居民小區(qū)場景4G網(wǎng)絡室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方式研究

崔波，李木榮，彭湘衡，楊一帆（中國移動通信集團設計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

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居民小區(qū)場景4G網(wǎng)絡室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方式研究

崔波，李木榮，彭湘衡，楊一帆
（中國移動通信集團設計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

摘 要本文介紹了居民小區(qū)場景特點，通過對居民小區(qū)場景覆蓋方式進行綜合技術評估，優(yōu)先推薦采用傳統(tǒng)同軸室內(nèi)分布系統(tǒng)和室外微蜂窩相結合的室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方案，實現(xiàn)該場景下的信號有效覆蓋。

關鍵詞居民小區(qū)；覆蓋方式；室內(nèi)外協(xié)同

數(shù)據(jù)業(yè)務大部分發(fā)生在室內(nèi)，大部分用戶的覆蓋投訴也來自室內(nèi)，室內(nèi)覆蓋是打造4G優(yōu)質網(wǎng)絡的建設重點。隨著4G網(wǎng)絡的快速部署，網(wǎng)絡建設重點由廣度向深度轉變，室內(nèi)覆蓋建設力度將繼續(xù)不斷加大，居民小區(qū)場景也將是室內(nèi)覆蓋建設的一個廣泛而重要的場景。

居民小區(qū)4G無線網(wǎng)室內(nèi)建設如何在遵循精需求、重協(xié)同、分場景、細改造、強管理的要求下，針對室內(nèi)復雜環(huán)境進行分析，結合場景特點，綜合考慮多種技術手段，選擇合理的覆蓋方式，實現(xiàn)高質高效的室內(nèi)覆蓋，是一個值得探討的課題。

本文主要介紹居民小區(qū)場景特點，通過對居民小區(qū)場景下覆蓋方式進行綜合技術評估，優(yōu)先推薦采用傳統(tǒng)同軸室內(nèi)分布系統(tǒng)和微蜂窩相結合的室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方案，實現(xiàn)該場景下的信號有效覆蓋。

1 場景特點

居民小區(qū)場景具有以下特點：人口比較密集，通信時間也相對集中，室內(nèi)用戶對通信的需求較大，對容量和通信質量要求高；建筑密集，排列比較規(guī)則，無線信號容易受遮擋，衰減嚴重；隨著居民環(huán)保意識的增強，在居民區(qū)內(nèi)一般無法建設宏蜂窩基站；室內(nèi)分布系統(tǒng)一般無法深入到居民區(qū)內(nèi)部建設，容易出現(xiàn)覆蓋盲區(qū)，特別是高層、停車場和電梯；部分居民小區(qū)環(huán)境比較封閉。

根據(jù)居民小區(qū)場景的具體特點，可將小區(qū)建筑物分為高層小區(qū) （10層以上建筑）、多層/中高層小區(qū) （4 ～9層建筑）、別墅區(qū)和低矮住宅區(qū)（4層以下建筑）。居民小區(qū)的信號覆蓋應結合以上場景特點和建筑物分類情況合理選擇建設方案。

2 覆蓋方式選擇

2.1 常見覆蓋方式分類

根據(jù)覆蓋技術特點、設備類型、設備形態(tài)、場景應用等不同，針對室內(nèi)場景的典型覆蓋方式分類如圖1所示。

2.2 居民小區(qū)場景下覆蓋方式評估

居民小區(qū)場景下如何選擇合適的覆蓋方式將從四大維度進行評估：系統(tǒng)評估、建設評估、運維評估、技術評估。

其中系統(tǒng)評估包含覆蓋效力和系統(tǒng)穩(wěn)定性兩項內(nèi)容，占總體評估性能的權值分別為25％、20％；建設評估包含施工影響和建設成本兩項內(nèi)容，占總體評估性能的權值分別為10％、15％；運維評估包含監(jiān)控能力和運維難度兩項內(nèi)容，占總體評估性能的權值分別為5％、5％；技術評估包含多制式支持能力、網(wǎng)絡演進與擴容能力、產(chǎn)品成熟度3項內(nèi)容，占總體評估性能的權值分別為5％、5％、10％。

以5分制作為評估手段，分別對每種覆蓋方式的每項評估內(nèi)容進行打分，數(shù)值越大代表該項評估越好，加權求和后得到每種覆蓋方式的總體推薦度。通過專家訪談，針對居民小區(qū)場景的具體評估情況如表1所示。

傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)縱深覆蓋能力強，信號覆蓋均勻，性能穩(wěn)定，造價相對較低，對于物業(yè)敏感度不高的居民小區(qū)建議優(yōu)先采用此方案。泄漏電纜分布系統(tǒng)信號由外向內(nèi)覆蓋，但居民小區(qū)通常內(nèi)部隔斷較多，信號縱深覆蓋能力弱，內(nèi)部覆蓋效果較差。變頻分布系統(tǒng)覆蓋效果同傳統(tǒng)雙路同軸電纜分布系統(tǒng)，可有效減少天線、饋線、功分器、耦合器等無源器件的使用量，但居民小區(qū)尤其是地下室及電梯多建設單流分布系統(tǒng)，器件布放分散，不建議優(yōu)選此方案。光纖分布系統(tǒng)相比傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)，線纜易于布放，遠端單元可直接放裝或外接天線，有效減少傳輸損耗，施工簡單，但多系統(tǒng)支持能力一般，建設成本相對較高，常用于密集居民小區(qū)。室內(nèi)蜂窩覆蓋施工簡單、傳輸損耗小，對于小面積覆蓋場景建設成本低，但多系統(tǒng)支持能力不足，在居民小區(qū)中使用造價成本高，產(chǎn)品成熟度有待進一步提升。微蜂窩覆蓋相比室內(nèi)分布系統(tǒng)信號縱深覆蓋能力稍弱，施工簡單、建設成本低，當前產(chǎn)品應用越來越多，常與室內(nèi)分布系統(tǒng)協(xié)同使用。Relay作為現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)信號的覆蓋延伸，無需機房、傳輸及GPS，只需電源配套即可開通，但僅支持4G網(wǎng)絡，無法同時解決2G、3G的網(wǎng)絡覆蓋和容量需求，產(chǎn)品成熟度需進一步提升。

圖1 室內(nèi)覆蓋方式分類

表1 居民小區(qū)場景下覆蓋方式評估

綜上，本場景覆蓋方式優(yōu)先推薦采用傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)、微蜂窩、光纖分布系統(tǒng)、室內(nèi)蜂窩等方式，但是由于物業(yè)點現(xiàn)場條件限制，采用以上單一覆蓋方式未必能保證網(wǎng)絡信號質量，因此本文推薦采用室內(nèi)外協(xié)同方式保證居民小區(qū)室內(nèi)信號的良好覆蓋。

3 室內(nèi)外協(xié)同建設手段

3.1 室內(nèi)站覆蓋手段

室內(nèi)站覆蓋優(yōu)先推薦采用傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)進行建設。

3.1.1 技術特點

傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)根據(jù)建設方式不同，可分為單路、雙路同軸電纜分布系統(tǒng)，二者技術特點如下。

單路同軸電纜分布系統(tǒng)具備網(wǎng)絡性能穩(wěn)定、技術成熟度高、建設難度和成本低、網(wǎng)絡運行與維護難度低、系統(tǒng)演進及升級能力強等優(yōu)點。雙路同軸電纜分布系統(tǒng)實現(xiàn)TD-LTE的MIMO特性，在相同載波配置和部署環(huán)境下，峰值速率約為單路同軸電纜分布系統(tǒng)的2倍，小區(qū)平均吞吐量約為單路同軸電纜分布系統(tǒng)的1.5倍。

原則上建議采用單路同軸電纜分布系統(tǒng)建設，當所在區(qū)域2G+3G宏站小區(qū)年均日流量達900 MB以上時建議采用雙路同軸電纜分布系統(tǒng)建設。

3.1.2 具體建設方式

通過安裝一定數(shù)量的無源器件包括天線、饋線、功分器、耦合器、合路器以及各種接頭等，使信號均勻的分布在建筑物的每一個角落。首選天線入戶安裝，對于不能入戶安裝的，采用全向吸頂天線安裝在走廊內(nèi)房間門口處，由于戶門的損耗較大，因此單一采用同軸電纜分布系統(tǒng)方案一般不能很好完成室內(nèi)信號覆蓋?？傮w建設原則是小功率、多天線，在半開放環(huán)境，覆蓋半徑取10～16 m；在較封閉環(huán)境，覆蓋半徑取6～10 m。

3.2 室外站覆蓋手段

室外站覆蓋優(yōu)先推薦采用微蜂窩方式進行建設。

3.2.1 技術特點

微蜂窩基站的覆蓋及容量介于宏站和室內(nèi)蜂窩站之間，其結構緊湊、支持天線一體化安裝（易于美化）及交直流供電，因此對天面要求較低，物業(yè)協(xié)調難度低；且當用于室外覆蓋室內(nèi)等場景時，微蜂窩基站的覆蓋及容量更加匹配場景需求，綜合成本較低。

微蜂窩基站可分為分布式微站及一體化微站兩種，前者基帶處理單元和射頻處理單元分離，由BBU和微RRU構成，支持小區(qū)合并；后者將基帶處理單元和射頻處理單元集為一體，但不支持小區(qū)合并。

