部署力度，提供良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和服務(wù)質(zhì)量，全面增強(qiáng)NB-IoT接入支撐能力。到2020年，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全國普遍覆蓋，面向室內(nèi)、交通路網(wǎng)、地下管網(wǎng)等應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，基站規(guī)模達(dá)到150萬個。

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)通過提高功率譜密度、發(fā)送重復(fù)和上行Inter-site CoMP等方式實(shí)現(xiàn)覆蓋能力的提高。通過路損模型可知，NB-IoT 900 MHz網(wǎng)絡(luò)較GSM 900 MHz網(wǎng)絡(luò)能提升13～23 dB的無線信號覆蓋能力，其與現(xiàn)有的2G、3G、4G無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力都不同。目前，多家運(yùn)營商都在進(jìn)行NB-IoT基站部署建設(shè)工作，如何基于現(xiàn)有站址資源合理規(guī)劃部署NB-IoT 900 MHz基站，對于NB-IoT 900 MHz基站的站址規(guī)劃具有重要意義。

2 NB-IoT 900 MHz基站仿真

2.1 NB-IoT 900 MHz部署頻段

中國聯(lián)通900 MHz頻段的頻譜資源為909～915/954～960 MHz，去掉95號保護(hù)頻點(diǎn)，可用頻點(diǎn)為29個，本次研究的NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)部署主要利用123和124號頻點(diǎn)中間的0.2 MHz，部署NB-IoT 900 MHz基站。

2.2 NB-IoT 900 MHz鏈路預(yù)算

在Standalone部署方式下，采用Okumura-Hata模型，在典型穿透損耗基礎(chǔ)上，考慮NB-IoT室內(nèi)及地下室的覆蓋需求，同時增加額外的10 dB深度損耗，對NB-IoT 900 MHz覆蓋性能進(jìn)行理論計算，得到密集城區(qū)、普通城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村場景的NB-IoT 900 MHz理論覆蓋半徑。詳見表1。

表1 N900鏈路預(yù)算覆蓋能力

根據(jù)鏈路計算結(jié)果，在密集城區(qū)場景，滿足99%覆蓋率情況下，NB-IoT 900 MHz頻段覆蓋半徑為670 m；普通城區(qū)場景，滿足99%覆蓋率情況下，NB-IoT 900MHz頻段覆蓋半徑為1 560 m；若降低覆蓋率要求至95%，NB-IoT在900 MHz頻段覆蓋半徑顯著增大。

2.3 NB-IoT 900 MHz站址規(guī)劃

本文基于A市市區(qū)G900基站的站址，初步規(guī)劃部署N900基站?；贕900全覆蓋的站址，1∶1組網(wǎng)就是NB-IoT站點(diǎn)與G900全覆蓋的站點(diǎn)全部共站部署。1∶N（N＞1）組網(wǎng)就是從N個G900的站點(diǎn)中選擇1個站點(diǎn)與NB-IoT站點(diǎn)共站部署。按照1∶1、1∶2、1∶3分別規(guī)劃N900站點(diǎn)，詳細(xì)的各方案規(guī)模對比如表2所示。

2.4 仿真結(jié)果

利用Atoll仿真軟件，對按照1∶2和1∶3方案初步規(guī)劃的N900基站進(jìn)行RSRP覆蓋仿真，驗(yàn)證N900基站規(guī)劃方案的覆蓋效果。仿真采用20 m精度的數(shù)字地圖，Okumura Model傳播模型，穿透1堵外墻考慮穿損為20 dB，1堵內(nèi)墻考慮穿損為10 dB，共考慮穿透1堵外墻和2堵內(nèi)墻，穿透損耗共40 dB。RSRP小于-121 dBm定義為弱覆蓋。各區(qū)域仿真結(jié)果見表3。

表2 各方案規(guī)模對比

表3 各方案RSRP仿真結(jié)果

根據(jù)仿真結(jié)果，按照N900與G900 1∶3方案，A市市區(qū)主城區(qū)的N900網(wǎng)絡(luò)RSRP≥-121 dBm的占比在95%左右，基本可以滿足深度覆蓋的要求，平均站間距為647 m。

3 NB-IoT 900 MHz實(shí)驗(yàn)網(wǎng)單站覆蓋測試

3.1 樓宇室內(nèi)測試

鎖頻1號實(shí)驗(yàn)網(wǎng)基站，對周邊的高層住宅小區(qū)內(nèi)的水表箱內(nèi)外信號覆蓋進(jìn)行驗(yàn)證測試，該小區(qū)的水表箱位于每層公共走廊中。在距離基站300、400、500 m的樓宇位置，分別在低、中、高層水表箱內(nèi)外進(jìn)行測試。從測試結(jié)果情況分析，NB測試設(shè)備在水表箱內(nèi)對信號大約衰減10 dB左右，N900信號整體覆蓋較好，在距基站500 m的水表箱內(nèi)，信號強(qiáng)度最低為-102.3 dBm，可滿足業(yè)務(wù)要求。詳細(xì)的測試數(shù)據(jù)如表4所示。

