某地区NB-IoT网络部署方案探讨

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

某地区NB-IoT网络部署方案探讨

刘方森，王建

（中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

本文对NB-IoT技术的频段的选取、组网方式、基站建设方式、部署区域选取等进行分析，选择适合本地区的部署策略；通过覆盖能力分析、仿真分析，对比不同的NB-IoT网络部署方案，作为后续NB-IoT网络部署的参考。

NB-IoT；覆盖预测；仿真分析

1 引言

NB-IoT具备4大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20 dB，覆盖面积扩大100倍；二是具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元。

NB-IoT技术采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计，以牺牲一定速率、时延、移动性性能，获取面向LWPA物联网的承载能力。另外NB-IoT的200 kHz带宽，易于2G网络腾频和升级支持，同时子载波采用15/3.75 kHz(与LTE子载波相同或1/4)，可以独立部署，也可以与LTE共载波部署。NB-IoT初步满足大连接要求，未来还可以进一步升级满足5G需求，成为未来5G的一部分。

2 NB-IoT部署策略选择

2.1 频率的选取

在频点选择上，应优先考虑覆盖需求，积极选用已有的最低频段。另外，NB-IoT的200 kHz带宽，易于2G网络腾频和升级支持，同时子载波采用15/3.75 kHz (与LTE子载波相同或1/4)，可以独立部署。

NB-IoT的覆盖能力优于GSM900约20 dB，建议使用GSM900的频点部署NB-IoT网络。

在考虑覆盖需求的同时，需要选取的频点尽可能的规避干扰、满足向FDD演进的需求。

具体频点选取有3种方式，如图1所示。

方案1：与GSM-R紧邻频，易对铁通产生干扰，铁路周边不可采用此频点。

方案2：易被电信CDMA800干扰，随着GSM设备抗阻塞能力提升，及电信新设备入口，该干扰将逐渐弱化。

方案3：GSM900下行五阶互调落入接收频段，高频段受其影响更大，随着天馈老化，互调问题将逐渐凸显。

图1 频点选取

另外，方案2在向FDD演进过程中受限更少。因此从“选取的频点尽可能的规避干扰、满足向FDD演进的需求”这两方面因素考虑，NB-IoT频点的选取应选择方案2。

若后续移动FDD Refarming 10 MHz+5 MHz双载波，剩余4.5 MHz给GSM与NB-IoT，GSM选用S222载频配置，NB-IoT可以支持2～3个200 kHz载波。因此在方案2基础上，建议NB-IoT频点部署建议从934.2-938.7 MHz选取。

2.2 频率组网方式

NB-IoT组网方式主要有3种：Standalone、Guard band、In-band。

方式1，Standalone：与LTE无关或在LTE带宽之外配置载波。

方式2，Guard band：将NB-IoT载波配置置于LTE保护带内。

方式3，In-band：将NB-IoT载波配置于LTE带内。

选用方式1，Standalone进行NB-IoT组网建设，物联网单小区容量更大、更容易减少与已有（或未来）LTE系统建的干扰。

2.3 基站建设方式

升级：基于现有设备进行升级；新建：新增一套系统和天馈，对新增系统储备新能力，使其支持GSM+ NB+FDD或NB+FDD。图2为基站建设方式。

对于升级方式，主要采用GSM现有基站升级建设NB-IoT网络。根据现网GSM基站类型，非宽带功放的不能升级、集中式（射频板在机架内）的不适合升级，分布式基站适合升级同时面临后续FDD演进的任务。因此，升级方式主要带来的的工程量有：新增/替换、利旧天馈系统，增加RRU，新增主控板和基带板，部分基站需要增加传输和时钟。

采用升级建设NB-IoT网络的优点是建设速度快，但缺点同样显著：现网大量存量基站不支持NBIoT直接升级，需要替换升级。

对于新建方式，主要增加工程量与新建一个LTE基站类似，但要考虑到NB-IoT与TDL网络建设间的关系：同厂家可共BBU部署NB-IoT网络。采用新建的方式优点是完全可以不影响已有的GSM网络，可独立进行网络优化和调整。缺点就是投资相对较大。