3.2.2 具體建設方式

根據(jù)覆蓋目標情況，合理選擇微蜂窩基站形式與天線覆蓋方案。

3.2.2.1 高層小區(qū)的10層及以上樓層

對于密集高樓，建議采用微RRU+美化天線+小區(qū)合并的覆蓋方式；對于稀疏高樓，根據(jù)物業(yè)條件靈活選用微RRU和一體化微站方式。建議采用在樓宇外立面安裝定向天線，以平層對打方式向對面樓層進行覆蓋；或在較低層建筑樓頂安裝定向天線以低站高打方式向對面樓層進行覆蓋，可采用射燈式或廣告牌式美化天線。盡量采用垂直波束寬帶較大的天線對高層進行覆蓋。

3.2.2.2 高層小區(qū)的10層以下樓層、多層小區(qū)、別墅區(qū)和低矮住宅區(qū)

建議采用微RRU+燈桿偽裝/美化天線+小區(qū)合并模式，將燈桿式美化天線等安裝在小區(qū)內(nèi)樓宇間的室外進行覆蓋，在滿足電磁輻射安全及業(yè)主要求的情況下，可以采用草坪燈等安裝位置較低的美化天線，從下向上對目標建筑進行覆蓋；對于小區(qū)內(nèi)樓宇間不具備安裝美化天線條件的，采取在外立面安裝定向天線，以平層對打方式向對面樓層進行覆蓋（如圖2（a）所示），或者在較高層建筑樓頂安裝定向天線，以高站低打方式從上向下覆蓋（如圖2（b）所示），可采用射燈式或廣告牌式美化天線。

圖2 微蜂窩覆蓋方式示意圖

3.3 室內(nèi)外協(xié)同考慮因素

3.3.1 覆蓋范圍

室內(nèi)站覆蓋采用傳統(tǒng)同軸電纜分布系統(tǒng)對電梯及電梯候梯區(qū)、地下停車場、小區(qū)室內(nèi)公共走道等進行覆蓋；室外站覆蓋采用微蜂窩基站方式對建筑物內(nèi)部、小區(qū)內(nèi)走道、室外園區(qū)等區(qū)域進行覆蓋。以此形成全方位、立體式覆蓋解決整個居民小區(qū)的深度覆蓋問題。

3.3.2 頻段選擇

原則上室外覆蓋采用F頻段或D頻段，室內(nèi)采用E頻段。若覆蓋目標屬于較封閉場景，信號泄漏能夠良好控制，則室外覆蓋可考慮與室內(nèi)同樣采用E頻段進行組網(wǎng)，或室內(nèi)外均采用F頻段組網(wǎng)，更能保證室內(nèi)外協(xié)同的信號覆蓋效果。

3.3.3 切換設置

（1）室內(nèi)小區(qū)與室外小區(qū)間切換控制在居民小區(qū)出入口，室內(nèi)小區(qū)信號很難覆蓋高層樓宇靠窗口區(qū)域，因此應適當增加室內(nèi)小區(qū)與室外小區(qū)之間的鄰區(qū)關系。在較封閉的特殊場景，可使室內(nèi)外信源小區(qū)一致，以減少切換。

（2）電梯的小區(qū)劃分可把電梯覆蓋信號與低樓層劃分為一個小區(qū)，與平層之間的切換盡量設置在電梯廳處。

（3）地下停車場進出口由于車速較快，需要設置合理的切換帶。進出口有較大彎道的出口，天線一般采用小板狀天線，向外進行覆蓋，安裝位置一般控制在彎道附近，確保能將室內(nèi)外信號良好銜接，確保切換帶的合理。對于較直的地下室進出口，可以結合現(xiàn)場的安裝條件，采用板狀或者吸頂天線進行覆蓋。

3.3.4 外泄控制

室內(nèi)覆蓋方式應通過“多天線、小功率”的設計方式實現(xiàn)對泄漏電平的精確控制；室外覆蓋方式應盡量借助樓體本身阻擋，合理布置天線安裝位置，并結合定向天線的方向角、下傾角調整控制小區(qū)信號的泄漏，在制訂針對高層的解決方案時把周邊的低層小區(qū)規(guī)劃到整體解決方案中，以達到更好的控制信號外泄的目的。尤其應避免信號泄露至小區(qū)周邊的公路，天線位置避免安放在臨近馬路的小區(qū)邊緣，盡量利用樓宇建筑物阻擋信號泄露。

4 案例介紹

4.1 物業(yè)點情況

本次覆蓋建設目標為某居民小區(qū)1～9棟樓宇電梯及地下室以及旁邊別墅，所在區(qū)域類型為一般城區(qū)，周圍較為空曠，小區(qū)內(nèi)建筑較密集。小區(qū)樓高30～32層不等，每層3 m，覆蓋面積約50 000 m2，小區(qū)基本呈長方形，建筑墻體較厚，地下室及電梯有弱覆蓋情況，處于主干道路邊應注意信號外泄造成干擾。

