LTE異構(gòu)網(wǎng)技術(shù)及部署策略研究*

秦基偉，馮小江，王海峰

（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著移動(dòng)用戶﹑智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）聯(lián)接的迅猛增長(zhǎng)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速度的快速提升，將在未來(lái)5年內(nèi)促使移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)7倍。卓越的移動(dòng)寬帶體驗(yàn)，對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍﹑網(wǎng)絡(luò)容量及數(shù)據(jù)速率均提出了更加嚴(yán)苛的要求。同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)按照“均勻”的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，所有基站采用相似的信?hào)發(fā)射機(jī)制為所有用戶終端提供無(wú)差別的接入策略，在加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋﹑提升網(wǎng)絡(luò)容量等方面表現(xiàn)乏力[1]。因此，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜﹑以立體分層為標(biāo)志的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)被提出，以期從根本上解決網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在的熱點(diǎn)容量﹑覆蓋盲區(qū)﹑站址獲取等一系列難題。

1 LTE異構(gòu)網(wǎng)概述及關(guān)鍵技術(shù)

廣義的異構(gòu)網(wǎng)，通俗說(shuō)就是“多網(wǎng)協(xié)同”，是指同一區(qū)域存在多種無(wú)線接入網(wǎng)技術(shù)，如2G﹑3G﹑4G﹑WLAN及物聯(lián)網(wǎng)等，同時(shí)綜合多種組網(wǎng)架構(gòu)﹑傳輸方式及不同發(fā)射功率的基站群。狹義的異構(gòu)網(wǎng)，即LTE異構(gòu)網(wǎng)，指采用分層立體的覆蓋方式，在傳統(tǒng)宏站覆蓋的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地部署各類型微站，來(lái)解決熱點(diǎn)﹑盲點(diǎn)及弱覆蓋區(qū)域的覆蓋及容量問(wèn)題[2]。圖1為L(zhǎng)TE異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)方式示例。

圖1 LTE異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)方式

LTE異構(gòu)網(wǎng)的核心是靈活運(yùn)用宏站及各類微站，構(gòu)建分層立體網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)“宏微協(xié)同”。LTE異構(gòu)網(wǎng)主要分為多點(diǎn)協(xié)同﹑內(nèi)外協(xié)同﹑高低協(xié)同﹑網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)協(xié)同﹑運(yùn)營(yíng)商和業(yè)務(wù)協(xié)同等幾個(gè)方面，如圖2所示。宏站作為上層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)的骨架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)廣域連續(xù)覆蓋；微站作為低層網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充，小范圍弱覆蓋與盲區(qū)，加強(qiáng)室內(nèi)深度覆蓋，同時(shí)提升局部容量。

宏站的信號(hào)發(fā)射功率一般約為5～40 W，覆蓋范圍廣；站址布局有一定的規(guī)則性，呈蜂窩結(jié)構(gòu)；主要完成廣域的基礎(chǔ)覆蓋，發(fā)展空間受限。微站主要指體積小﹑發(fā)射功率低﹑支持載波數(shù)少的高層﹑基帶和射頻一體化的無(wú)線接入節(jié)點(diǎn)；按照未規(guī)劃規(guī)則進(jìn)行部署﹑信號(hào)損耗小﹑覆蓋針對(duì)性強(qiáng)﹑容量提升空間大﹑回傳方式多樣化；配套設(shè)施缺乏，可靠性差，各類型微站的特點(diǎn)如表1所示。

圖2 LTE異構(gòu)網(wǎng)分層覆蓋模型

表1 微站的技術(shù)特點(diǎn)

LTE異構(gòu)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）小區(qū)范圍擴(kuò)展（CRE）。在傳統(tǒng)服務(wù)小區(qū)選擇機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加偏移量（bias）來(lái)擴(kuò)展小基站的服務(wù)范圍：MAX{RSRP(i)+bias(i)}，3GPP中bias的典型值取9 dB。

（3）協(xié)作多點(diǎn)傳輸（CoMP）。不同基站之間通過(guò)多點(diǎn)聯(lián)合處理（JP）或協(xié)調(diào)調(diào)度/波束賦形（CSCB）為用戶提供更高數(shù)據(jù)速率，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。

（4）自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）：通過(guò)一系列新技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自配置﹑自優(yōu)化和自愈等功能，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本﹑改善網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

