LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期部署小基站容量問題研究

吳偉 劉宇 李虓江

【摘要】 本文結(jié)合LTE宏微組網(wǎng)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，重點(diǎn)探討在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期引入小基站對LTE網(wǎng)絡(luò)容量的影響以及其解決措施。

【關(guān)鍵詞】 小基站 網(wǎng)絡(luò)容量 宏微組網(wǎng) 干擾

一、引言

隨著2013年底國內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營牌照的正式發(fā)放，國內(nèi)三大移動通信運(yùn)營商相繼開始LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。與國外新興移動通信運(yùn)營商不同，國內(nèi)運(yùn)營商均擁有基本覆蓋全國的2G/3G移動通信網(wǎng)絡(luò)，因此必然選擇在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

國內(nèi)現(xiàn)有2G/3G網(wǎng)絡(luò)普遍使用中低頻段，但國內(nèi)4G網(wǎng)絡(luò)所使用的頻段普遍較高。如中國移動的4G網(wǎng)絡(luò)使用頻段以2.3G/2.6G等為主，中國電信和中國聯(lián)通的4G網(wǎng)絡(luò)使用頻段以1.8G/2.1G/2.3G/2.6G等為主。4G網(wǎng)絡(luò)的高頻段組網(wǎng)必然導(dǎo)致4G站間距小于2G/3G網(wǎng)絡(luò)，4G網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)規(guī)模則會大于2G/3G網(wǎng)絡(luò)。因此到了4G時(shí)代，國內(nèi)運(yùn)營商在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上建設(shè)4G網(wǎng)時(shí)就面臨現(xiàn)有2G/3G基站站址資源不足的問題。這也成為制約運(yùn)營商快速建設(shè)覆蓋良好的4G網(wǎng)絡(luò)的重要因素之一。

基于以上分析，在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，運(yùn)營商對完善4G網(wǎng)絡(luò)末梢覆蓋、提升用戶體驗(yàn)方面需求會非常急迫。小功率基站的出現(xiàn)為運(yùn)營商提供了一個(gè)有效解決這個(gè)問題的辦法。但與此同時(shí)，每個(gè)運(yùn)營商可用的4G網(wǎng)絡(luò)頻點(diǎn)資源有限，在某些情況下小基站勢必與宏站同頻組網(wǎng)；加之在目前運(yùn)營商采用的LTE網(wǎng)絡(luò)R9版本中，控制宏站和小基站之間干擾的異構(gòu)網(wǎng)相關(guān)參數(shù)尚不能使用。故若小基站部署不當(dāng)將對整個(gè)4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，如何在不影響網(wǎng)絡(luò)整體質(zhì)量的前提下，針對實(shí)際情況完善4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果、提升用戶體驗(yàn)，是本文的主要研究內(nèi)容。

二、小基站介紹

2.1 小基站概念

3GPP協(xié)議將無線基站分為大功率站和小功率站兩大類，其中大功率站功放功率一般在10W以上，小功率站功放功率一般在10W以下。本文中將大功率站簡稱為宏站，將小功率站簡稱為小基站。

目前國內(nèi)尚無小基站定義的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。按設(shè)備形態(tài)分類，小基站可分為一體化小基站和小型RRU。一體化小基站的設(shè)備含有基帶和射頻單元，具有基站的完整功能，可直連LTE核心網(wǎng)。小型RRU的設(shè)備僅含有射頻單元，需與BBU相連實(shí)現(xiàn)基站功能，不能直接連接LTE核心網(wǎng)。

按小基站的發(fā)射功率，還可將小基站分為瓦級產(chǎn)品（1w-10w）和毫瓦級產(chǎn)品（100mw-500mw）兩類。

2.2 小基站部署優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

從工程建設(shè)層面和技術(shù)層面綜合分析，小基站部署的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：

1.快速部署：小基站體積小，大多內(nèi)置天線，安裝方便?？赏ㄟ^SON技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行快速部署，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)盲和提升容量和小區(qū)邊緣速率的目的。

2.節(jié)省投資：小基站集成度高，對站址配套要求相對較低，可有效降低單站的綜合造價(jià)。

由上可見，小基站主要用于解決中小范圍的覆蓋盲區(qū)或弱區(qū)，滿足一定容量和業(yè)務(wù)速率的無線寬帶接入需求，同時(shí)可降低建設(shè)成本、建設(shè)周期和維護(hù)難度。

在小基站部署中所可能遇到的挑戰(zhàn)主要集中在干擾方面。當(dāng)宏站和小基站同頻組網(wǎng)時(shí)，宏站和小基站之間的干擾有可能對網(wǎng)絡(luò)性能和質(zhì)量帶來負(fù)面影響。根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)版本升級到R10/R11版本，同時(shí)開啟小區(qū)擴(kuò)展、eICIC等關(guān)鍵技術(shù)后才能有效控制和規(guī)避這類干擾問題，而目前這些關(guān)鍵技術(shù)的成熟度和有效性尚待網(wǎng)絡(luò)版本升級后進(jìn)行現(xiàn)場驗(yàn)證。