結合前期勘察，本物業(yè)點需在有限時間內(nèi)完成高質量網(wǎng)絡室內(nèi)覆蓋，根據(jù)業(yè)主要求，還需注意草坪布線及路燈天線的安裝，保持室內(nèi)外環(huán)境整潔。

4.2 建設方案

本次覆蓋區(qū)域內(nèi)建筑格局復雜，房屋內(nèi)部分隔斷較多，同時樓房之間非常密集，造成小區(qū)地下室、電梯、別墅區(qū)覆蓋嚴重不足。

地下室部分主要以停車位為主，部分樓宇地下室建有2層，故采用新建單路同軸電纜分布系統(tǒng)進行覆蓋，地下室停車位及車道以壁掛天線為主覆蓋，天線距離為側面20 m，正面40 m的覆蓋密度，地下室車道出入口以及小區(qū)機房位置采用全向吸頂天線覆蓋。別墅區(qū)面積較大并且業(yè)主不允許別墅區(qū)安裝美化天線，故別墅區(qū)采用微RRU+射燈天線以及微RRU+路燈天線的方式分別從高層和底層進行覆蓋，射燈天線安裝在樓頂，路燈天線位于別墅區(qū)通道口處。樓宇高層主要采用微RRU+壁掛天線進行覆蓋，低層采用微RRU+路燈天線進行覆蓋。

本方案中，依據(jù)不同安裝環(huán)境損耗情況，壁掛天線口功率輸出范圍為10～15 dBm，吸頂天線功率輸出范圍為2～12 dBm，射燈天線和路燈天線口功率輸出范圍為15～20 dBm。

4.3 效果分析

4.3.1 覆蓋測試效果

該物業(yè)點未做室內(nèi)外協(xié)同覆蓋前，4G信號強度在-100～-120 dBm之間，弱覆蓋現(xiàn)象明顯。本次室內(nèi)外協(xié)同覆蓋建設完成后，地下室區(qū)域平均RSRP為-75 dBm，園區(qū)內(nèi)道路平均RSRP為-70 dBm，具體測試效果如圖3所示。

4.3.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性

該物業(yè)點室內(nèi)外協(xié)同技術方案和所使用的設備均比較成熟，基站已開通運行近一年，期間系統(tǒng)穩(wěn)定，無故障。

4.3.3 施工影響

室內(nèi)施工處主要位于停車場，相對比較隱蔽；室外覆蓋采用美化方案，偽裝效果好，方案實施時未驚擾業(yè)主，未收到業(yè)主對施工和方案的投訴。

4.3.4 建設成本

經(jīng)測算，該物業(yè)點工程總造價為33.11萬元，單位面積造價為6.62元/m2，與該地區(qū)平均室內(nèi)覆蓋造價相當。

4.3.5 監(jiān)控能力和運維難度

室內(nèi)同軸電纜分布系統(tǒng)采用無源器件，監(jiān)控能力一般，而室外微蜂窩基站監(jiān)控能力尚可。本工程方案并不十分復雜，運維難度較低，日常維護比較方便。

4.3.6 多制式能力、網(wǎng)絡演進與擴容能力、產(chǎn)品成熟度

該物業(yè)點RRU采用中興DRRU3161產(chǎn)品，其它吸頂天線、板狀天線、路燈美化天線均為室內(nèi)覆蓋常用產(chǎn)品，設備成熟度均較高。整體方案的多制式能力、網(wǎng)絡演進與擴容能力均支持良好。

綜上，該物業(yè)點室內(nèi)外協(xié)同建設方案能夠滿足覆蓋需求。

圖3 物業(yè)點室內(nèi)協(xié)同覆蓋建設完成后測試效果圖

5 結束語

本文主要介紹了居民小區(qū)場景特點，在對覆蓋方式進行綜合技術評估的基礎上，優(yōu)先推薦采用傳統(tǒng)同軸室內(nèi)分布系統(tǒng)和微蜂窩相結合的室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方案，重點介紹了室內(nèi)站覆蓋和室外站覆蓋的協(xié)同建設手段，并結合案例說明室內(nèi)外協(xié)同覆蓋方案的有效性。

Research on the indoor and outdoor collaborative covering method of 4G wireless network in the residential areas scene

CUI Bo, LI Mu-rong, PENG Xiang-heng, YANG Yi-fan
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

AbstractThis article firstly introduces the characteristics of the residential areas scene. According to multi dimensional technology assessment of several covering methods, the article proposes the indoor and outdoor collaborative covering method, which combines indoor traditional coaxial cable distribution system and outdoor micro cellular base station, to achieve excellent signal cover in this scene.

Keywordsresidential area scene; covering methods; indoor and outdoor collaborative covering method

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）04-0070-05

收稿日期：2015-11-27