皮基站深度覆蓋應(yīng)用*

程奎淋，王原廣，韓 飛，曾品英

（中國(guó)電信股份有限公司四川分公司，四川 成都 610015）

0 引 言

4G網(wǎng)絡(luò)成熟穩(wěn)定運(yùn)行，為用戶提供了良好的通信服務(wù)。但是，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，用戶對(duì)深度覆蓋提出了更高要求。目前，深度覆蓋主要采用室內(nèi)分布解決，但受物業(yè)協(xié)調(diào)、配套建設(shè)等多方面制約，實(shí)施難度不斷加大。皮基站微形化、低功率，采用IP寬帶回傳，基本無(wú)需物業(yè)協(xié)調(diào)和配套工程建設(shè)，部署快、成本低，是4G網(wǎng)絡(luò)末梢解決深度覆蓋的有效補(bǔ)充手段[1]。為更好地應(yīng)用LTE皮基站，進(jìn)一步提升4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋水平，特開(kāi)展皮基站深度覆蓋應(yīng)用研究。

1 組網(wǎng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)網(wǎng)元

皮基站系統(tǒng)主要網(wǎng)元包括皮基站、皮基站網(wǎng)關(guān)、皮基站網(wǎng)管、AAA服務(wù)器、時(shí)鐘服務(wù)器以及初始化服務(wù)器等。各網(wǎng)元主要功能如下。

（1）皮基站主要具備無(wú)線資源管理、移動(dòng)性管理、物理層處理、收發(fā)機(jī)功能和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控等功能，支持通過(guò)皮基站網(wǎng)管進(jìn)行遠(yuǎn)程軟件版本升級(jí)，參數(shù)配置/查詢，狀態(tài)監(jiān)控/查詢，故障管理，支持將相關(guān)信息上報(bào)給皮基站網(wǎng)管。

（2）皮基站網(wǎng)關(guān)包括安全網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)兩個(gè)網(wǎng)元。安全網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)皮基站建立安全隧道和鑒權(quán)，實(shí)現(xiàn)與皮基站之間的雙向認(rèn)證，同時(shí)完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的匯聚、轉(zhuǎn)發(fā)；信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信令的匯聚、轉(zhuǎn)發(fā)功能。

（3）皮基站網(wǎng)管負(fù)責(zé)皮基站參數(shù)配置、性能管理、告警管理以及軟件升級(jí)等，各廠家皮基站設(shè)備具備支持統(tǒng)一網(wǎng)管的能力。

（4）AAA服務(wù)器負(fù)責(zé)皮基站設(shè)備認(rèn)證等。

（5）時(shí)鐘服務(wù)器負(fù)責(zé)皮基站提供網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步信息。

（6）初始化服務(wù)器的基本功能是將皮基站設(shè)備網(wǎng)管IP地址、安全網(wǎng)關(guān)IP地址（信令網(wǎng)關(guān)IP地址由皮站網(wǎng)管下發(fā)）、AAA證書服務(wù)器IP地址通過(guò)信息交互發(fā)送給皮基站。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

皮基站應(yīng)用主要有兩種組網(wǎng)架構(gòu)。第一種是皮基站通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入EPC，由網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一進(jìn)行業(yè)務(wù)和信令的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)。采取這種架構(gòu)基站傳輸主要采用PON接入方式。皮基站也可不經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)直接接入核心網(wǎng)，這種架構(gòu)基站傳輸主要采用IPRAN接入，也可先通過(guò)PON接入，再轉(zhuǎn)接到IPRAN匯入核心網(wǎng)。第二種組網(wǎng)方式與現(xiàn)網(wǎng)宏站接入架構(gòu)相同。

為簡(jiǎn)化皮基站部署，方便維護(hù)管理，實(shí)際應(yīng)用中，皮基站主要采用第一種架構(gòu)，即采取PON+網(wǎng)關(guān)方式接入網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮寬帶接入部署快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，如圖1和圖2所示。

圖1 皮基站PON+網(wǎng)關(guān)接入示意

圖2 皮基站PON+網(wǎng)關(guān)接入結(jié)構(gòu)

