NB-IoT室內覆蓋解決方案探討

中國移動通信集團設計院有限公司|馬穎 鄧安達 馬向辰

進行蜂窩物聯網NB-IoT建設時，考慮到滿足多種業務需求，需要關注NB-IoT室外覆蓋室內的實際效果，并根據信號覆蓋情況選擇合理的室內覆蓋解決方案。

隨著萬物互聯時代即將到來，蜂窩物聯網的關注度持續提升，NB-IoT作為LPWA技術之一，覆蓋能力強、終端功耗低，能夠較好地支持廣度、深度覆蓋要求高、電池續航要求高的業務，與eMTC一起成為5G mMTC方向的備選技術。

覆蓋增強功能是NB-IoT的基本功能，NB-IoT分配資源的顆粒是5kHz，終端200mW的功率在5kHz的帶寬上發送，通過窄帶收發技術可獲得更高的功率譜密度（PSD）增益，上行3.75kHz相比LTE可獲得17dB增益，相比GSM可獲得7dB增益。此外，NB-IoT通過重傳技術可獲得額外的9～12dB(8～16次重傳)的覆蓋增益。因此，NB-IoT相比GSM、LTE等具有20dB以上的覆蓋能力，其深度覆蓋能力不容忽視。從理論上來說，這意味著對于室內覆蓋，NB-IoT能夠多穿透1～2堵墻，部署在墻內或地下室的物聯網設備不需要額外的站點加密就能獲得良好覆蓋。

物聯網的業務類型非常豐富，一些業務類型比如智能抄表類等對于室內深度覆蓋要求非常高，因此進行蜂窩物聯網NB-IoT建設時，考慮到滿足多種業務需求，需要關注NB-IoT室外覆蓋室內的實際效果，并根據信號覆蓋情況選擇合理的室內覆蓋解決方案。

NB-IoT室外覆蓋室內測試分析

根據NB-IoT組網測試某城市針對室外覆蓋室內的測試驗證結果（見表1），95%覆蓋概率時，密集城區含地下場景的RSRP可達-104dBm。SINR方面，95%覆蓋概率時，含地下場景的SINR約為-9.5dB。

通過室內遍歷測試，中、遠點地上部分存在無法覆蓋區域，地下室無論近、中、遠點，都容易出現受限。具體見表2。

室內定點測試結果表明，大部分近點、中點物業點和地上場景能獲得良好覆蓋，但在遠點和地下場景都存在無法覆蓋的點。

NB-IoT室內外同頻組網方案分析

根據目前的900MHz頻率重耕計劃，需要清除953.1MHz至954MHz之間的頻率為NB-IoT所用。NB-IoT SA模式可能有兩種組網方式，分別為同頻組網和異頻組網。頻率資源緊張時可使用同頻組網，以單載波為主，未來有更多頻率資源和業務需求時可擴容至雙載波；頻率資源富裕情況下，可異頻組網，未來容量需求增大時需要調整為雙載頻。

以下簡要分析NB-IoT室內外同頻組網時的系統性能。

一是NB-IoT室分覆蓋強度。參考GSM室分設計要求最低-85dBm，實際部署中由于預留了余量，大多數GSM900M室分的覆蓋水平都在-70dBm至-75dBm以上。根據GSM與NB-IoT發射功率的差異（43-32=11dB），可得出NB-IoT的RSRP為-81～86dBm。

表1 NB-IoT室外覆蓋室內RSRP及SINR測試總體情況

表2 NB-IoT室外覆蓋室內遍歷測試情況

二是室外NB-IoT宏站覆蓋到室內的強度。根據規劃指標要求，室外宏站RSRP應達到-84dBm左右，假設一堵建筑物外墻穿透損耗10dB，這時室外宏站在室內的覆蓋強度為-94dBm（最靠外墻宏站近點位置），假設兩堵建筑物外墻穿透損耗16dB，這時室外宏站在室內的覆蓋強度為-100dBm（靠宏站中點位置）。

三是由此估算下行業務信道的SINR。穿透一堵建筑物靠外墻位置（宏站近點）SINR約為8～13dB，穿透兩堵墻位置（宏站中點）SINR約為14～19dB。

根據以上分析，NB-IoT室內外同頻組網時，SINR值均在合理范圍內，不會影響業務性能。

結合表3 NB-IoT的實際測試結果，室內外同頻組網時的SINR指標相比異頻組網，CDF曲線50%的差值為0.1dB，5%的差值為3.8dB，也證明室內外同異頻對室分的SINR影響并不嚴重。由此可初步認為，NB-IoT室內外同頻組網方案基本可行。

NB-IoT室內覆蓋解決方案

NB-IoT建網初期，由于物聯網業務量低，主要滿足廣覆蓋要求，結合規模組網測試室外覆蓋室內的驗證結果，原則上NB-IoT宏站可滿足初期業務需求，但是抄表類、電梯、地下場景均有覆蓋不佳的情況，如果業務需求明確需通過建設室分解決信號覆蓋。

因此，對于有明確NB-IoT業務需求的室分場景，優先采用室外宏站覆蓋室內；如果宏站無法覆蓋，則應考慮部署NB-IoT室分系統。各類型樓宇場景的NB-IoT室內覆蓋方案可參考表4。

其中，針對室外覆蓋室內信號較差，需建設室分基站的場景，分以下幾種情況考慮。

一是樓宇內原有DAS。當GSM900M與NB-IoT設備同廠家時，GSM900M室分信源支持升級的設備直接升級，NBIoT與GSM 900M室分信號共端口輸出；GSM900M室分信源不支持升級的設備，考慮到NB-IoT與GSM 900M分別輸出信號需要先合路會有3dB的損耗，因此建議優先替換為支持NB-IoT的RRU，NBIoT與GSM 900M室分信號共端口輸出。當GSM900M與NB-IoT設備異廠家時，增加NB-IoT信源與GSM 900M信號先通過電橋合路，再輸入到合路器900M端口，此種方式產生3dB的損耗，對于原有GSM900M室分覆蓋可能帶來一定的影響。當無GSM900M室分信源時，新增支持NB-IoT的信源RRU，NB-IoT信號饋入原有室分系統。

表3 室內外同異頻組網SINR值比較

表4 樓宇場景NB-IoT室內覆蓋方案

二是樓宇內原有分布式皮飛基站各主設備廠家分布式皮飛基站支持NB-IoT時間都相對較晚，預計2018年中以后可支持。現有網絡中部署的分布式皮飛基站大部分需替換pRRU，由此帶來的工程量相對大，實施也相對復雜。

物聯網業務飛速發展，許多未知的業務類型可能在將來層出不窮，NB-IoT網絡初期應根據業務需求滿足初步的室外及室內覆蓋需求，未來隨著業務需求不斷增長，NB-IoT室內覆蓋方案不僅需要解決覆蓋，也會更多關注容量需求，同時蜂窩物聯網發展初期設備類型較單一，后期隨著設備類型的豐富，也應適時地因地制宜調整解決方案。