VOLTE業(yè)務深度覆蓋方案研究

張　潔，李　軍

(1.河北師范大學 匯華學院，河北 石家莊 050091；2.河北師范大學，河北 石家莊 050024)

0　引言

VOLTE與2G、3G語音通話有著本質(zhì)的不同，它是架構(gòu)在4G網(wǎng)絡上全IP條件下的端到端解決方案，VOLTE技術帶給4G用戶最直接的感受就是通話接通等待時間更短，音視頻通話服務質(zhì)量更高，通話更加自然[1]。LTE網(wǎng)絡已完成規(guī)?；ㄔO，隨著VOLTE業(yè)務規(guī)模的不斷擴大，深度覆蓋不足問題對VOLTE業(yè)務健康發(fā)展的阻礙作用日益突出，如何增強深度覆蓋業(yè)已成為提升VOLTE網(wǎng)絡質(zhì)量和用戶感知的重要課題。VOLTE業(yè)務作為一種上行覆蓋受限業(yè)務，對覆蓋深度的敏感性較高[2]，如果網(wǎng)絡的覆蓋深度不足，則會直接導致信號質(zhì)量差、數(shù)據(jù)速率低、通話質(zhì)量不高等問題。在目前市區(qū)主要采用D頻段組網(wǎng)的情況下，網(wǎng)絡的連續(xù)覆蓋能力不足是普遍存在的問題，尤其是在居民樓、辦公區(qū)等室內(nèi)深度覆蓋場景下，弱覆蓋情況更為嚴重[3]。綜合現(xiàn)網(wǎng)中的應用情況，促使網(wǎng)絡進行深度覆蓋的主要原因是弱覆蓋和網(wǎng)絡的容量問題[4]，所以,如何提升VOLTE業(yè)務的深度覆蓋，就成為了VOLTE網(wǎng)絡建設需要研究的一個重要課題。

本文首先介紹了兩種典型的多扇區(qū)組網(wǎng)方案，并對兩種方案的性能進行了分析比較，在此基礎上對8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案的實現(xiàn)方式進行了詳細的闡述，最后通過網(wǎng)絡側(cè)KPI指標的評測來驗證該方案的覆蓋效果。

1　多扇區(qū)組網(wǎng)方案介紹

多扇區(qū)組網(wǎng)是在站點和頻譜資源受限的情況下的一種新型組網(wǎng)建設解決方案，是在普通三扇區(qū)的基礎上，通過增加扇區(qū)數(shù)量，進而提升基站覆蓋能力，增加基站吞吐量的一種技術。

在增加了扇區(qū)后，雖然單扇區(qū)的覆蓋面積減小，但是增大了整個基站的覆蓋面積和深度，如表1所示，在增加扇區(qū)數(shù)量后，同樣指標條件下，四扇區(qū)覆蓋性明顯優(yōu)于三扇區(qū)。

表1三扇區(qū)與四扇區(qū)覆蓋性對比

Name3Sectors4SectorsRSRP/dBmSurface/km2Zone/%Surface/km2Zone/%Level(DL)≥-807．96234．211．15285．9Level(DL)≥-8521．95111．630．686416．2Level(DL)≥-9050．47226．662．941533．1Level(DL)≥-9598．892952．1105．645655．6Level(DL)≥-100154．758681．5155．340981．8Level(DL)≥-105187．257698．6188．179299．1Level(DL)≥-110189．8757100189．8775100Level(DL)≥-115189．8847100189．8847100Level(DL)≥-120189．8865100189．8847100

同時，扇區(qū)的增加還可帶來基站吞吐量的增加，如表2所示，在基站資源豐富的條件下，要達到相同的吞吐量，四扇區(qū)要比三扇區(qū)覆蓋范圍更大。

表2三扇區(qū)與四扇區(qū)吞吐量對比

Name3Sectors4SectorsThought/MbpsSurface/km2Zone/%Surface/km2Zone/%Level(DL)≥5021．31311．290．42347．6Level(DL)≥4046．21524．3119．28562．8Level(DL)≥3562．1532．7132．95570Level(DL)≥3080．01542．1146．63377．2Level(DL)≥25100．7753．1159．5484Level(DL)≥20149．64878．8181．5395．6Level(DL)≥15169．02889187．44798．7Level(DL)≥10189．2999．7189．8399．9Level(DL)≥0189．8399．9189．8399．9

