密集城區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋策略及解決方案

許景淵，梁怡蘭

(1.北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，北京 100070; 2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧 530222)

0 引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)在密集城區(qū)的深入覆蓋，受限于頻譜資源、業(yè)務(wù)承載、無線傳播環(huán)境及物業(yè)糾紛等因素，傳統(tǒng)以宏站為主的建設(shè)模式已難以適應(yīng)日益增長的業(yè)務(wù)需求及快速部署的建設(shè)節(jié)奏[1]。從業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)來看，密集城區(qū)始終是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重點和熱點[2]，也是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計研究的熱點和難點，亟需引入全新的組網(wǎng)架構(gòu)和設(shè)備形態(tài)來解決深度覆蓋問題。

1 存在問題及解決思路

1.1 主要存在問題

在密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，受頻譜資源、業(yè)務(wù)承載、無線傳播環(huán)境及物業(yè)糾紛等因素影響，常存在因覆蓋能力不足、覆蓋環(huán)境復(fù)雜及物業(yè)糾紛頻發(fā)引起的深度覆蓋盲區(qū)、弱區(qū)及室內(nèi)覆蓋不足的問題。

① 從網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)角度看，頻譜資源是制約4G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的關(guān)鍵因素。相比2/3G網(wǎng)絡(luò)的低頻段、廣覆蓋的特點，4G網(wǎng)絡(luò)因其頻段高、穿透能力弱，單站覆蓋范圍進(jìn)一步縮小，特別在以“樓高”、“巷窄”、“人多”為主要特征的密集城區(qū)場景中，無線傳播環(huán)境更為復(fù)雜，因高頻段引起的覆蓋、穿透問題更加明顯和突出。

② 從業(yè)務(wù)承載角度看，不同于2G主要承載語音業(yè)務(wù)、3G主要承載語音+低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，4G網(wǎng)絡(luò)主要承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)容量、數(shù)據(jù)速率及用戶體驗等指標(biāo)提出了更高的要求，特別是密集城區(qū)場景中，室內(nèi)用戶對高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸式增長需求已成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最為棘手的問題。

③ 從無線傳播環(huán)境看，不同于農(nóng)村、交通干線等廣覆蓋場景，密集城區(qū)需解決因建筑物密集、人口稠密、業(yè)務(wù)需求多樣而帶來的深度覆蓋問題，無線傳播環(huán)境將更為復(fù)雜，對無線傳播模型要求更高。

④ 結(jié)合工程實際，密集城區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)往往存在因業(yè)主電磁敏感、物業(yè)糾紛等問題而導(dǎo)致無法抵近覆蓋目標(biāo)區(qū)選址和建站的情況，從而形成網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)、弱區(qū)及室內(nèi)覆蓋不足的問題。

1.2 覆蓋策略及思路

為解決因頻譜資源、業(yè)務(wù)承載、傳播環(huán)境及物業(yè)糾紛引起的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量及站址獲取的問題，提出了對密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“異構(gòu)化”組網(wǎng)策略[3]，對應(yīng)分為“布局層”“補(bǔ)盲層”“吸熱層”及“室內(nèi)層”，進(jìn)而，形成了以宏站為骨架，桿站、微站及室分為主要覆蓋手段的密集城區(qū)覆蓋解決方案，其中，網(wǎng)絡(luò)分層組網(wǎng)策略如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)分層組網(wǎng)策略

1.2.1 布局層：以宏站為骨架，全網(wǎng)連片覆蓋

從全網(wǎng)布局角度，構(gòu)建趨于理想蜂窩結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，主要采用“宏基站”、“分布式基站”等設(shè)備類型來保障目標(biāo)覆蓋區(qū)域的業(yè)務(wù)需求[4]，使得密集城區(qū)的室外開放區(qū)域、道路及樓宇等區(qū)域?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)布局性覆蓋，滿足一定的深度覆蓋需求和保障業(yè)務(wù)移動性。

