NB-IoT主設備選擇方案及其優劣勢分析

王祖陽，楊傳祥

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，山東 濟南 250101）

NB-IoT主設備選擇方案及其優劣勢分析

王祖陽，楊傳祥

（中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，山東 濟南 250101）

NB-IoT具有大連接、廣覆蓋、低功耗、低成本的特點，備受各電信運營商關注。分析論述了物聯網業務分類及網絡接入技術要求、NB-IoT網絡融合演進趨勢、NB-IoT主設備及天饋建設方案，并重點對NB-IoT主設備選擇需要考慮的因素，不同NB-IoT主設備選擇方案及其優劣勢進行了分析，為相關工程建設提供參考。

NB-IoT 主設備選擇 網絡融合 GSM LTE FDD

1 引言

移動通信正在從人和人連接，向人與物以及物與物連接的領域邁進，萬物互聯的時代即將到來。萬物互聯創造了歷史新機遇，物聯時代的到來為電信運營商帶來新的市場空間。從行業發展規律來看，拓展連接范疇、創新連接應用是電信運營商最成熟和有效的發展模式。物聯網業務按速率可分為高、中、低三類，適用不同的無線接入技術去承載，如圖1所示。

根據專業分析機構預測，低速率需求將占據未來IoT連接數的60%以上，中速率約占30%，高速率連接僅占10%。對于多數電信運營商而言，傾向于選擇基于標準化組織制定的、使用授權頻段、覆蓋范圍廣、蜂窩體制的物聯網技術。具體而言，對于車聯網、視頻監控、遠程醫療等高速率物聯接入場景，選擇4G/4.5G/5G技術實現接入；中等速率需求的物聯接入場景，選擇eMTC技術實現接入；未來預期規模最大的廣域、低功耗、低速、低移動性物聯網市場業務（LPWA），選擇NB-IoT技術實現接入。

圖1 物聯網業務分類及網絡接入技術要求

2016年6月，NB-IoT、eMTC主要標準已凍結，國內外各大運營商物聯網建設步伐明顯加快，物聯網產業鏈也不斷成熟，快速發展。為實現“大連接”戰略，搶占物聯網新興市場，中國移動已根據業務發展需要適時啟動了物聯網技術路線選擇、技術試驗等前期準備工作。中國移動目前沒有LTE FDD運營牌照和網絡，NB-IoT物聯網建設只能采用新建的方式，而無法采用基于LTE FDD網絡的直接升級方案。2016年4月工信部已允許運營商基于現有2G網絡頻率開展物聯網業務。對于中國移動而言，新建NB-IoT系統雖然不受是否有FDD牌照的影響，但仍需提前考慮應對NB-IoT與未來LTE FDD網絡協同建設及演進等問題。此外，對具體建設方式上的一些問題，如NB-IoT系統主設備的選擇（是基于現網2G主設備升級/替換升級還是基于現網4G主設備新建）、工作頻點選擇與GSM頻率重耕策略、天饋建設方案等必須提前規劃和落實。本文將重點對NB-IoT主設備選擇方案及其優劣勢進行分析。網絡共存。從本質上看，可以認為NB-IoT是一種某些方面做了簡化和改進的LTE FDD技術。對無線側而言，NB-IoT與LTE FDD可共用硬件平臺，NB-IoT系統可由LTE FDD系統軟件升級建成，同樣，新建NB-IoT系統可以為LTE FDD系統做出功能預留。NB-IoT、LTE FDD無線網可以被看作是同一個物理網絡上實現的兩個邏輯網絡。此外，適用于中等速率需求的物聯場景的eMTC技術實際上可以基于LTE FDD或TD-LTE網絡軟件平滑升級建設，兩種建設方式實現難度差別不大，但是建網成本、網絡覆蓋效果差別會較大。考慮到中國移動目前TD-LTE網絡工作頻段較高，如果通過TD-LTE網絡軟件平滑升級建設eMTC系統，則會面臨著建網成本高、深度覆蓋效果不理想等問題，因此，中國移動選擇不采用基于TD-LTE網絡軟件平滑升級方式建設eMTC系統，而是采用基于LTE FDD網絡軟件平滑升級建設eMTC系統。另一方面，TD-LTE與LTE FDD融合組網是未來LTE網絡建設的趨勢。隨著4G網絡進一步發展和GSM網絡承載負荷的降低，中國移動未來將已有的GSM頻率資源翻頻用于LTE FDD網絡建設將成為趨勢。因此，中國移動即將啟動的NBIoT物聯網規劃建設必須放眼未來網絡演進，提前考慮與未來的LTE FDD、eMTC、TD-LTE與LTE FDD融合、5G網絡建設等協同，做到未雨綢繆。NB-IoT建設及網絡融合演進路線如圖2所示。