从长远角度考虑，建议新建。

2.4 区域部署策略

方案1，建设普遍的薄网，重点覆盖城市，农村按需确定覆盖区域，按照GSM网覆盖水平进行规模测算，提供相对普遍的接入业务。

方案2，分区域建设，进行大规模企业厂区覆盖以及智慧城市建设等。

方案3，分小区建设。表1为区域部署策略对比分析。

由于NB-IoT的覆盖能力优于GPRS约20 dB，基于现有的2G基站布局进行站点选取，不建议方案3，短期推荐方案2，长期推荐方案1。

3 某地区NB-IoT网络规划

网络规划应满足覆盖和容量的需求，并在此基础上制定规划指标。规划指标应包含RSRP、SINR、平均速率、边缘速率等关键指标，但目前还未有统一的标准。NB-IoT单小区可接入5万终端，在业务发展初期，网络容量不是问题，因此本文主要基于覆盖对某地区NB-IoT网络规划进行探讨。

图2 基站建设方式

表1 区域部署策略对比分析

3.1 覆盖能力对比分析

通过发射功率、接收电平等关键信息容易计算出不同制式间的最大传输路损如表2所示。

表2 最大路损计算

Okumura-Hata模型适用于150-1 500 MHz，欧洲研究委员会传播模型小组建议，根据Okumura-Hata模型，利用一些修正项使频率覆盖范围从1 500 MHz扩展到2 000 MHz（本文中，选择性参考扩展至900 MHz与2 600 MHz），覆盖能力计算如下所示：

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

PL：路径损耗；

F：频率，单位MHz

频率的差异如表3所示。

此外，NB-IoT（900 MHz）与TDDLTE（1900 MHz）相比，NB-IoT不具备TDD制式引入的智能天线技术等关键技术，损失了一定的波束赋形增益等特性。

考虑到NB-IoT（900 MHz）应具备更高的深度覆盖要求（穿透两堵墙或三堵墙）。因此在仿真对比指标上，可以将NB-IoT设置为优于TDD-LTE（1 900 MHz）系统25 dB（最大路损优25 dB、频率相关的路径损耗优11 dB、频率相关的穿透损耗优3 dB、智能天线相关劣4 dB、穿透多堵墙的要求劣10 dB）。

表3 频率的差异

3.2 仿真分析

选取某市区核心城区（密集城区高传损区域）作为本次NB-IoT部署区域，面积约为4 810 000 m2，区域内已建设LTE宏基站399处，平均站距373 m，LTE覆盖优良，如表4所示。

方案1：本区域内选取位置相对理想、站距分布相对均匀的104处基站作为本区域NB-IoT部署方案1，平均站距约为731 m。仿真结果分析显示：NB-IoT连续覆盖水平与LTE覆盖水平相当（考虑到NB-IoT穿透多堵墙的能力，其深度覆盖水平还是要优于LTE的）。

图3为本区域LTE覆盖仿真结果。

方案2：在方案1的基础上，选取30处基站作为本区域NB-IoT部署方案1，平均站距约为1 361 m。仿真结果分析显示：方案2中的NB-IoT满足95%覆盖率的指标要求（覆盖率达96.2%），但覆盖效果与方案1相比差距显著。

表4 方案规划仿真面积与规划基站数

图3 本区域LTE覆盖仿真结果

图4 NB-IoT部署方案1仿真结果

图4为NB-IoT部署方案1仿真结果。图5为NBIoT部署方案2仿真结果。

图5 NB-IoT部署方案2仿真结果

3.3 小结

选取某市区核心城区（密集城区高传损区域）作为本次NB-IoT部署区域：

方案1使用现网26%的LTE站址（平均站距731 m），在仿真过程中尽可能的延续了现网LTE网络的公参，实现了LTE同覆盖水平。

方案2使用了现网8%的站址（平均站距1 361 m），在规划仿真过程中需优化基站布局、覆盖方向角及天线下倾角，在多次调整优化的基础上实现了95%的覆盖目标。

4 结束语

NB-IoT网络部署将是中国移动未来5G网络的重要组成部分，也是下一步网络部署的重点。目前面临建设方式不明确、覆盖指标不明确等各类难题。本文在NBIoT网络部署初期，简单的认为“网络容量不是问题，主要满足覆盖需求”的基础上，对比分析了不同的规划方案的覆盖仿真效果，可作为后续NB-IoT网络规划的参考。

[1] 沈嘉，索士强，全海洋，等. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2008.

[2] 肖清华, 杨春德, 张堃. TD-LTE覆盖能力综合分析[J]. 邮电设计技术, 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