移動蜂窩物聯網無線網絡規劃的探討

葉仕聰

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東廣州，510310）

0 引言

移動通信業務表現出持續擴大的特點，給網絡業務帶來巨大的挑戰，使人物、物物頻繁銜接。目前，物聯網發展促進了移動通信領域的持續創新。物聯網要求無線通信技術不斷優化功能，提高安全水平，升級覆蓋范圍。為此，物聯網應用NB-IoT技術，提高蜂窩網絡的建設效率。

1 蜂窩物聯網無線網絡規劃的意義

蜂窩物聯網來自蜂窩網絡，是一種移動通信硬件結構，稱為移動網絡。它涉及模擬蜂窩網絡與數字蜂窩網絡。蜂窩物聯網借蜂窩網絡建立物理網發展的理念，基于社會產業發展過程，把蜂窩網絡的物聯網系統作為主要支撐。深化發展社會產業時更重視物聯網，物聯網事業呈現較好的發展機遇。同時，其發展要迎接嚴峻的考驗，與新時期物聯網的需求有效適應。

目前，人們開始關注蜂窩物聯網無線網絡規劃，一定程度提高了物聯網產業的發展水平，促進了智慧城市與智慧生活建設。蜂窩物聯網無線網絡規劃基于無線網絡的支撐，為人與物、物與物連提供網絡覆蓋，同步運行入網設備，支持網絡連接，減少網絡終端消耗，達到社會行業、公共事業、個人與家庭使用物聯網的要求。蜂窩物聯網無線網絡規劃節省了成本，且在LPWA業務中應用，聯系不同的業務類型，建立與之對應的蜂窩物聯網技術體系。

2 蜂窩物聯網的分類

物聯網包括非蜂窩物聯網與蜂窩物聯網兩種類型。首先，組網通信將傳感器作核心，把星型的簡單網絡機構看作通信載體，運行前提是獲取非授權頻譜支持。但其覆蓋面相對狹窄，只選擇兩級組網方案，對應的配置發揮了輔助作用，提高了非蜂窩物聯網的維護與使用要求，但無法抵抗外界干擾，降低了信號在通信過程中的傳輸能力，威脅了傳輸的穩定性。加之受限的產業規模，導致物聯網市場難以形成一定規模，其中LoRa、Sigfox等短距離通信技術都代表了非蜂窩物聯網。蜂窩物聯網突出了較強的覆蓋能力，降低了成本，且為超大連接的物聯網系統提供支撐，包含了NB-IoT與eMTC等，簡化了LTE。利用NB-IoT技術設計結構時選擇200khz超級窄帶，把FDD作為工作結構，提高了網絡覆蓋能力，節省了建造成本，支持超大模式鏈接使用，小區內部能重選，自身結構無法提供模式和語音切換，這一物聯網的低速率業務方式與窄帶模式有效適應。而eMTC是LTW寬帶，以FDD與TDD方式應用，能轉換語音，NB-IoT與eMTC技術差異較大，存在互補業務。NB-IoT表現出極強的覆蓋能力，在電池續航方面優勢明顯，通常在用戶低速率、無語音操作和低速移動場景內運用。而eMTC的優勢為用戶速率與移動性，在實時性與交互性的物聯業務中運用。