2 LTE異構(gòu)網(wǎng)組網(wǎng)策略

通過(guò)分層立體的組網(wǎng)方式，發(fā)揮宏站﹑微站及室分等各自的優(yōu)勢(shì)，全面解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋的深度﹑廣度及容量問(wèn)題，避免使用單一站型產(chǎn)生的設(shè)備浪費(fèi)和覆蓋效果不佳等問(wèn)題。

2.1 規(guī)劃指標(biāo)

規(guī)劃指標(biāo)要求需從業(yè)務(wù)需求﹑容量需求及網(wǎng)絡(luò)能力等多方面去衡量，基于系統(tǒng)能力分析，“RSRP≥-113 dBm，RS-SINR≥-3 dB”是滿足網(wǎng)絡(luò)基本接入性能的門限要求，基準(zhǔn)要求如表2所示。同時(shí)，針對(duì)廣域覆蓋層﹑深度覆蓋層和容量覆蓋層的分層規(guī)劃指標(biāo)，如表3所示[3]。

表2 規(guī)劃指標(biāo)基準(zhǔn)

表3 分層規(guī)劃指標(biāo)

2.2 分析建模

需求分析的目的是明確LTE異構(gòu)網(wǎng)內(nèi)需要解決的目標(biāo)建筑物情況，可分為覆蓋需求分析和容量需求分析兩方面。覆蓋需求分析是基于DT測(cè)試﹑MR測(cè)試﹑建筑物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等確定覆蓋需求標(biāo)準(zhǔn)，DT數(shù)據(jù)按連續(xù)30 m低于覆蓋指標(biāo)要求確定需求，MR數(shù)據(jù)按80%的覆蓋概率低于覆蓋指標(biāo)要求確定需求。對(duì)于容量需求分析，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展預(yù)測(cè)，基于小區(qū)負(fù)荷網(wǎng)管信息可確定容量需求。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷需要結(jié)合小區(qū)級(jí)和柵格級(jí)流量分析。首先，預(yù)測(cè)場(chǎng)N年后的流量增長(zhǎng)倍數(shù)，小區(qū)級(jí)結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)和增長(zhǎng)預(yù)期估計(jì)載波數(shù)需求；當(dāng)滿配不能滿足小區(qū)級(jí)需求后，考慮增加微站補(bǔ)充柵格級(jí)容量需求。

LTE異構(gòu)網(wǎng)部署應(yīng)綜合考慮建網(wǎng)需求﹑無(wú)線性能﹑傳輸?shù)扰涮壮杀京p市場(chǎng)潛力﹑投資收益比等因素。方案建模主要分為三個(gè)方面：覆蓋建模，評(píng)估各種建設(shè)方式的覆蓋能力；容量建模，結(jié)合同異頻策略，評(píng)估各種建設(shè)方式的頻譜效率；造價(jià)建模，評(píng)估各種建設(shè)方式的建造成本。方案建模具體如圖3所示。

2.3 站址選擇

宏站以廣域的室外覆蓋為主，平均站高以高出周圍建筑物的10～15 m為宜，站間距約為L(zhǎng)TE信號(hào)覆蓋半徑的1.5倍。小基站以立體分層的低層覆蓋為主，覆蓋目標(biāo)的針對(duì)性強(qiáng)，室外小基站站高比周圍宏站要低2/3左右，室外站間距約覆蓋半徑的0.75倍，室內(nèi)小基站覆蓋每2～3層樓為一網(wǎng)絡(luò)層。

宏站建站位置應(yīng)盡量選在規(guī)劃站點(diǎn)附近，站址分布與蜂窩結(jié)構(gòu)的偏差應(yīng)小于站間距的1/4，在密集覆蓋區(qū)域應(yīng)小于站間距的1/8，如表4所示。微站適用于宏站信號(hào)覆蓋較弱的小范圍成片區(qū)域或室內(nèi)區(qū)域[4]。

