移動蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的探討

葉仕聰

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東廣州，510310）

0 引言

移動通信業(yè)務(wù)表現(xiàn)出持續(xù)擴大的特點，給網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)帶來巨大的挑戰(zhàn)，使人物、物物頻繁銜接。目前，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展促進(jìn)了移動通信領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)要求無線通信技術(shù)不斷優(yōu)化功能，提高安全水平，升級覆蓋范圍。為此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用NB-IoT技術(shù)，提高蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)效率。

1 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的意義

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)來自蜂窩網(wǎng)絡(luò)，是一種移動通信硬件結(jié)構(gòu)，稱為移動網(wǎng)絡(luò)。它涉及模擬蜂窩網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)借蜂窩網(wǎng)絡(luò)建立物理網(wǎng)發(fā)展的理念，基于社會產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程，把蜂窩網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為主要支撐。深化發(fā)展社會產(chǎn)業(yè)時更重視物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)事業(yè)呈現(xiàn)較好的發(fā)展機遇。同時，其發(fā)展要迎接嚴(yán)峻的考驗，與新時期物聯(lián)網(wǎng)的需求有效適應(yīng)。

目前，人們開始關(guān)注蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，一定程度提高了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，促進(jìn)了智慧城市與智慧生活建設(shè)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃基于無線網(wǎng)絡(luò)的支撐，為人與物、物與物連提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋，同步運行入網(wǎng)設(shè)備，支持網(wǎng)絡(luò)連接，減少網(wǎng)絡(luò)終端消耗，達(dá)到社會行業(yè)、公共事業(yè)、個人與家庭使用物聯(lián)網(wǎng)的要求。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃節(jié)省了成本，且在LPWA業(yè)務(wù)中應(yīng)用，聯(lián)系不同的業(yè)務(wù)類型，建立與之對應(yīng)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系。

2 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的分類

物聯(lián)網(wǎng)包括非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)與蜂窩物聯(lián)網(wǎng)兩種類型。首先，組網(wǎng)通信將傳感器作核心，把星型的簡單網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)看作通信載體，運行前提是獲取非授權(quán)頻譜支持。但其覆蓋面相對狹窄，只選擇兩級組網(wǎng)方案，對應(yīng)的配置發(fā)揮了輔助作用，提高了非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的維護(hù)與使用要求，但無法抵抗外界干擾，降低了信號在通信過程中的傳輸能力，威脅了傳輸?shù)姆€(wěn)定性。加之受限的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)市場難以形成一定規(guī)模，其中LoRa、Sigfox等短距離通信技術(shù)都代表了非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)突出了較強的覆蓋能力，降低了成本，且為超大連接的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供支撐，包含了NB-IoT與eMTC等，簡化了LTE。利用NB-IoT技術(shù)設(shè)計結(jié)構(gòu)時選擇200khz超級窄帶，把FDD作為工作結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，節(jié)省了建造成本，支持超大模式鏈接使用，小區(qū)內(nèi)部能重選，自身結(jié)構(gòu)無法提供模式和語音切換，這一物聯(lián)網(wǎng)的低速率業(yè)務(wù)方式與窄帶模式有效適應(yīng)。而eMTC是LTW寬帶，以FDD與TDD方式應(yīng)用，能轉(zhuǎn)換語音，NB-IoT與eMTC技術(shù)差異較大，存在互補業(yè)務(wù)。NB-IoT表現(xiàn)出極強的覆蓋能力，在電池續(xù)航方面優(yōu)勢明顯，通常在用戶低速率、無語音操作和低速移動場景內(nèi)運用。而eMTC的優(yōu)勢為用戶速率與移動性，在實時性與交互性的物聯(lián)業(yè)務(wù)中運用。

3 移動蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（NB-loT）無線組網(wǎng)規(guī)劃

3.1 NB-IoT頻率規(guī)劃

3.1.1 電信現(xiàn)有頻段

目前電網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)運行網(wǎng)絡(luò)包括2G/3G/4G，分別涉及四個授權(quán)頻段。

（1）800MHz頻段使用現(xiàn)狀

在室外與室內(nèi)實現(xiàn)覆蓋。目前承載的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)涉及CDMAIX、Do數(shù)據(jù)、FDD-LTE數(shù)據(jù)等，該頻段覆蓋功能良好，業(yè)務(wù)很多。

由圖1可知，NB-IoT在0.895MHz保護(hù)間隔的空閑狀態(tài)應(yīng)用。

圖1 電信 800MHz 頻段使用現(xiàn)狀

（2）1.8GHz頻段使用現(xiàn)狀

在室外實現(xiàn)覆蓋。主要承載FDD-LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對4G的覆蓋與容量統(tǒng)一處理。