3.2 室外路測

鎖頻2號實(shí)驗(yàn)網(wǎng)基站，采用手持測試終端的方式，對該站點(diǎn)的3個小區(qū)，分別進(jìn)行路測分析。第1小區(qū)的路測平均RSRP為-67.09 dBm，SINR為27.12 dB，在距離該小區(qū)最遠(yuǎn)610 m處，RSRP為-85 dBm；第2小區(qū)路測平均RSRP為-70.12 dBm，SINR為29.47 dB，在距離該小區(qū)最遠(yuǎn)580 m處，RSRP為-84 dBm；第3小區(qū)的路測平均RSRP為-77.37 dBm，SINR為29.37 dB，在距離該小區(qū)最遠(yuǎn)930 m處，RSRP為-104 dBm。

表4 N900單站覆蓋測試結(jié)果

按照室內(nèi)穿透1堵外墻（每堵20 dB穿透損耗）、2堵內(nèi)墻（每堵10 dB穿透損耗）估算，只有在路測信號為-80 dBm的時候，室內(nèi)信號為-120 dBm，才能夠滿足業(yè)務(wù)要求。從路測結(jié)果分析，在距離小區(qū)主瓣380 m的位置，信號為-80 dBm左右。

4 NB-IoT 900 MHz連片覆蓋測試

在N900連片覆蓋區(qū)域內(nèi)選取2個N900基站，分別測試區(qū)域內(nèi)距離N900基站遠(yuǎn)、中、近點(diǎn)覆蓋情況。由于L1800基站較密，且部分樓宇已進(jìn)行室分覆蓋，因此部分區(qū)域L1800的信號強(qiáng)度高于N900，當(dāng)測試點(diǎn)接收到的N900信號和L1800不是同物理站址時，不進(jìn)行信號強(qiáng)度對比分析。測試結(jié)果如表5～表6所示。

表5 A基站N900與L1800覆蓋對比測試

表6 B基站N900與L1800覆蓋對比測試

從測試結(jié)果可以看出，在近點(diǎn)處，N900信號都能夠覆蓋到地下一層，在中點(diǎn)處N900信號能夠覆蓋到部分地下一層，無法覆蓋到地下二層，在遠(yuǎn)點(diǎn)處N900信號能夠覆蓋到地上建筑物內(nèi)，無法覆蓋到地下一層。詳細(xì)的測試結(jié)論如表7所示。

5 結(jié)論

綜合NB-IoT 900 MHz網(wǎng)絡(luò)仿真、單站測試、連片覆蓋測試的結(jié)果，要完善密集市區(qū)NB-IoT 900 MHz網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)連片深度覆蓋，使其能夠覆蓋到室內(nèi)水表和地下一層停車場，NB-IoT 900 MHz基站的單站覆蓋范圍應(yīng)在340 m左右，最大覆蓋距離不建議超過400 m，站間距建議在550～650 m。在站點(diǎn)規(guī)劃時，首要選擇布局層的基站作為N900的備選站，同時結(jié)合N900的站間距，選擇站高適中的補(bǔ)盲層基站進(jìn)行補(bǔ)充。

表7 N900連片覆蓋測試結(jié)果

由于在900 MHz頻段普遍存在私裝直放站干擾的情況，900 MHz頻段的底躁干擾較大，一定程度上會影響N900網(wǎng)絡(luò)性能，在部署N900網(wǎng)絡(luò)時，需要對干擾較大的小區(qū)進(jìn)行排查，并結(jié)合底躁干擾的大小，靈活調(diào)整N900的站間距。

NB-IoT 900 MHz網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的2G、3G、4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同，是一張針對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)業(yè)務(wù)無法回落到2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)上，需要新增獨(dú)立的基站主設(shè)備，或?qū)900分布式基站設(shè)備進(jìn)行升級改造。結(jié)合N900實(shí)驗(yàn)網(wǎng)在前期工程部署實(shí)施方面的經(jīng)驗(yàn)，在主設(shè)備選型方面，可結(jié)合2G的退網(wǎng)策略，在G1800退網(wǎng)的區(qū)域，有G900的站點(diǎn)，選擇GN900 SDR設(shè)備對老舊G900設(shè)備進(jìn)行替換，利舊原900 MHz天線；無G900的站點(diǎn)，新增GN900 SDR設(shè)備，可將WCD?MA天線替換為多端口高低頻獨(dú)立電調(diào)天線，G900、N900、U2100共用天線部署，補(bǔ)充2G的覆蓋空洞，減少施工難度。在G900退網(wǎng)的區(qū)域，新增N900的設(shè)備，可將WCDMA天線替換為多端口高低頻獨(dú)立電調(diào)天線，N900和U2100共用天線部署。有U900的站點(diǎn)，采用軟件升級的方式，利舊原900 MHz天線部署。

由于部分小區(qū)N900的覆蓋方向和3G、4G的覆蓋區(qū)域不同，無法和原3G、4G系統(tǒng)共天線部署，需要獨(dú)立新增900 MHz天線部署。