NB-IoT包含了頻段內（In-Band）、保護頻段

2 NB-IoT融合演進的必然性分析

圖2 NB-IoT建設及網絡融合演進路線

NB-IoT支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被稱作低功耗廣域網（LPWA），是萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-IoT具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構優等特點。NB-IoT使用License頻段，上下行的頻率帶寬僅為200 kHz，可采取帶內、保護帶或獨立載波等三種部署方式與現有（Guard-Band）和獨立（Stand-alone）三種部署場景。In-Band和Guard-Band都是使用LTE的載波來進行數據傳輸，其中In-Band是使用LTE載波內的PRB傳輸，Guard-Band是使用LTE載波內的保護頻段進行傳輸。這兩種部署場景適合利用現網LTE網絡頻段進行部署，可以使頻譜資源利用率高度最大化，但同時也存在與LTE網絡的共存問題，如與LTE網絡之間的干擾規避、射頻指標配置等。因此需著重考慮對LTE系統的兼容性問題。Stand-alone不使用LTE頻段傳輸，獨占頻譜資源進行數據傳輸，因此不存在與現有LTE系統的共存問題，適合運營商進行NB-IoT網絡快速部署。

3 NB-IoT主設備選擇及建設方案分析

理論上分析，NB-IoT主設備選擇可以有多種方案，既可以與現有2G、3G網絡主設備綁定，也可以與4G網絡主設備綁定。考慮到中國移動的3G網絡是TDD制式，無法直接升級支持NB-IoT，故將重點對基于2G或4G網絡主設備綁定的NB-IoT主設備選擇進行分析對比。

（1）方案一：NB-IoT主設備與現有2G網絡主設備綁定。由于LTE FDD同GSM采用相同的頻段，因此具備共用射頻模塊和天線的條件。故可通過升級GSM的方式支持NB-IoT/LTE FDD建設，實現快速建設，并最大限度利用現有GSM網絡資源的目的。此方式下，原有GSM R R U設備需支持平滑升級，RRU剩余功率要足夠滿足多個系統的功率需求。與現有2G網絡主設備綁定的NB-IoT具體建設方式主要包括現網GSM直接升級、部分新建、替換新建三種，其主要判別標準如下：RRU利舊原有設備，則為直接升級方案；在利舊原有一個單通道RRU的基礎上，又新增一個新的單通道RRU則為部分新建；替換原有不支持升級的老舊設備，新增RRU或BBU+RRU則為替換新建方案。其中，GSM直接升級方案需要新增FDD基帶板、GPS同步源、LTE傳輸設備，具體如圖3所示。

GSM直接升級方案、部分新建方案、替換新建方案的綜合對比如圖4所示。

（2）方案二：NB-IoT主設備與現有4G網絡主設備綁定。不考慮現網GSM主設備廠家情況，采用與現網TD-LTE 4G主設備相同的廠家來新建NB-IoT主設備。具體建設方案分為：

圖3 GSM直接升級建設方案

圖4 GSM升級方案對比

◆如果與TD-LTE同站址，則采用與TD-LTE共BBU機框，新增FDD BBU基帶板、新增RRU及配套光纖、天線等的方案，如圖5所示。

◆如果與TD-LTE非同站址，則新增本區域內廠家的BBU、RRU、天線等，相對于TD-LTE同站址的情況，需要新增BBU、GPS及其天饋配套等。

4 不同NB-IoT主設備選擇方案優劣勢分析

◆NB-IoT主設備與現有2G網絡主設備綁定的優勢能共用部分現網GSM設備機框、RRU、天饋線系統等，節約了天面資源，且可避免合路器損耗，工程實施便捷，可最大化利舊現有GSM網絡資源。

