900 MHz NB-IoT無線網絡基站城區部署方案研究

王照宇，張 萌（.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州450007；.鄭州市經濟技術開發區建設局，河南鄭州450007）

1 概述

近年來，物聯網產業鏈進入高速發展階段，全球運營商都在積極推進物聯網基站的建設。2017年6月，工信部發布了《關于全面推進移動物聯網（NBIoT）建設發展的通知》，提出基礎電信企業要加大NBIoT網絡部署力度，提供良好的網絡覆蓋和服務質量，全面增強NB-IoT接入支撐能力。到2020年，NB-IoT網絡實現全國普遍覆蓋，面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋，基站規模達到150萬個。

NB-IoT網絡通過提高功率譜密度、發送重復和上行Inter-site CoMP等方式實現覆蓋能力的提高。通過路損模型可知，NB-IoT 900 MHz網絡較GSM 900 MHz網絡能提升13～23 dB的無線信號覆蓋能力，其與現有的2G、3G、4G無線網絡覆蓋能力都不同。目前，多家運營商都在進行NB-IoT基站部署建設工作，如何基于現有站址資源合理規劃部署NB-IoT 900 MHz基站，對于NB-IoT 900 MHz基站的站址規劃具有重要意義。

2 NB-IoT 900 MHz基站仿真

2.1 NB-IoT 900 MHz部署頻段

中國聯通900 MHz頻段的頻譜資源為909～915/954～960 MHz，去掉95號保護頻點，可用頻點為29個，本次研究的NB-IoT無線網絡部署主要利用123和124號頻點中間的0.2 MHz，部署NB-IoT 900 MHz基站。

2.2 NB-IoT 900 MHz鏈路預算

在Standalone部署方式下，采用Okumura-Hata模型，在典型穿透損耗基礎上，考慮NB-IoT室內及地下室的覆蓋需求，同時增加額外的10 dB深度損耗，對NB-IoT 900 MHz覆蓋性能進行理論計算，得到密集城區、普通城區、郊區、農村場景的NB-IoT 900 MHz理論覆蓋半徑。詳見表1。

表1 N900鏈路預算覆蓋能力

根據鏈路計算結果，在密集城區場景，滿足99%覆蓋率情況下，NB-IoT 900 MHz頻段覆蓋半徑為670 m；普通城區場景，滿足99%覆蓋率情況下，NB-IoT 900MHz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站址規劃

本文基于A市市區G900基站的站址，初步規劃部署N900基站。基于G900全覆蓋的站址，1∶1組網就是NB-IoT站點與G900全覆蓋的站點全部共站部署。1∶N（N＞1）組網就是從N個G900的站點中選擇1個站點與NB-IoT站點共站部署。按照1∶1、1∶2、1∶3分別規劃N900站點，詳細的各方案規模對比如表2所示。

2.4 仿真結果

利用Atoll仿真軟件，對按照1∶2和1∶3方案初步規劃的N900基站進行RSRP覆蓋仿真，驗證N900基站規劃方案的覆蓋效果。仿真采用20 m精度的數字地圖，Okumura Model傳播模型，穿透1堵外墻考慮穿損為20 dB，1堵內墻考慮穿損為10 dB，共考慮穿透1堵外墻和2堵內墻，穿透損耗共40 dB。RSRP小于-121 dBm定義為弱覆蓋。各區域仿真結果見表3。

表2 各方案規模對比

表3 各方案RSRP仿真結果

根據仿真結果，按照N900與G900 1∶3方案，A市市區主城區的N900網絡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。

3 NB-IoT 900 MHz實驗網單站覆蓋測試

3.1 樓宇室內測試

鎖頻1號實驗網基站，對周邊的高層住宅小區內的水表箱內外信號覆蓋進行驗證測試，該小區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、高層水表箱內外進行測試。從測試結果情況分析，NB測試設備在水表箱內對信號大約衰減10 dB左右，N900信號整體覆蓋較好，在距基站500 m的水表箱內，信號強度最低為-102.3 dBm，可滿足業務要求。詳細的測試數據如表4所示。

3.2 室外路測

鎖頻2號實驗網基站，采用手持測試終端的方式，對該站點的3個小區，分別進行路測分析。第1小區的路測平均RSRP為-67.09 dBm，SINR為27.12 dB，在距離該小區最遠610 m處，RSRP為-85 dBm；第2小區路測平均RSRP為-70.12 dBm，SINR為29.47 dB，在距離該小區最遠580 m處，RSRP為-84 dBm；第3小區的路測平均RSRP為-77.37 dBm，SINR為29.37 dB，在距離該小區最遠930 m處，RSRP為-104 dBm。

表4 N900單站覆蓋測試結果

按照室內穿透1堵外墻（每堵20 dB穿透損耗）、2堵內墻（每堵10 dB穿透損耗）估算，只有在路測信號為-80 dBm的時候，室內信號為-120 dBm，才能夠滿足業務要求。從路測結果分析，在距離小區主瓣380 m的位置，信號為-80 dBm左右。

4 NB-IoT 900 MHz連片覆蓋測試

在N900連片覆蓋區域內選取2個N900基站，分別測試區域內距離N900基站遠、中、近點覆蓋情況。由于L1800基站較密，且部分樓宇已進行室分覆蓋，因此部分區域L1800的信號強度高于N900，當測試點接收到的N900信號和L1800不是同物理站址時，不進行信號強度對比分析。測試結果如表5～表6所示。

表5 A基站N900與L1800覆蓋對比測試

表6 B基站N900與L1800覆蓋對比測試

從測試結果可以看出，在近點處，N900信號都能夠覆蓋到地下一層，在中點處N900信號能夠覆蓋到部分地下一層，無法覆蓋到地下二層，在遠點處N900信號能夠覆蓋到地上建筑物內，無法覆蓋到地下一層。詳細的測試結論如表7所示。

5 結論

綜合NB-IoT 900 MHz網絡仿真、單站測試、連片覆蓋測試的結果，要完善密集市區NB-IoT 900 MHz網絡的連續連片深度覆蓋，使其能夠覆蓋到室內水表和地下一層停車場，NB-IoT 900 MHz基站的單站覆蓋范圍應在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。在站點規劃時，首要選擇布局層的基站作為N900的備選站，同時結合N900的站間距，選擇站高適中的補盲層基站進行補充。

表7 N900連片覆蓋測試結果

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，一定程度上會影響N900網絡性能，在部署N900網絡時，需要對干擾較大的小區進行排查，并結合底躁干擾的大小，靈活調整N900的站間距。

NB-IoT 900 MHz網絡與傳統的2G、3G、4G蜂窩網絡不同，是一張針對物聯網業務的獨立的網絡，相關業務無法回落到2G、3G、4G網絡上，需要新增獨立的基站主設備，或對U900分布式基站設備進行升級改造。結合N900實驗網在前期工程部署實施方面的經驗，在主設備選型方面，可結合2G的退網策略，在G1800退網的區域，有G900的站點，選擇GN900 SDR設備對老舊G900設備進行替換，利舊原900 MHz天線；無G900的站點，新增GN900 SDR設備，可將WCD?MA天線替換為多端口高低頻獨立電調天線，G900、N900、U2100共用天線部署，補充2G的覆蓋空洞，減少施工難度。在G900退網的區域，新增N900的設備，可將WCDMA天線替換為多端口高低頻獨立電調天線，N900和U2100共用天線部署。有U900的站點，采用軟件升級的方式，利舊原900 MHz天線部署。

由于部分小區N900的覆蓋方向和3G、4G的覆蓋區域不同，無法和原3G、4G系統共天線部署，需要獨立新增900 MHz天線部署。