一是要注重平等性。這里的平等性有兩個(gè)方面的含義：首先，思想教育工作應(yīng)著眼于推進(jìn)教育者自身思想上的進(jìn)步，以此啟發(fā)受教育者的思維，打牢思想政治工作的理論根基。這就要求思想政治工作者必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷充實(shí)提高自己，成為為職工群眾解惑釋疑的思想引導(dǎo)者。其次，要尊重他人的人格和自尊，努力建立平等和諧的氣氛。實(shí)踐表明，只有以平等的心態(tài)與群眾并肩探索真理，共同接近真理，縮短教育者與被教育者之間的距離，才能從思想上和感情上與教育對(duì)象產(chǎn)生共鳴，達(dá)到事半功倍的效果。在具體的教育工作中，要立足于平等溝通，注重雙向交流，以朋友之間的談心、嘮家常等方式逐漸引入正題，力戒上下級(jí)式的訓(xùn)話方式，從而達(dá)到較好的教育引導(dǎo)效果。

2.4 設(shè)備選型

多樣化的微站在LTE異構(gòu)網(wǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，其主要應(yīng)用場(chǎng)景及特點(diǎn)如表5所示。主流的微站設(shè)備主要有：華為的EasyMacro﹑BOOK RRU﹑Atom﹑eRelay﹑Lampsite，中興的BS8912系列﹑Femto BS8102﹑QCELL，諾西的FWHE等。

圖3 LTE異構(gòu)網(wǎng)方案建模

表4 宏站站址及偏移指標(biāo)

2.5 協(xié)同組網(wǎng)

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，應(yīng)遵循“宏站為主﹑微站為輔”的原則。宏站實(shí)現(xiàn)室外廣覆蓋，微站實(shí)現(xiàn)小范圍的“補(bǔ)盲吸熱”和室內(nèi)覆蓋。采用同頻組網(wǎng)的方式搭建上層網(wǎng)絡(luò)，為同構(gòu)網(wǎng)向異構(gòu)網(wǎng)的平滑演進(jìn)做好鋪墊。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，宏站﹑微站﹑室分等站型協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。利用頻率分配和資源調(diào)度，降低小區(qū)間的干擾；微站憑借其部署靈活﹑低成本等優(yōu)勢(shì)，提供快速覆蓋與分流，提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，降低單一網(wǎng)絡(luò)負(fù)載擁塞概率。

對(duì)于LTE異構(gòu)網(wǎng)的頻率規(guī)劃，近﹑中期廣域與深度覆蓋層（室外站）采用同頻組網(wǎng)，深度覆蓋層（室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)）﹑容量站（層）異頻組網(wǎng)；遠(yuǎn)期采用異頻組網(wǎng)。同時(shí)，異構(gòu)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及維護(hù)需求的技術(shù)要求如表6所示。

表5 微站的應(yīng)用場(chǎng)景及特點(diǎn)

表6 異構(gòu)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及維護(hù)需求的技術(shù)要求

目前，各運(yùn)營(yíng)商為繼續(xù)提高LTE網(wǎng)絡(luò)性能，已開(kāi)始規(guī)模部署微站。建設(shè)時(shí)，需要注意它與現(xiàn)網(wǎng)的協(xié)調(diào)：盡量不犧牲宏基站的覆蓋，保證宏基站的頻率和覆蓋范圍；在部署室外小基站時(shí)，設(shè)置在宏基站的中遠(yuǎn)點(diǎn)或者弱覆蓋區(qū)，實(shí)現(xiàn)覆蓋互補(bǔ)并減小干擾；局部建設(shè)時(shí)，可以設(shè)置連續(xù)小基站覆蓋，也可以利用PCI進(jìn)行分配來(lái)實(shí)現(xiàn)小基站間的干擾控制；要盡量對(duì)鄰區(qū)﹑PCI等進(jìn)行合理規(guī)劃，盡量避免宏基站和小基站間的干擾，保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量；建設(shè)所用的主設(shè)備都應(yīng)該配套，配套設(shè)備都應(yīng)該相互匹配，便于后期進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及升級(jí)；根據(jù)鏈路預(yù)算，20 W宏基站與5 W微基站的覆蓋半徑比例為2.8∶1，覆蓋面積比例達(dá)7.8∶1；宏基站覆蓋能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于微基站，條件允許時(shí)應(yīng)優(yōu)先建設(shè)宏基站。