圖5 基于4G網絡主設備綁定的建設方案

◆NB-IoT主設備與現有2G網絡主設備綁定的劣勢

升級方案可能會受現網設備支持能力限制。根據調研統計數據顯示，現網GSM中支持升級的RRU設備比例并不高，僅有百分之十幾。另有約20%左右的RRU盡管支持升級，卻因為是單通道RRU，需要另外新增一個單通道RRU雙拼來實現2T2R能力，工程投資及工程實施復雜性隨之增加。此外，現網GSM RRU功率能否滿足多系統共用也是制約能否實現升級的一個重要因素。根據測算，GSM RRU預留給NB-IoT/LTE FDD使用的功率至少應達到2×40 W/20 MHz以上。現網升級方案與GSM系統共天饋，不僅天饋無法獨立調整，而且由于GSM網絡異頻組網（網絡結構相對較差），會對NBIoT/LTE FDD網絡布局帶來不利的影響。

◆NB-IoT主設備與現有4G網絡主設備綁定的優勢

可以繼承TD-LTE網絡整改的優秀成果。TD-LTE網絡在規劃部署時充分考慮了同頻干擾問題，排除了超高站、超近站，調整了天線方位角、俯仰角等工參，網絡結構化布局較為合理，NB-IoT/LTE FDD選擇TD-LTE站址可以繼承TD-LTE網絡整改的優秀成果。對于與TD-LTE同廠家的新建站，可進行LTE FDD/TDD深度的融合組網，能夠有效利用FDD/TDD制式間CA等新技術；對于與TD-LTE同廠家的新建站，聯合網優網管較同GSM共廠家簡單，容易實現。此外，未來可以反向替換現有的功耗較大的老舊GSM設備，實現網絡綜合效益最大化，基于4G網絡主設備綁定的建設方案及GSM反向更新示意圖如圖6所示。

◆NB-IoT主設備與現有4G網絡主設備綁定的劣勢

工程實施難度大，需新建天饋，部署周期長，不能有效利用已有GSM網絡資源。如果反向更新替換GSM老舊設備，需要新增BSC設備，同時，還要考慮新、舊GSM設備覆蓋邊緣交匯處的不同廠家設備無線參數的配合問題。

5 結束語

圖6 基于4G網絡主設備綁定的建設方案及GSM反向更新

隨著萬物互聯時代的到來以及移動通信網絡的不斷演進發展，NB-IoT網絡建設成為中國移動近期工程建設的一個重點內容。根據中國移動網絡現狀與網絡牌照的實際情況，中國移動將采用面向LTE FDD 900 MHz目標網，一步規劃、分步建設NB-IoT/LTE FDD/eMTC網絡的策略。為了兼顧眼前利益和長遠利益，NB-IoT/LTE FDD主設備的選擇不僅要考慮當下工程建設的便捷性、工程投資、建設難度等，還要考慮未來網絡融合演進可能帶來的影響，然后再綜合考慮已有2G網絡設備投資的最大化保護與面向未來的網絡質量保證。從系統演進、融合發展、未來網絡架構角度看，NB-IoT主設備選擇采用與4G主設備同廠家的方案，對網絡性能、用戶感知的提升更為有利。此外，結合NB-IoT網絡工程建設，著眼未來完成現網能耗較大的GSM老舊設備替換，對于中國移動綠色節能減排工作將會有很大的促進作用。

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NB-IoT Main Equipment Selection Scheme and Analysis of its Advantages and Disadvantages

WANG Zuyang, YANG Chuanxiang
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Jinan 250101, China)

NB-IoT is featured by massive connectivity, broad coverage, low power consumption and low cost, attracting the attention of telecommunication operators. The service classi fi cation and technical requirements of network access for IoT, the integrated evolution trend of NB-IoT, as well as the main equipment and antenna feeder solution of NBIoT were analyzed and discussed. The factors of NB-IoT main equipment selection to be considered were addressed.Different NB-IoT main equipment selection schemes and the advantages and the disadvantages were analyzed to provide the reference to the corresponding engineering construction.

NB-IoT main equipment selection network integration GSM LTE FDD

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.21.012

TN929.5

A

1006-1010(2017)21-0058-06

王祖陽,楊傳祥. NB-IoT主設備選擇方案及其優劣勢分析[J]. 移動通信, 2017,41(21): 58-63.

2017-06-24

文竹 liuwenzhu@mbcom.cn

王祖陽：教授級高級工程師，碩士畢業于解放軍武漢通信學院，現任職于中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，主要從事移動通信網絡規劃設計工作。

楊傳祥：高級工程師，學士畢業于南京郵電大學，現任職于中國移動通信集團設計院有限公司山東分公司，主要從事移動通信網絡規劃設計工作。