摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展，以NB-IoT為代表的低功耗廣覆蓋技術(shù)越來越受 到業(yè)界的關(guān)注。首先對(duì)城區(qū)場景的NB-IoT 900 MHz基站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真，分析站址部署方案。再對(duì)NB-IoT 900 MHz實(shí)驗(yàn)網(wǎng)基站進(jìn)行單站覆蓋測(cè)試和路測(cè)，分析單站覆蓋范圍。最后對(duì)NB-IoT 900 MHz基站進(jìn)行連片覆蓋測(cè)試，綜合分 析在城區(qū)場景下，合理的NB-IoT 900 MHz基站部署方案。

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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(dòng)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(gè)。

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(hào)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(duì)于NB-IoT 900 MHz基站的站址規(guī)劃具有重要意義。

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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(hào)保護(hù)頻點(diǎn)，可用頻點(diǎn)為29個(gè)，本次研究的NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)部署主要利用123和124號(hào)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(shí)增加額外的 10 dB 深度損耗，對(duì)NB-IoT 900 MHz覆蓋性能進(jìn)行理論計(jì)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(jì)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 900 MHz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。基于 G900 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(gè) G900的站點(diǎn)中選擇 1個(gè)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(duì)比如表2所示。

表2 各方案規(guī)模對(duì)比

2.4 仿真結(jié)果

利用 Atoll 仿真軟件，對(duì)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。

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

3.1 樓宇室內(nèi)測(cè)試

鎖頻 1 號(hào)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)基站，對(duì)周邊的高層住宅小區(qū)內(nèi)的水表箱內(nèi)外信號(hào)覆蓋進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)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(cè)試。

從測(cè)試結(jié)果情況分析，NB測(cè)試設(shè)備在水表箱內(nèi)對(duì)信號(hào)大約衰減10 dB左右，N900信號(hào)整體覆蓋較好，在距基站500 m的水表箱內(nèi)，信號(hào)強(qiáng)度最低為-102.3 dBm，可滿足業(yè)務(wù)要求。詳細(xì)的測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 N900單站覆蓋測(cè)試結(jié)果

3.2 室外路測(cè)

鎖頻2號(hào)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)基站，采用手持測(cè)試終端的方式，對(duì)該站點(diǎn)的 3 個(gè)小區(qū)，分別進(jìn)行路測(cè)分析。第 1 小區(qū)的路測(cè)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(cè)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(cè)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。

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(cè)信號(hào)為-80 dBm的時(shí)候，室內(nèi)信號(hào)為-120 dBm，才能夠滿足業(yè)務(wù)要求。從路測(cè)結(jié)果分析，在距離小區(qū)主瓣 380 m的位置，信號(hào)為-80 dBm左右。

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NB-IoT 900 MHz連片覆蓋測(cè)試

在 N900 連片覆蓋區(qū)域內(nèi)選取 2 個(gè) N900 基站，分別測(cè)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(hào)強(qiáng)度高于 N900，當(dāng)測(cè)試點(diǎn)接收到的N900信號(hào)和L1800不是同物理站址時(shí)，不進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比分析。測(cè)試結(jié)果如表5~表6所示。

表5 A基站N900與L1800覆蓋對(duì)比測(cè)試

表6 B基站N900與L1800覆蓋對(duì)比測(cè)試

從測(cè)試結(jié)果可以看出，在近點(diǎn)處，N900 信號(hào)都能夠覆蓋到地下一層，在中點(diǎn)處N900信號(hào)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(hào)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(cè)試結(jié)論如表7所示。

表7 N900連片覆蓋測(cè)試結(jié)果

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結(jié)論

綜合 NB-IoT 900 MHz 網(wǎng)絡(luò)仿真、單站測(cè)試、連片覆蓋測(cè)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(shí)，首要選擇布局層的基站作為 N900 的備選站，同時(shí)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。

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(huì)影響N900網(wǎng)絡(luò)性能，在部署N900網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要對(duì)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(duì)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)?U900 分布式基站設(shè)備進(jìn)行升級(jí)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(duì)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WCDMA 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(jí)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。