1.2.2 補(bǔ)盲層：網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)、弱區(qū)覆蓋

在保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性的前提下，采用“滴灌”組網(wǎng)理念[5]，結(jié)合多種站型、設(shè)備類型并考慮干擾規(guī)避，靈活使用“RRU拉遠(yuǎn)”“室外路燈桿”“樓面美化桿塔”等部署方式，從而有效解決城區(qū)室內(nèi)、外局部無覆蓋與弱覆蓋問題，達(dá)到嚴(yán)控干擾、提升網(wǎng)絡(luò)性能的目的。

1.2.3 吸熱層：容量熱點區(qū)域覆蓋

為了保障容量熱點區(qū)域用戶感知，采用多載波聚合、扇區(qū)分裂、室分外引、Small Cell等手段，遵循“按需而建”的原則，建立宏微協(xié)同的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，靈活快速解決熱點區(qū)域的業(yè)務(wù)擴(kuò)容和分流問題，以達(dá)到密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋互補(bǔ)、負(fù)荷分擔(dān)的效果。

1.2.4 室內(nèi)層：建筑物內(nèi)部覆蓋

考慮城區(qū)建筑物結(jié)構(gòu)特征及布局分布，采用靈活的室內(nèi)分布系統(tǒng)和室內(nèi)、外綜合覆蓋方式，使用光纖分布系統(tǒng)、Lampsite、QCell等技術(shù)手段來解決室內(nèi)深度覆蓋及周邊信號覆蓋的問題，從而達(dá)到改善室內(nèi)及建筑外圍信號覆蓋的目的。

2 技術(shù)要求及應(yīng)用場景

2.1 覆蓋能力分析

從網(wǎng)絡(luò)分層看，“異構(gòu)化”組網(wǎng)的布局層、補(bǔ)盲層、吸熱層、室內(nèi)層對應(yīng)的主要設(shè)備形態(tài)為宏站、桿站、微站和室分，如分布式基站、Small Cell、Book RRU、Lamp Site等，其常見設(shè)備形態(tài)及典型特點如表1所示。

表1 密集城區(qū)常見設(shè)備形態(tài)及典型特點

從覆蓋場景特征來看，密集城區(qū)人口稠密、建筑物縱橫交錯且業(yè)務(wù)類型豐富，往往涉及樓面抱桿安裝、地面桿塔安裝、建筑壁掛安裝及室內(nèi)分布覆蓋等部署方式。結(jié)合覆蓋場景及鏈路預(yù)算結(jié)果，考慮到4G網(wǎng)絡(luò)的頻段、覆蓋目標(biāo)及業(yè)務(wù)承載等因素[6]，在密集城區(qū)場景中，典型的宏基站覆蓋范圍為200 m以上、桿站覆蓋范圍為100～300 m，微基站覆蓋范圍為50～100 m、皮基站及室分的覆蓋范圍為10～50 m，其典型覆蓋能力如圖2所示。

圖2 典型場景覆蓋能力示意圖

2.2 組網(wǎng)技術(shù)要求

從工程建設(shè)角度分析，提出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)回傳、數(shù)據(jù)安全及設(shè)備供電的技術(shù)要求。

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)要求

首先，站址應(yīng)選在視距范圍內(nèi)、用戶密集區(qū)的臨街建筑、街道等站址上，進(jìn)一步聚焦用戶密集區(qū)，采用宏微協(xié)同、立體組網(wǎng)策略[7]，推進(jìn)密集城區(qū)深度覆蓋，實現(xiàn)用戶良好感知和體驗。

其次，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化、寬頻化及多網(wǎng)融合等技術(shù)特點，構(gòu)建網(wǎng)元可擴(kuò)展、前后兼容、智能管理的異構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)[8]，為后期4G網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)搭建穩(wěn)健的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

此外，采用微基站、室內(nèi)外綜合覆蓋和新型室分覆蓋系統(tǒng)等靈活的組網(wǎng)方式，零站址敏捷建站，并與周圍環(huán)境更加和諧和隱蔽，微基站典型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 微基站典型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.2.2 數(shù)據(jù)回傳技術(shù)

