物聯(lián)小站在閉塞環(huán)境下的方案可行性研究

盧 真，唐樂(lè)暉，何毅剛，曾 鳴

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司湖南分公司，長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

近年來(lái)，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的積極推動(dòng)下，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展。各大運(yùn)營(yíng)商為滿足市場(chǎng)發(fā)展需求、應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、把握未來(lái)發(fā)展機(jī)遇，助力“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”、“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國(guó)制造2025”等國(guó)家戰(zhàn)略，均將物聯(lián)網(wǎng)作為重要切入點(diǎn)。

NB-IoT作為一種典型的低功耗廣域（LPWA）物聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，能夠較好的解決遠(yuǎn)程抄表、智能停車(chē)等時(shí)延、速率要求低的業(yè)務(wù)，即使在5G時(shí)代，NB-IoT仍將作為L(zhǎng)PWA業(yè)務(wù)的主要承載網(wǎng)絡(luò)。

1 物聯(lián)小站的必要性分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑物的復(fù)雜性不斷增加，而運(yùn)營(yíng)商的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)主要由宏站組成，覆蓋手段單一，無(wú)法全量解決NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問(wèn)題，尤其是閉塞環(huán)境（如地下樓層），NBIoT網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)法支撐業(yè)務(wù)開(kāi)展。

面對(duì)無(wú)處不在的LPWA業(yè)務(wù)發(fā)展要求，考慮NB-IoT業(yè)務(wù)單個(gè)接入終端收益低的特性，新建物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)分布系統(tǒng)已無(wú)法滿足運(yùn)營(yíng)商投資效益化的要求。為兼顧投資效益、施工難度、覆蓋效果等多方面因素，物聯(lián)小站應(yīng)運(yùn)而生。

2 物聯(lián)小站的覆蓋方案

物聯(lián)小站組網(wǎng)拓?fù)淙缦拢?/p>

圖1 物聯(lián)小站組網(wǎng)拓?fù)鋱D

物聯(lián)小站采用無(wú)線回傳方式，回傳支持2/3/4G，降低物聯(lián)小站傳輸配套投資。考慮回傳通信系統(tǒng)為上行受限系統(tǒng)，小站的回傳模塊在發(fā)射功率和天線增益方面作出一定幅度的提升，最大程度保障回傳可靠。

按照回傳采用TD-LTED頻段，結(jié)合COST-231Hata傳播模型進(jìn)行分析，物聯(lián)小站回傳模塊發(fā)射功率23dBm，天線增益8dBi，發(fā)射和接收天饋損耗5dB，基站天線增益17dBi，基站接收靈敏度-93dBm，則最大傳播損耗值為136dB，最大回傳距離達(dá)0.51公里。鑒于城區(qū)4G站間距約為0.3公里，可認(rèn)定回傳將不會(huì)成為系統(tǒng)瓶頸。

3 業(yè)務(wù)接入能力分析

物聯(lián)小站的業(yè)務(wù)接入能力與建設(shè)成本緊密相關(guān)，為準(zhǔn)確測(cè)算設(shè)備的接入半徑，考慮在極端工作狀態(tài)下，NB-IoT系統(tǒng)采用3.75kHz子載波帶寬，系統(tǒng)接收機(jī)靈敏度-130dBm，通信頻段900MHz，NB-IoT終端發(fā)射功率10dBm，天線增益3dBi，發(fā)射和接收天饋損耗3dB，采用奧村模型計(jì)算可知物聯(lián)小站覆蓋半徑如下：

以下是與物聯(lián)小站不同距離的測(cè)試情況，結(jié)果與測(cè)算基本吻合。

表1 物聯(lián)小站理論覆蓋半徑

表2 物聯(lián)小站測(cè)試情況

綜上，物聯(lián)小站既能滿足一定閉塞空間范圍的信號(hào)覆蓋要求，也能滿足NB-IoT業(yè)務(wù)接入指標(biāo)要求。

4 投資效益分析

根據(jù)設(shè)備采購(gòu)情況和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析傳統(tǒng)DAS室內(nèi)分布系統(tǒng)和物聯(lián)小站獨(dú)立組網(wǎng)方案的投資情況。DAS室分系統(tǒng)在主設(shè)備費(fèi)、其他費(fèi)、傳輸配套等方面投資均遠(yuǎn)超物聯(lián)小站方案，物聯(lián)小站在節(jié)省投資方面存在明顯優(yōu)勢(shì)。

表3 室內(nèi)組網(wǎng)方案投資對(duì)比

按照覆蓋面積20000平米，每物聯(lián)終端年度租費(fèi)30元，終端接入數(shù)量400進(jìn)行測(cè)算，物聯(lián)小站方案下0.83年即可收回建設(shè)成本并實(shí)現(xiàn)盈利，而傳統(tǒng)DAS方案則需要8.75年。

以下是關(guān)于兩種室內(nèi)組網(wǎng)方案和用戶規(guī)模下，每線接入終端成本對(duì)比：

圖2 室內(nèi)組網(wǎng)方式的戶均投資對(duì)比

5 物聯(lián)小站規(guī)模建設(shè)中需關(guān)注的問(wèn)題

（1）為便于后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)，要求物聯(lián)小站設(shè)備接入現(xiàn)有網(wǎng)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀況、流量分析等監(jiān)控。

（2）為保證物聯(lián)小站的回傳質(zhì)量，回傳模塊的天線應(yīng)盡量部署于信號(hào)覆蓋良好的環(huán)境中。

（3）對(duì)于部署在室外的小站器件，應(yīng)同步做好防雷接地工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

在“降本增效”的行業(yè)壓力下，物聯(lián)小站為運(yùn)營(yíng)商提供了一個(gè)NB-IoT業(yè)務(wù)低本高效的解決手段。經(jīng)實(shí)踐證明，物聯(lián)小站完全能承擔(dān)閉塞環(huán)境下的NB-IoT業(yè)務(wù)接入的重任。