在異構(gòu)網(wǎng)部署的不同階段，宏﹑微基站協(xié)同建設(shè)，將滿足覆蓋互補(bǔ)﹑負(fù)荷分擔(dān)﹑切換協(xié)同等建設(shè)要求，有助于確保均衡優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，在降低建設(shè)成本和難度﹑加快建設(shè)進(jìn)度﹑提升節(jié)能減排等方面具有十分重要的意義。

3 分場(chǎng)景解決方案

3.1 分場(chǎng)景部署方案

LTE異構(gòu)網(wǎng)的分場(chǎng)景覆蓋原則有：立體組網(wǎng)建設(shè)，分層分區(qū)域破解特定場(chǎng)景深度覆蓋難題；利用多種類型主設(shè)備﹑靈活組網(wǎng)，最大限度利用現(xiàn)有站址解決不同場(chǎng)景覆蓋需求[3]；應(yīng)用各類美化手段和方案，注重基站周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性及和諧度；加大新技術(shù)﹑新設(shè)備的推廣及應(yīng)用，積極探索新的建設(shè)方案；分場(chǎng)景部署方案，如表7所示。

表7 LTE異構(gòu)網(wǎng)分場(chǎng)景部署方案

3.2 LTE異構(gòu)網(wǎng)部署案例

某工人體育場(chǎng)為綜合性體育場(chǎng)，中心體育場(chǎng)地長(zhǎng)282 m，寬208 m，最外圍周長(zhǎng)約800 m，內(nèi)圍周長(zhǎng)約600 m，中間貴賓廳區(qū)域周長(zhǎng)約700 m，總占地面積3.5×105m2，建筑面積約8×104m2。

該體育場(chǎng)經(jīng)常舉行大型體育比賽和演唱會(huì)，最大可同時(shí)容納6.2萬(wàn)觀眾，建設(shè)方案應(yīng)滿足這種高容量需求。方案設(shè)計(jì)時(shí)，采用“Lampsite+傳統(tǒng)室分+宏站技術(shù)室分化”相結(jié)合的覆蓋方式。Lampsite系統(tǒng)采用BBU+RHUB+PRRU的組網(wǎng)方式，根據(jù)工體場(chǎng)的看臺(tái)分布情況，共分59個(gè)小區(qū)（均為E頻段），每個(gè)看臺(tái)區(qū)域部署一個(gè)PRRU，總計(jì)部署59個(gè)PRRU。

經(jīng)實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，在某場(chǎng)大型足球賽事中，歷經(jīng)90 min激戰(zhàn)，現(xiàn)場(chǎng)球迷熱切地將現(xiàn)場(chǎng)情況上傳到網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳遞給場(chǎng)外朋友?，F(xiàn)場(chǎng)4G網(wǎng)絡(luò)使用高峰出現(xiàn)在20∶00到20∶30，單小區(qū)最大用戶數(shù)為407，總吞吐量為20.9 GB。如圖4所示的各項(xiàng)KPI指標(biāo)反饋情況可知，異構(gòu)網(wǎng)的協(xié)同覆蓋方式為大話務(wù)﹑大流量提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)保障。

圖4 工人體育場(chǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署方案及測(cè)試結(jié)果

由此可見(jiàn)，LTE異構(gòu)網(wǎng)“宏微協(xié)同”，能兼顧覆蓋與容量；發(fā)揮微站部署靈活的特點(diǎn)，配合使用美化天線，因地制宜；多層﹑多頻段組網(wǎng)有效加強(qiáng)覆蓋，提升容量；采用負(fù)載均衡功能，平衡基站間的負(fù)荷，提高網(wǎng)絡(luò)承載效率，提升用戶體驗(yàn)；通過(guò)雙載波﹑小區(qū)分裂等方式可提升網(wǎng)絡(luò)承載能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

“異”的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“大同”“協(xié)同”。部署LTE異構(gòu)網(wǎng)時(shí)，宏站與微站協(xié)同組網(wǎng)能支持更多用戶﹑更高速率﹑更大帶寬，實(shí)現(xiàn)普遍的深度覆蓋應(yīng)用。采用微站滿足熱點(diǎn)區(qū)域的容量需求，以較低的成本提升用戶感知，是一種高性價(jià)比解決方案。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，應(yīng)針對(duì)各場(chǎng)景特點(diǎn)，科學(xué)規(guī)劃，精心部署，以達(dá)到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)較高的投資回報(bào)。

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