密集城區(qū)往往具備較為良好的傳輸光纜資源，主要采取有線傳輸回傳接入、基于PON的共享回傳接入、無線回傳接入等數(shù)據(jù)回傳技術(shù)[9]，值得指出的是，微基站常采取基于PON的共享回傳接入方式，通過OLT等設(shè)備上聯(lián)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接至IP承載網(wǎng)。

2.2.3 數(shù)據(jù)安全技術(shù)

為保障通信數(shù)據(jù)安全和防止非法入侵，通常在城域網(wǎng)和核心網(wǎng)之間部署安全網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)基站與核心網(wǎng)設(shè)備交互數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和加解密的安全防護(hù)。另外，基于PON的共享回傳接入的微基站和安全網(wǎng)關(guān)之間建立起IPSec隧道，保護(hù)流經(jīng)接入網(wǎng)和城域網(wǎng)數(shù)據(jù)流量的保密性和完整性。

2.2.4 設(shè)備供電技術(shù)

對于布局層、補(bǔ)盲層設(shè)備，往往采用BBU集中放置+RRU拉遠(yuǎn)方式，BBU設(shè)備應(yīng)集中放置于機(jī)房或機(jī)柜中，電源供電采取-48 V直流供電或UPS供電的方式，RRU拉遠(yuǎn)端視具體情況可考慮采取直流供電、交流供電、直流遠(yuǎn)供等技術(shù)進(jìn)行設(shè)備供電。

對于吸熱層、室內(nèi)層設(shè)備，主要設(shè)備形態(tài)為微基站、RRU獨立拉遠(yuǎn)、分布系統(tǒng)設(shè)備等，現(xiàn)場通常不具備配置穩(wěn)定的直流供電條件，視具體情況可考慮采取交流供電、直流遠(yuǎn)供、POE供電等技術(shù)進(jìn)行設(shè)備供電。

2.3 工程應(yīng)用場景

從工程建設(shè)角度分析，結(jié)合密集城區(qū)網(wǎng)絡(luò)評估數(shù)據(jù)及上述覆蓋策略，定位密集城區(qū)弱覆蓋問題點，針對“布局層”“補(bǔ)盲層”“吸熱層”及“室內(nèi)層”的不同特點及技術(shù)要求，進(jìn)一步提出分層分場景覆蓋、宏微協(xié)同覆蓋的綜合解決方案。

① 宏站以覆蓋范圍廣、容量高、配套資源要求高等特點，可用來解決城區(qū)布局層信號覆蓋；

② 燈桿站以靈活美觀的路燈或景觀塔的方式彌補(bǔ)宏站在配套和物業(yè)上的不足來實現(xiàn)城區(qū)弱覆蓋補(bǔ)盲；

③ 微站以覆蓋范圍和容量偏小、設(shè)備體積小、無需機(jī)房配套等特點，部署靈活快速，適用于精準(zhǔn)補(bǔ)盲和吸熱，更是密集城區(qū)深度覆蓋的主要覆蓋手段；

④ 室分系統(tǒng)則是實現(xiàn)小區(qū)樓宇深度覆蓋及公共活動綠地覆蓋的重要手段。

此外，從設(shè)備形態(tài)上分析，解決密集城區(qū)深度覆蓋和業(yè)務(wù)吸熱的典型建設(shè)方式包括微基站覆蓋、室內(nèi)外綜合覆蓋和新型室分覆蓋系統(tǒng)等，其主要應(yīng)用場景如下。

2.3.1 微基站覆蓋

利用Small Cell、Book RRU等微基站形式，可實現(xiàn)宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的資源互補(bǔ)和部署模式轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步解決密集城區(qū)深度覆蓋和吸熱分流的業(yè)務(wù)需求[10]，從而，實現(xiàn)低成本、快速、有效地解決密集城區(qū)深度覆蓋的目標(biāo)。微基站部署方式靈活，可掛桿、壁掛、入盒等方式安裝，其主要應(yīng)用場景如下：