所以，多扇區(qū)組網(wǎng)是解決VOLTE網(wǎng)絡深度覆蓋問題的有效方法。

多扇區(qū)組網(wǎng)主要存在兩種解決方案，一是通過窄波束高增益天線實現(xiàn)扇區(qū)分裂[5]，如圖1所示。

圖1　扇區(qū)分裂示意圖

該方案使用扇區(qū)軟劈裂技術，通過對天線通道的基帶加權，形成多個波束，每個波束一個小區(qū)，每小區(qū)8通道，即將原65°扇區(qū)分裂成2個36°扇區(qū)，在同一個RRU、同一個天線上建立兩個異頻的TD-LTE小區(qū)，不需額外新增硬件資源。然后利用TDD特有的智能天線波束賦形能力，通過調(diào)整天線幅度和相位權值，將2小區(qū)方位角各偏置一定角度進行覆蓋。通過如上調(diào)整后,將傳統(tǒng)3扇區(qū)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閱握?扇區(qū)模式，從而提升基站覆蓋深度。

二是通過8+X的方式實現(xiàn)四扇區(qū)組網(wǎng)，針對性解決原先三扇區(qū)情況下區(qū)域弱覆蓋和深度覆蓋不足問題[6]，如圖2所示。

圖2　8+X四扇區(qū)示意圖

該方法在原三扇區(qū)的基礎上，再增加一個扇區(qū)，形成單基站四扇區(qū)，從而有效地解決三扇區(qū)下旁瓣覆蓋力不足、扇區(qū)夾角不平衡、室內(nèi)覆蓋率差等問題。第四個扇區(qū)有多種實現(xiàn)方式，該方法中“X”指的就是第四個扇區(qū)的實現(xiàn)方式，“8”指的是基站原有的用來實現(xiàn)三扇區(qū)的8通道RRU。

2　多扇區(qū)組網(wǎng)方案覆蓋性能分析

多扇區(qū)組網(wǎng)方案中六扇區(qū)和四扇區(qū)兩種解決方案的覆蓋性能均有其優(yōu)劣勢。對于六扇區(qū)的解決方案，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：能夠利用智能天線的波束賦形能力，增強邊緣覆蓋；發(fā)揮F頻段30 M帶寬優(yōu)勢，提高小區(qū)容量；降低上下行不平衡問題，提升用戶接入能力。其劣勢主要體現(xiàn)在：六扇區(qū)重疊覆蓋度增高；MOD3干擾負面影響大；成本高，改造難度大；RF優(yōu)化工作量大；弱覆蓋場景針對性不強。

8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案的優(yōu)勢體現(xiàn)在：① 對現(xiàn)網(wǎng)指標影響小；② 2通道可靈活實現(xiàn)小區(qū)合并和小區(qū)分裂；硬件安裝方便。

8+X實現(xiàn)簡單：① 無多余RF優(yōu)化工作；② 弱覆蓋場景針對性強；③ 支持現(xiàn)網(wǎng)滿足條件多數(shù)站點。主要劣勢體現(xiàn)在：① 2通道RRU的功率較??；② 2通道需新增基帶板；③ 個別站點需新增抱桿。

通過對比可以看出，扇區(qū)分裂六扇區(qū)組網(wǎng)方式和8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方式有各自的優(yōu)勢和劣勢。綜合比較兩種方案和現(xiàn)網(wǎng)實際需求，8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方式具有實現(xiàn)簡單、對現(xiàn)網(wǎng)影響程度小、實現(xiàn)靈活、場景針對性更強、現(xiàn)有站點大多滿足改造條件等優(yōu)點，所以，8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案更能適應現(xiàn)網(wǎng)對VOLTE業(yè)務深度覆蓋的需求，能使運營商在小投入的基礎上取得更為優(yōu)越的網(wǎng)絡性能質(zhì)量。本文重點針對8+X四扇區(qū)的方案進行研究。

3　8+X四扇區(qū)實現(xiàn)方案

8+X方案在具體實現(xiàn)中可以有8+2和8+8兩種方式：8+2方式指的是使用2通道的微型RRU實現(xiàn)第四個物理扇區(qū)，8+8方式指的是使用8通道的宏站RRU實現(xiàn)第四個物理扇區(qū)。無論哪種方式，最終都是通過對基站硬件設備改造實現(xiàn)的。

3.1　8+2四扇區(qū)硬件改造

基站機房側(cè)改造：2通道與8通道RRU所對應的BBU不同，不能共用，所以BBU側(cè)需新增一塊LBBP基帶板，如圖3所示。

圖3　BBU側(cè)新增基帶板

基站室外側(cè)改造：室外RRU布放于建筑物的頂部，樓頂RRU側(cè)使用微型設備easymacro(AAU3240)、RRU和天線集成一體，布放簡單，安裝方便，如圖4所示。