由圖2可知，電信與聯(lián)通無保護(hù)帶間隔，聯(lián)系移動產(chǎn)生了500MHz保護(hù)帶。

在1.8GHz頻段，NB-IoT缺少可用的空閑頻段或保護(hù)帶。

（3）2.1CHz頻道使用現(xiàn)狀

對FDD-LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有效承載，之于4G發(fā)揮了容量層的作用。由圖3可知，電信、聯(lián)通和衛(wèi)星通信間無保護(hù)帶問題。

圖3 電信 2.1GHz 頻段使用現(xiàn)狀

（4）2.6GHz頻段使用現(xiàn)狀

應(yīng)用于室內(nèi)外特點的覆蓋。由TD-LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)構(gòu)成承載核心內(nèi)容，結(jié)合4G彰顯了容量分流層的功能。

3.1.2 選擇部署頻段

原則一：強化覆蓋，壓縮成本，事先采取低頻部署。

無線通訊嚴(yán)格遵守頻率規(guī)劃的“低頻做覆蓋、高頻做容量”的原則，在提高無線頻率過程中，減弱信號的繞射與穿透能力。800MHz與1.8GHz比較減少7dB，1.8GHz與2.1GHz比較減少1.4dB。聯(lián)系相關(guān)的測試數(shù)據(jù)，800M與2.1G穿透損耗形成大概2dB的差異。

基于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況分析，當(dāng)前與NB對應(yīng)的是800MHz、900MHz，明顯比1.8G、2.1GHz產(chǎn)業(yè)鏈慢，即終端、芯片與模組具備了低頻成本優(yōu)勢。

原則二：根據(jù)現(xiàn)有頻段，降低干擾現(xiàn)網(wǎng)的程度。

分析現(xiàn)有頻段時，根據(jù)各頻段所有的NB部署方式。其中保護(hù)間隔為空閑狀態(tài)的均利用單獨部署方式；而缺少保護(hù)帶的則僅用帶內(nèi)部署方式，影響了LTE網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)。

3.2 NB-IoT覆蓋規(guī)劃

（1）覆蓋規(guī)劃流程

具體涉及2個子流程，即鏈路預(yù)算和站點估算。

計算的對象為上行下，輸入?yún)?shù)滿足設(shè)計要求。計算發(fā)端EIRP，由收端無線入口接收的電平，兩者相減了解該路徑的最大損耗。根據(jù)傳播模型計算上下行小區(qū)半徑，對比中掌握小區(qū)半徑最小值。

站點估算子流程：計算單站覆蓋面積，為其提供站點數(shù)。

（2）選擇傳播模型

選擇傳播模型時要參考無線頻段、蜂窩結(jié)構(gòu)類型、架設(shè)基站高度。

（3）鏈路預(yù)算方法

鏈路預(yù)算是考察無線信號傳播途徑中的各個干擾因素，判斷系統(tǒng)的覆蓋能力，根據(jù)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)得到鏈路允許的最大傳播損耗，再根據(jù)傳播模型對小區(qū)半徑實現(xiàn)計算。

3.3 NB-IoT選址規(guī)劃

圍繞GSM改造、GSM/TD-LTE共戰(zhàn)建設(shè)，規(guī)劃站址為NBIoT的站點備選庫。在達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，最先選擇GSM 900M，依次選擇GSM 1800M、TD-LTE。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的前提下部署室分系統(tǒng)，避免在業(yè)務(wù)場景中進(jìn)行部署。

3.4 移動NB-IoT網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃應(yīng)用案例

（1）物聯(lián)網(wǎng)室外站規(guī)劃

地區(qū)GSM與LTE共有930個室外宏基站，其中GSM900 Mhz&1800Mhs室外宏基站為813個。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、站區(qū)間，優(yōu)化組合各項指標(biāo)。在NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)時選擇730個室外站指標(biāo)，按GSM站址1:1實行建設(shè)。

（2）物聯(lián)網(wǎng)室分覆蓋補盲

大型樓盤、小區(qū)與商業(yè)廣場內(nèi)GSM利用室分系統(tǒng)全面覆蓋，禁止采取有效覆蓋的宏基站址。結(jié)合共建設(shè)原則，通過室分系統(tǒng)達(dá)到NB-IoT覆蓋。按業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)選擇376個室分站，接近宏基站的一半數(shù)量。

4 結(jié)束語

綜合分析，企業(yè)規(guī)劃建設(shè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)的過程中，容易被各種外部因素干擾，與事前規(guī)劃的仿真操作對比，現(xiàn)實效果表現(xiàn)出巨大的差異，無形增加了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運營方的工作難度。為此，在規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)中，不斷優(yōu)化基站選址，仿真模擬現(xiàn)實操作，了解工作過程的各種難題，認(rèn)真做好準(zhǔn)備工作，從而提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)的水平。