① 難以解決基站的站址且小范圍信號弱區(qū)、臨街商鋪等場景的精準(zhǔn)覆蓋、熱點區(qū)域高業(yè)務(wù)分流；

② 臨街商鋪、步行街等場景的精準(zhǔn)覆蓋或空間受限，不適合安裝天線的場景；

③ 小范圍信號弱區(qū)、臨街商鋪、城中村、室內(nèi)VIP覆蓋點等場景的精準(zhǔn)覆蓋。

2.3.2 室內(nèi)外綜合覆蓋

在密集城區(qū)覆蓋中，可利用優(yōu)勢物業(yè)，采用室分外引的方式，解決高層住宅樓層覆蓋的難題[11]，同時，解決附近高層建筑特別是外圍建筑的室內(nèi)信號覆蓋，其主要應(yīng)用場景如下：

① 高層聯(lián)排樓宇聚集、物業(yè)協(xié)調(diào)困難、邊緣覆蓋弱的密集住宅小區(qū)；

② 利用樓宇已部署的室分系統(tǒng)，信號外引實現(xiàn)小區(qū)內(nèi)互打。

2.3.3 新型室分覆蓋系統(tǒng)

結(jié)合建筑物及人員聚集的特點，細(xì)化室內(nèi)覆蓋場景，針對各種場景的覆蓋困難問題，通過靈活應(yīng)用光纖分布系統(tǒng)、Lampsite、QCell等新型室分覆蓋系統(tǒng)解決密集城區(qū)深度覆蓋問題[12]，其主要應(yīng)用場景如下：

① 高端用戶聚集，人流量大且集中的商務(wù)辦公區(qū)、高檔住宅區(qū)、交通樞紐等；

② 單層面積大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型購物區(qū)、交通樞紐樓、會展中心等；

③ 地處繁華地帶，靠近交通干線的商業(yè)步行街、商業(yè)購物區(qū)、地鐵候車廳等。

3 工程應(yīng)用案例

以一個城市密集城區(qū)三元小區(qū)Book RRU深度覆蓋項目為例進(jìn)行解決方案分析。

3.1 無線環(huán)境概況

三元小區(qū)位于江南區(qū)核心商圈內(nèi)，屬于典型的密集住宅小區(qū)，共轄5個組團(tuán)(A～E組團(tuán))，樓宇縱橫交錯(100多棟)，樓間距較密(10～15 m)。經(jīng)現(xiàn)場查勘，該小區(qū)外圍已部署了路燈桿基站和樓面桿塔基站，小區(qū)外圍住宅樓宇信號良好，然而，由于物業(yè)多糾紛且業(yè)主對電磁敏感，小區(qū)內(nèi)的傳統(tǒng)室外站址獲取困難，長期無法落地，在小區(qū)中心區(qū)域A5棟周邊，樓宇4層以下信號較弱且不穩(wěn)定，常接到客戶投訴，因而，亟需通過全新靈活的建站模式來加強(qiáng)小區(qū)深度覆蓋。

3.2 覆蓋解決方案

結(jié)合前期物業(yè)談判和現(xiàn)場無線傳播環(huán)境分析，可考慮規(guī)避在小區(qū)內(nèi)建設(shè)樓面桿塔、安裝常規(guī)天線的建設(shè)模式，建議采用Book RRU部署方式來解決小區(qū)內(nèi)信號覆蓋問題。Book RRU具有小巧、美觀、易偽裝的特點，通過抱桿安裝、壁掛安裝等方式快速實現(xiàn)居民區(qū)、商業(yè)街、校園網(wǎng)等場景的大規(guī)模部署。結(jié)合該站點情況，提出具體解決方案如下:

① 設(shè)備架設(shè)方式：考慮到前期物業(yè)談判及小區(qū)居民對電磁敏感的實際情況，采用將新增Book RRU設(shè)備安裝在小區(qū)內(nèi)A5棟居民房5樓陽臺側(cè)壁上，從室內(nèi)向室外輻射，分別向2個弱覆蓋目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，重點解決小區(qū)低層樓宇的室內(nèi)信號弱覆蓋和不穩(wěn)定問題；

② 傳輸回傳方式：Book RRU設(shè)備支持IPRAN、xPON、xDSL等有線方式以及微波無線方式來進(jìn)行傳輸信號回傳，考慮小區(qū)部署實際及現(xiàn)有資源狀況，本站建議采用“Book RRU設(shè)備—ODM—傳輸線路—ODF—傳輸上聯(lián)” 的有線傳輸回傳方式;