圖4　RRU側(cè)使用easymacro

3.2　8+8四扇區(qū)硬件改造

基站機房側(cè)改造：8通道RRU可插在原基帶板第四個光口，BBU側(cè)無需新增單板，如圖5所示。

圖5　BBU側(cè)使用4光口

基站室外側(cè)改造：樓頂RRU側(cè)安裝RRU3277+高增益天線，如圖6所示。

圖6　RRU側(cè)增加RRU和天線

3.3　8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案應用注意事項

8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案并非適用于所有的情況，在對現(xiàn)網(wǎng)改造時應注意以下的適用條件與應用前提：

① 三扇區(qū)覆蓋不能形成連續(xù)覆蓋，需要加強覆蓋廣度；

② 深度覆蓋不足，MR弱覆蓋比例較高，需要加強覆蓋深度；

③ 站點硬件設備盡量改造小，如基帶板需配置UBBP板能容納4扇區(qū)；

④ 天面空間充足，足以支撐4扇區(qū)的設備安裝；

⑤ 存量抱桿充足或空間可新增抱桿；

⑥ 施工方便，物業(yè)、供電等協(xié)調(diào)方便，便于施工改造。

4　多扇區(qū)組網(wǎng)方案效果驗證

4.1　測試場景

本文中8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案選定的實際場景如圖7所示：基站高45 m，周邊道路覆蓋良好，站點西側(cè)大樓和沿街樓層處于兩扇區(qū)中間夾角，存在深度覆蓋不足問題，現(xiàn)在本站1小區(qū)方位角340°，需兼顧約150°的廣度覆蓋，能力稍顯不足。針對該場景，分別使用8+2和8+8兩種方案在弱覆蓋區(qū)域方向增加第四個物理扇區(qū)，通過與原方案在RSRP、SINR、MR等指標進行比較，驗證改造后方案的實際效果。

圖7　弱覆蓋場景

4.2　8+2四扇區(qū)效果驗證

應用該方案時，將新增的2通道第4扇區(qū)與原1扇區(qū)進行小區(qū)合并，這樣在增強覆蓋廣度和深度的同時，可較大程度減少切換、降低干擾。

外場測試：該測試中，將室內(nèi)和沿街的RSRP與SINR指標在網(wǎng)絡改造前后進行了測量，結(jié)果如圖8所示。通過圖中數(shù)據(jù)對比可明顯看出，在選取的試點區(qū)域進行8+2四扇區(qū)改造后，室內(nèi)平均RSRP與沿街平均RSRP均有顯著提升，其中室內(nèi)的提升效果明顯，從-102.7 dBm提升至 -97.6 dBm，該指標已經(jīng)完全可以滿足密集城區(qū)、重點交通干線等環(huán)境下的使用要求。此外室內(nèi)平均SINR略有提升，沿街平均SINR沒有變化。整體看，經(jīng)過8+2四扇區(qū)改造后，在提升覆蓋性能的同時，未引入明顯負面影響，改造后取得了明顯的效果。

圖8　平均RSRP和SINR對比

現(xiàn)網(wǎng)中查驗弱覆蓋的有效方式是基于遠程評測測量報告(Measurement Report，MR)方式[7]。8+2扇區(qū)組網(wǎng)方式的MR對比：使用柱狀圖對原3扇區(qū)和改造后的8+2四扇區(qū)MR弱覆蓋占比進行比較，實驗結(jié)果如圖9所示。從實驗數(shù)據(jù)可知，1小區(qū)(采用小區(qū)合并)MR弱覆蓋占比從10.10%下降至6.39%，下降比例達37%，3小區(qū)下降65%，2小區(qū)指標下降2%。從測試結(jié)果看， 1、3小區(qū)的性能均有顯著提升，2小區(qū)指標變化幅度較小，可認為是正常波動。因此可以說明，8+2四扇區(qū)解決單方向弱覆蓋問題具有較大可行性。

圖9　MR弱覆蓋指標對比

網(wǎng)管指標對比：跟蹤對比改造前后的網(wǎng)管主要KPI指標波動正常，未有明顯惡化或異常。

干擾指標：圖10反映了改造前后基站小區(qū)干擾噪聲指標變化情況。從曲線的起伏變化可以看出，8+2四扇區(qū)改造后對2、3小區(qū)未引入其他干擾，反而在改造后這兩個小區(qū)的干擾有所降低。1小區(qū)在與新引入的小區(qū)合并后干擾有明顯下降，這可以解釋為合并后小區(qū)深度覆蓋性能提升的結(jié)果。

