物联小站在闭塞环境下的方案可行性研究

卢 真，唐乐晖，何毅刚，曾 鸣

（中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司，长沙 410000）

0 引言

近年来，在物联网产业链的积极推动下，物联网业务蓬勃发展。各大运营商为满足市场发展需求、应对市场竞争、把握未来发展机遇，助力“网络强国”、“互联网+”和“中国制造2025”等国家战略，均将物联网作为重要切入点。

NB-IoT作为一种典型的低功耗广域（LPWA）物联通信网络，能够较好的解决远程抄表、智能停车等时延、速率要求低的业务，即使在5G时代，NB-IoT仍将作为LPWA业务的主要承载网络。

1 物联小站的必要性分析

随着经济的发展，建筑物的复杂性不断增加，而运营商的NB-IoT网络主要由宏站组成，覆盖手段单一，无法全量解决NB-IoT网络的覆盖问题，尤其是闭塞环境（如地下楼层），NBIoT网络信号无法支撑业务开展。

面对无处不在的LPWA业务发展要求，考虑NB-IoT业务单个接入终端收益低的特性，新建物联网室内分布系统已无法满足运营商投资效益化的要求。为兼顾投资效益、施工难度、覆盖效果等多方面因素，物联小站应运而生。

2 物联小站的覆盖方案

物联小站组网拓扑如下：

图1 物联小站组网拓扑图

物联小站采用无线回传方式，回传支持2/3/4G，降低物联小站传输配套投资。考虑回传通信系统为上行受限系统，小站的回传模块在发射功率和天线增益方面作出一定幅度的提升，最大程度保障回传可靠。

按照回传采用TD-LTED频段，结合COST-231Hata传播模型进行分析，物联小站回传模块发射功率23dBm，天线增益8dBi，发射和接收天馈损耗5dB，基站天线增益17dBi，基站接收灵敏度-93dBm，则最大传播损耗值为136dB，最大回传距离达0.51公里。鉴于城区4G站间距约为0.3公里，可认定回传将不会成为系统瓶颈。

3 业务接入能力分析

物联小站的业务接入能力与建设成本紧密相关，为准确测算设备的接入半径，考虑在极端工作状态下，NB-IoT系统采用3.75kHz子载波带宽，系统接收机灵敏度-130dBm，通信频段900MHz，NB-IoT终端发射功率10dBm，天线增益3dBi，发射和接收天馈损耗3dB，采用奥村模型计算可知物联小站覆盖半径如下：

以下是与物联小站不同距离的测试情况，结果与测算基本吻合。

表1 物联小站理论覆盖半径

表2 物联小站测试情况

综上，物联小站既能满足一定闭塞空间范围的信号覆盖要求，也能满足NB-IoT业务接入指标要求。

4 投资效益分析

根据设备采购情况和网络建设经验，对比分析传统DAS室内分布系统和物联小站独立组网方案的投资情况。DAS室分系统在主设备费、其他费、传输配套等方面投资均远超物联小站方案，物联小站在节省投资方面存在明显优势。

表3 室内组网方案投资对比

按照覆盖面积20000平米，每物联终端年度租费30元，终端接入数量400进行测算，物联小站方案下0.83年即可收回建设成本并实现盈利，而传统DAS方案则需要8.75年。

以下是关于两种室内组网方案和用户规模下，每线接入终端成本对比：

图2 室内组网方式的户均投资对比

5 物联小站规模建设中需关注的问题

（1）为便于后期运营维护，要求物联小站设备接入现有网管平台，实现设备运营状况、流量分析等监控。

（2）为保证物联小站的回传质量，回传模块的天线应尽量部署于信号覆盖良好的环境中。

（3）对于部署在室外的小站器件，应同步做好防雷接地工作。

6 结束语

在“降本增效”的行业压力下，物联小站为运营商提供了一个NB-IoT业务低本高效的解决手段。经实践证明，物联小站完全能承担闭塞环境下的NB-IoT业务接入的重任。