③ 供電方式：直接利用業(yè)主提供的交流電，采用交流配電箱對Book RRU設(shè)備進(jìn)行交流供電;

④ 頻率規(guī)劃：與周邊宏基站采取同頻規(guī)劃和設(shè)置。

3.3 建設(shè)前后效果對比

通過對密集城區(qū)三元小區(qū)基站開通前后的覆蓋效果對比發(fā)現(xiàn)，在A5棟部署的Book RRU基站可有效解決目標(biāo)樓宇周邊200 m范圍內(nèi)信號覆蓋及數(shù)據(jù)承載問題，達(dá)到了預(yù)期的規(guī)劃效果，具體指標(biāo)效果如下：

① 對開通后基站進(jìn)行室內(nèi)CQT測試，CSFB成功率達(dá)到100%。同時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗良好并達(dá)到規(guī)劃門限指標(biāo)要求，其中，小區(qū)下行峰值速率達(dá)到148.60 Mbps，均值速率達(dá)到144.99 Mbps；小區(qū)上行峰值速率達(dá)到49.85 Mbps，均值速率達(dá)到49.17 Mbps，如圖4所示。

② 對開通后的基站進(jìn)行室外DT測試，目標(biāo)覆蓋區(qū)域的RSRP指標(biāo)、SINR指標(biāo)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)速率指標(biāo)等均達(dá)到規(guī)劃門限指標(biāo)要求。其中，如表2所示，RSRP指標(biāo)≥-100 dBm比例，提升了9.24%；SINR指標(biāo)≥-5 dBm，比例提升了9.49%，開通前后上/下行數(shù)據(jù)速率均達(dá)到規(guī)劃指標(biāo)要求，并得到大幅提升，平均下載速率達(dá)到74.10 Mbps，平均上行速率達(dá)到45.66 Mbps。

圖4 Book RRU基站開通后室內(nèi)CQT測試效果

表2 Book RRU基站開通后室外DT測試效果對比

指標(biāo)名稱單位門限值設(shè)定開通前指標(biāo)/%開通后指標(biāo)/%效果對比/%參考信號接收功率RSRPdBm≥-10090.76100.009.24參考信號信噪比SINRdB≥-590.51100.009.49小區(qū)邊緣上行速率kbps1 02495.55100.004.45小區(qū)邊緣下行速率kbps4 09685.18100.0014.82

在Book RRU基站開通后對小區(qū)道路進(jìn)行DT測試發(fā)現(xiàn)，室外RSRP指標(biāo)由-96.85 dBm提升到-78.71 dBm；同時，對小區(qū)內(nèi)樓宇進(jìn)行CQT測試，室內(nèi)信號RSRP指標(biāo)均值為-78.7 dBm，平均下載速率體驗達(dá)74.1 Mbps(提升3倍)，Speed Test定點測試的峰值下載速率更是突破143 Mbps，CSFB成功率100%?？傮w來看，Book RRU基站開通后，達(dá)到了預(yù)期規(guī)劃目的，小區(qū)信號覆蓋得到了顯著提升，用戶體驗得到了顯著改善，具體指標(biāo)測試效果如圖5所示。

圖5 Book RRU基站開通后室外DT測試效果

4 結(jié)束語

長期以來，因覆蓋場景復(fù)雜、服務(wù)用戶眾多以及業(yè)務(wù)承載比重大，密集城區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋問題始終是運(yùn)營商面臨的最棘手問題。區(qū)別于覆蓋場景分析法，本文主要以網(wǎng)絡(luò)分層和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為切入點，抓住各網(wǎng)絡(luò)層的業(yè)務(wù)承載特征及覆蓋特點，提出了針對性的“面”“線”“點”層面的組網(wǎng)策略和覆蓋方案，有效解決了密集城區(qū)深度覆蓋、業(yè)務(wù)承載和流量分流等重要問題，更為后期5G網(wǎng)絡(luò)超密集、異構(gòu)化組網(wǎng)打下良好基礎(chǔ)。