圖10　干擾噪聲指標對比

4.3　8+8四扇區(qū)效果驗證

該方案不能進行小區(qū)合并，同時為了避免與相鄰小區(qū)MOD3干擾，新增的8通道第4扇區(qū)采用與相鄰小區(qū)不同的PCI值，同時開啟beaforming自適應進行干擾抑制。

外場測試：該測試中，將室內(nèi)和沿街的RSRP與SINR指標在網(wǎng)絡改造前后進行了測量，結(jié)果如圖11所示。通過圖中數(shù)據(jù)對比可明顯看出，在選取的試點區(qū)域進行8+8四扇區(qū)改造后，室內(nèi)平均RSRP與沿街平均RSRP均有顯著提升，其中室內(nèi)的提升效果明顯，從-102.7 dBm提升至 -97.5 dBm，該指標也已經(jīng)完全可以滿足密集城區(qū)、重點交通干線等環(huán)境下的使用要求。此外室內(nèi)平均SINR提升明顯，沿街平均SINR有略微提升。整體看，經(jīng)過8+8四扇區(qū)改造后，系統(tǒng)整體覆蓋性能得到提升，未引入明顯負面影響，改造后取得了明顯的效果。

圖11　平均RSRP和SINR對比

MR指標對比結(jié)果如圖12所示。從實驗數(shù)據(jù)可知，1小區(qū)MR弱覆蓋占比從10.10%下降至5%，下降比例達50%，2小區(qū)指標下降14%，3小區(qū)下降66%，新增4小區(qū)弱覆蓋占比為2.79%。從測試結(jié)果看， 1、2、3小區(qū)的性能均有顯著提升，新引入的4小區(qū)性能良好，低于其他3個小區(qū)的平均值。因此可以說明，8+8四扇區(qū)解決單方向弱覆蓋問題具有較大可行性。

圖12　MR弱覆蓋指標對比

網(wǎng)管指標對比：跟蹤對比改造前后的網(wǎng)管主要KPI指標波動正常，未有明顯惡化或異常。

干擾指標對比：圖13反映了改造前后基站干擾噪聲指標變化情況。從曲線的起伏變化可以看出，8+8四扇區(qū)改造后，第四小區(qū)的加入未給其他小區(qū)帶來干擾，且其自身的干擾噪聲指標也維持在合理水平。

圖13　干擾噪聲指標對比

4.4　測試結(jié)論

本次試點驗證表明：8+X四扇區(qū)改造方案可以有效解決深度覆蓋問題，尤其MR弱覆蓋比例降低顯著；實際測試用戶感知較明顯，室內(nèi)信號強度和質(zhì)量有所提升，用戶終端信號強度改善顯著；通過本次實驗可以說明，8+X四扇區(qū)改造后，系統(tǒng)在如下的KPI指數(shù)得到顯著提升。

① MR弱覆蓋指標大幅度降低，如圖14所示。

圖14　MR指標對比

② 基站整體吸收數(shù)據(jù)流量有所提升，如圖15所示。

圖15　吞吐量對比

③ 測試區(qū)域覆蓋增強，信號干擾噪聲比提升，如圖16所示。

圖16　覆蓋測試對比

5　結(jié)束語

VOLTE網(wǎng)絡在快速發(fā)展過程中，面臨著深度覆蓋和提升性能瓶頸。而弱覆蓋問題一直是限制TD-LTE網(wǎng)絡發(fā)揮優(yōu)勢的主要短板之一[8]。在密集城區(qū)，通過增加站點來改善弱覆蓋情況將會愈來愈困難[9]，特別是現(xiàn)階段需要統(tǒng)一租賃鐵塔公司基站資源的情況給運營商帶來了極大的困擾，也打破了中國移動原有站點多和覆蓋廣的優(yōu)勢。本文研究并驗證了VOLTE網(wǎng)絡8+x扇區(qū)的組網(wǎng)方式在現(xiàn)網(wǎng)中應用的效果，對運營商增強覆蓋，提升網(wǎng)絡性能提供了一些參考依據(jù)。本文提出的8+X四扇區(qū)方法在實際部署中還存在著建網(wǎng)成本高、切換增多、網(wǎng)優(yōu)更復雜等問題，這也是需要進一步研究的方向。

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