三、現(xiàn)場測試及分析

通過在真實(shí)場景下實(shí)地搭建測試環(huán)境，可深入研究和評估小基站的引入對4G網(wǎng)絡(luò)整體容量的影響程度，據(jù)此總結(jié)分析在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中使用小基站所需要注意的一些問題，從而進(jìn)一步指導(dǎo)4G網(wǎng)絡(luò)順利建設(shè)。

現(xiàn)場測試中采用了一體化小基站設(shè)備，最大發(fā)射功率5W，工作在1.8G頻段，MIMO工作方式為2x2，設(shè)備內(nèi)置11dBi定向天線，天線掛高約15米，主要覆蓋周圍幾幢3-6層的居民樓，距離最近宏站約300米左右。

3.1 小基站開啟前后網(wǎng)絡(luò)容量對比

通過測試發(fā)現(xiàn)，雖然有同頻干擾的影響，小基站開啟以后宏微混合組網(wǎng)的上下行總?cè)萘烤玫揭欢ǔ潭鹊奶嵘?。此外，通過測試數(shù)據(jù)表明，小基站開啟后宏站覆蓋范圍內(nèi)的上下行容量均出現(xiàn)不同程度的下降（圖3）。主要原因是其受到了來自小基站的同頻干擾而導(dǎo)致下行容量下降。同時(shí)由于受到小基站中UE的同頻干擾，導(dǎo)致宏站的上行容量也下降。

3.2 小基站開啟前后定點(diǎn)吞吐量對比

針對宏微邊界處存在的同頻干擾以及由此引起部分區(qū)域內(nèi)性能下降的問題，在宏微基站覆蓋交疊區(qū)域內(nèi)的一段路線上依次選取5個(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行CQT測試，據(jù)此分析評估宏微干擾對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。這5個(gè)測試點(diǎn)中“測試點(diǎn)1”、“測試點(diǎn)2”靠近宏站，“測試點(diǎn)5”靠近小基站，“測試點(diǎn)3”和“測試點(diǎn)4”在小基站配置為5W的情況下，接收到的宏站信號和小基站信號強(qiáng)度基本相當(dāng)，處于兩個(gè)基站的覆蓋交疊區(qū)域。（圖4）

（1）下行吞吐量性能測試：

通過分析測試數(shù)據(jù)可見，小基站開啟以后小基站的近中點(diǎn)（測試點(diǎn)4，5）的吞吐量有所提升，但宏站的遠(yuǎn)點(diǎn)（測試點(diǎn)2，3）由于受到了同頻干擾的影響而導(dǎo)致其吞吐量有所下降。小基站下行發(fā)射功率越大，宏站遠(yuǎn)點(diǎn)的SINR和下行吞吐量的下降幅度越明顯。測試數(shù)據(jù)表明，小基站的引入使得覆蓋區(qū)域內(nèi)下行吞吐量平均提升近一半，邊緣平均提升約1.5倍多。

（2）上行吞吐量性能測試：

上行吞吐量的變化主要取決于到達(dá)歸屬扇區(qū)的路徑損耗的差異。通過測試發(fā)現(xiàn)，小基站近中點(diǎn)位置處上行吞吐量提升明顯，且小基站配置功率越大則這種吞吐量的提升幅度越明顯。當(dāng)小基站配置為5W時(shí)，小基站近點(diǎn)處的上行吞吐量提升約為小基站關(guān)閉時(shí)的2.5倍多。而當(dāng)小基站配置為1W時(shí)，這種上行吞吐量的提升幅度僅為20%左右。

四、小結(jié)

小基站在運(yùn)營商LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期確實(shí)是解決宏基站末梢覆蓋陰影，有效提升覆蓋區(qū)域內(nèi)覆蓋和容量的有效手段，但同時(shí)也會在宏微之間引入一定的同頻干擾，使得在宏微覆蓋交疊區(qū)域內(nèi)的宏站受到同頻干擾而導(dǎo)致其上下行方向的容量下降。因此，在實(shí)際的組網(wǎng)過程中，需要通過精細(xì)控制小基站的功率、掛高、天線增益等參數(shù)來控制宏微組網(wǎng)交疊區(qū)間的大小，若使用不當(dāng)則有可能對整體LTE網(wǎng)絡(luò)性能造成負(fù)面影響。據(jù)此，結(jié)合文中的測試數(shù)據(jù)和分析，提出如下小基站室外應(yīng)用場景建議：

1、室外小基站主要針對室外200米范圍內(nèi)弱覆蓋或無覆蓋區(qū)域，且與周邊宏站信號間存在有較好隔離的區(qū)域。比如主要應(yīng)用于居民區(qū)內(nèi)底層（由于建筑物阻擋等原因?qū)е戮用駞^(qū)底層小范圍覆蓋不好的區(qū)域）、中小型街道（市區(qū)中較窄的街道或弄堂小巷）、小范圍室外休閑場所（室外小面積的咖啡廳、游樂場、社區(qū)健身區(qū)）等區(qū)域覆蓋。

2、對于一些開放環(huán)境如城市主干道、廣場、公同等，當(dāng)小基站與宏站同頻部署時(shí)，有可能面臨難以控制的干擾情況，導(dǎo)致切換失敗、速率下降等問題，故這些場景下不建議選用小基站設(shè)備進(jìn)行覆蓋。