NB-IoT室内覆盖解决方案探讨

中国移动通信集团设计院有限公司|马颖 邓安达 马向辰

进行蜂窝物联网NB-IoT建设时，考虑到满足多种业务需求，需要关注NB-IoT室外覆盖室内的实际效果，并根据信号覆盖情况选择合理的室内覆盖解决方案。

随着万物互联时代即将到来，蜂窝物联网的关注度持续提升，NB-IoT作为LPWA技术之一，覆盖能力强、终端功耗低，能够较好地支持广度、深度覆盖要求高、电池续航要求高的业务，与eMTC一起成为5G mMTC方向的备选技术。

覆盖增强功能是NB-IoT的基本功能，NB-IoT分配资源的颗粒是5kHz，终端200mW的功率在5kHz的带宽上发送，通过窄带收发技术可获得更高的功率谱密度（PSD）增益，上行3.75kHz相比LTE可获得17dB增益，相比GSM可获得7dB增益。此外，NB-IoT通过重传技术可获得额外的9～12dB(8～16次重传)的覆盖增益。因此，NB-IoT相比GSM、LTE等具有20dB以上的覆盖能力，其深度覆盖能力不容忽视。从理论上来说，这意味着对于室内覆盖，NB-IoT能够多穿透1～2堵墙，部署在墙内或地下室的物联网设备不需要额外的站点加密就能获得良好覆盖。

物联网的业务类型非常丰富，一些业务类型比如智能抄表类等对于室内深度覆盖要求非常高，因此进行蜂窝物联网NB-IoT建设时，考虑到满足多种业务需求，需要关注NB-IoT室外覆盖室内的实际效果，并根据信号覆盖情况选择合理的室内覆盖解决方案。

NB-IoT室外覆盖室内测试分析

根据NB-IoT组网测试某城市针对室外覆盖室内的测试验证结果（见表1），95%覆盖概率时，密集城区含地下场景的RSRP可达-104dBm。SINR方面，95%覆盖概率时，含地下场景的SINR约为-9.5dB。

通过室内遍历测试，中、远点地上部分存在无法覆盖区域，地下室无论近、中、远点，都容易出现受限。具体见表2。

室内定点测试结果表明，大部分近点、中点物业点和地上场景能获得良好覆盖，但在远点和地下场景都存在无法覆盖的点。

NB-IoT室内外同频组网方案分析

根据目前的900MHz频率重耕计划，需要清除953.1MHz至954MHz之间的频率为NB-IoT所用。NB-IoT SA模式可能有两种组网方式，分别为同频组网和异频组网。频率资源紧张时可使用同频组网，以单载波为主，未来有更多频率资源和业务需求时可扩容至双载波；频率资源富裕情况下，可异频组网，未来容量需求增大时需要调整为双载频。

以下简要分析NB-IoT室内外同频组网时的系统性能。

一是NB-IoT室分覆盖强度。参考GSM室分设计要求最低-85dBm，实际部署中由于预留了余量，大多数GSM900M室分的覆盖水平都在-70dBm至-75dBm以上。根据GSM与NB-IoT发射功率的差异（43-32=11dB），可得出NB-IoT的RSRP为-81～86dBm。

表1 NB-IoT室外覆盖室内RSRP及SINR测试总体情况

表2 NB-IoT室外覆盖室内遍历测试情况

二是室外NB-IoT宏站覆盖到室内的强度。根据规划指标要求，室外宏站RSRP应达到-84dBm左右，假设一堵建筑物外墙穿透损耗10dB，这时室外宏站在室内的覆盖强度为-94dBm（最靠外墙宏站近点位置），假设两堵建筑物外墙穿透损耗16dB，这时室外宏站在室内的覆盖强度为-100dBm（靠宏站中点位置）。

三是由此估算下行业务信道的SINR。穿透一堵建筑物靠外墙位置（宏站近点）SINR约为8～13dB，穿透两堵墙位置（宏站中点）SINR约为14～19dB。

根据以上分析，NB-IoT室内外同频组网时，SINR值均在合理范围内，不会影响业务性能。

结合表3 NB-IoT的实际测试结果，室内外同频组网时的SINR指标相比异频组网，CDF曲线50%的差值为0.1dB，5%的差值为3.8dB，也证明室内外同异频对室分的SINR影响并不严重。由此可初步认为，NB-IoT室内外同频组网方案基本可行。

NB-IoT室内覆盖解决方案

NB-IoT建网初期，由于物联网业务量低，主要满足广覆盖要求，结合规模组网测试室外覆盖室内的验证结果，原则上NB-IoT宏站可满足初期业务需求，但是抄表类、电梯、地下场景均有覆盖不佳的情况，如果业务需求明确需通过建设室分解决信号覆盖。

因此，对于有明确NB-IoT业务需求的室分场景，优先采用室外宏站覆盖室内；如果宏站无法覆盖，则应考虑部署NB-IoT室分系统。各类型楼宇场景的NB-IoT室内覆盖方案可参考表4。

其中，针对室外覆盖室内信号较差，需建设室分基站的场景，分以下几种情况考虑。

一是楼宇内原有DAS。当GSM900M与NB-IoT设备同厂家时，GSM900M室分信源支持升级的设备直接升级，NBIoT与GSM 900M室分信号共端口输出；GSM900M室分信源不支持升级的设备，考虑到NB-IoT与GSM 900M分别输出信号需要先合路会有3dB的损耗，因此建议优先替换为支持NB-IoT的RRU，NBIoT与GSM 900M室分信号共端口输出。当GSM900M与NB-IoT设备异厂家时，增加NB-IoT信源与GSM 900M信号先通过电桥合路，再输入到合路器900M端口，此种方式产生3dB的损耗，对于原有GSM900M室分覆盖可能带来一定的影响。当无GSM900M室分信源时，新增支持NB-IoT的信源RRU，NB-IoT信号馈入原有室分系统。

表3 室内外同异频组网SINR值比较

表4 楼宇场景NB-IoT室内覆盖方案

二是楼宇内原有分布式皮飞基站各主设备厂家分布式皮飞基站支持NB-IoT时间都相对较晚，预计2018年中以后可支持。现有网络中部署的分布式皮飞基站大部分需替换pRRU，由此带来的工程量相对大，实施也相对复杂。

物联网业务飞速发展，许多未知的业务类型可能在将来层出不穷，NB-IoT网络初期应根据业务需求满足初步的室外及室内覆盖需求，未来随着业务需求不断增长，NB-IoT室内覆盖方案不仅需要解决覆盖，也会更多关注容量需求，同时蜂窝物联网发展初期设备类型较单一，后期随着设备类型的丰富，也应适时地因地制宜调整解决方案。