3 移動蜂窩物聯網（NB-loT）無線組網規劃

3.1 NB-IoT頻率規劃

3.1.1 電信現有頻段

目前電網現網運行網絡包括2G/3G/4G，分別涉及四個授權頻段。

（1）800MHz頻段使用現狀

在室外與室內實現覆蓋。目前承載的網絡業務涉及CDMAIX、Do數據、FDD-LTE數據等，該頻段覆蓋功能良好，業務很多。

由圖1可知，NB-IoT在0.895MHz保護間隔的空閑狀態應用。

圖1 電信 800MHz 頻段使用現狀

（2）1.8GHz頻段使用現狀

在室外實現覆蓋。主要承載FDD-LTE數據業務，對4G的覆蓋與容量統一處理。

由圖2可知，電信與聯通無保護帶間隔，聯系移動產生了500MHz保護帶。

在1.8GHz頻段，NB-IoT缺少可用的空閑頻段或保護帶。

（3）2.1CHz頻道使用現狀

對FDD-LTE數據業務有效承載，之于4G發揮了容量層的作用。由圖3可知，電信、聯通和衛星通信間無保護帶問題。

圖3 電信 2.1GHz 頻段使用現狀

（4）2.6GHz頻段使用現狀

應用于室內外特點的覆蓋。由TD-LTE數據業務構成承載核心內容，結合4G彰顯了容量分流層的功能。

3.1.2 選擇部署頻段

原則一：強化覆蓋，壓縮成本，事先采取低頻部署。

無線通訊嚴格遵守頻率規劃的“低頻做覆蓋、高頻做容量”的原則，在提高無線頻率過程中，減弱信號的繞射與穿透能力。800MHz與1.8GHz比較減少7dB，1.8GHz與2.1GHz比較減少1.4dB。聯系相關的測試數據，800M與2.1G穿透損耗形成大概2dB的差異。

基于產業鏈發展情況分析，當前與NB對應的是800MHz、900MHz，明顯比1.8G、2.1GHz產業鏈慢，即終端、芯片與模組具備了低頻成本優勢。

原則二：根據現有頻段，降低干擾現網的程度。

分析現有頻段時，根據各頻段所有的NB部署方式。其中保護間隔為空閑狀態的均利用單獨部署方式；而缺少保護帶的則僅用帶內部署方式，影響了LTE網絡的品質。

3.2 NB-IoT覆蓋規劃

（1）覆蓋規劃流程

具體涉及2個子流程，即鏈路預算和站點估算。

計算的對象為上行下，輸入參數滿足設計要求。計算發端EIRP，由收端無線入口接收的電平，兩者相減了解該路徑的最大損耗。根據傳播模型計算上下行小區半徑，對比中掌握小區半徑最小值。

站點估算子流程：計算單站覆蓋面積，為其提供站點數。

（2）選擇傳播模型

選擇傳播模型時要參考無線頻段、蜂窩結構類型、架設基站高度。

（3）鏈路預算方法

鏈路預算是考察無線信號傳播途徑中的各個干擾因素，判斷系統的覆蓋能力，根據覆蓋標準得到鏈路允許的最大傳播損耗，再根據傳播模型對小區半徑實現計算。

3.3 NB-IoT選址規劃

圍繞GSM改造、GSM/TD-LTE共戰建設，規劃站址為NBIoT的站點備選庫。在達到規劃標準的基礎上，最先選擇GSM 900M，依次選擇GSM 1800M、TD-LTE。在物聯網發展的前提下部署室分系統，避免在業務場景中進行部署。

3.4 移動NB-IoT網絡規劃應用案例

（1）物聯網室外站規劃

地區GSM與LTE共有930個室外宏基站，其中GSM900 Mhz&1800Mhs室外宏基站為813個。根據網絡結構、站區間，優化組合各項指標。在NB-IoT物聯網建設時選擇730個室外站指標，按GSM站址1:1實行建設。

（2）物聯網室分覆蓋補盲

大型樓盤、小區與商業廣場內GSM利用室分系統全面覆蓋，禁止采取有效覆蓋的宏基站址。結合共建設原則，通過室分系統達到NB-IoT覆蓋。按業務標準選擇376個室分站，接近宏基站的一半數量。

4 結束語

綜合分析，企業規劃建設蜂窩網絡物聯網的過程中，容易被各種外部因素干擾，與事前規劃的仿真操作對比，現實效果表現出巨大的差異，無形增加了網絡建設運營方的工作難度。為此，在規劃網絡中，不斷優化基站選址，仿真模擬現實操作，了解工作過程的各種難題，認真做好準備工作，從而提高網絡規劃建設的水平。