1.3 皮基站產(chǎn)品

皮基站是一種小型化、低功率、低功耗微蜂窩基站，典型設(shè)備形態(tài)可分為企業(yè)級(jí)2×125 mW和家庭級(jí)2×50 mW，支持2.1 GHz/1.8 GHz/800 MHz等多種頻段，如圖3所示。

圖3 皮基站

家庭級(jí)產(chǎn)品支持至少8個(gè)激活態(tài)用戶和24個(gè)RRC連接態(tài)用戶；企業(yè)級(jí)產(chǎn)品支持至少32個(gè)業(yè)務(wù)并發(fā)用戶和96個(gè)RRC連接態(tài)用戶。

2 應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 覆蓋能力

無(wú)線電波傳播會(huì)產(chǎn)生傳播損耗，經(jīng)過(guò)不同墻體或建筑物，不同頻段無(wú)線傳播信號(hào)損耗也不相同[2]，具體如表1所示。

表1 典型穿透損耗

通過(guò)鏈路預(yù)算和實(shí)際測(cè)試，2.1 GHz頻段皮基站典型覆蓋半徑在20～50 m。家庭級(jí)皮基站主要適用200 m2以內(nèi)的場(chǎng)景，企業(yè)級(jí)皮基站主要適用200～600 m2的場(chǎng)景。800 MHz頻段皮基站覆蓋能力基本為2.1 GHz皮基站的2倍。

2.1.1 成都某住宅小區(qū)地下停車場(chǎng)覆蓋測(cè)試

某住宅小區(qū)地下停車場(chǎng)面積超2×104m2，如圖4所示。為了滿足客戶對(duì)停車場(chǎng)電梯和出入口等重點(diǎn)部位的覆蓋需求，試點(diǎn)安裝一個(gè)2.1 GHz企業(yè)級(jí)皮基站，驗(yàn)證局部區(qū)域信號(hào)的覆蓋情況。

圖4 某住宅小區(qū)地下停車場(chǎng)

如圖5所示，根據(jù)實(shí)測(cè)，以RSRP達(dá)到-110 dBm為要求，覆蓋距離可達(dá)45 m左右。停車場(chǎng)相對(duì)封閉，信號(hào)純凈，SINR較好。

2.1.2 成都某寫字樓地下停車場(chǎng)覆蓋測(cè)試

寫字樓地下停車場(chǎng)共兩層，單層面積約1 000 m2，在地下一層中間部位安裝一個(gè)800 MHz皮基站，如圖6所示。

如圖7所示，從實(shí)際測(cè)試看，單個(gè)皮基站即可滿足該地下兩層停車場(chǎng)的基本覆蓋需求。

圖5 某住宅小區(qū)2.1 GHz覆蓋測(cè)試

圖6 某寫字樓地下停車場(chǎng)

圖7 寫字樓地下停車場(chǎng)800 MHz覆蓋測(cè)試

2.2 應(yīng)用定位

LTE皮基站主要定位局部小區(qū)域、低容量需求區(qū)域覆蓋補(bǔ)盲，需要避免產(chǎn)生高容量負(fù)荷問(wèn)題[3]。

優(yōu)先在封閉或半封閉場(chǎng)所使用，優(yōu)先采用2.1 GHz相對(duì)較高頻段的設(shè)備，降低設(shè)備插花組網(wǎng)對(duì)大網(wǎng)的影響和干擾，具體如表2所示。

如圖8所示，皮基站設(shè)備主要部署于室內(nèi)。根據(jù)場(chǎng)景封閉特征，室內(nèi)場(chǎng)景可進(jìn)一步細(xì)分為：大型開(kāi)間場(chǎng)景，如商場(chǎng)、賣場(chǎng)以及停車場(chǎng)等；隔間場(chǎng)景，如公寓宿舍、酒店等；開(kāi)間隔間混合場(chǎng)景，如辦公區(qū)等。

不同場(chǎng)景業(yè)務(wù)應(yīng)用與業(yè)務(wù)特性各不相同。例如：小型賣場(chǎng)類，業(yè)務(wù)容量需求一般；酒店類場(chǎng)景，業(yè)務(wù)穩(wěn)定且有一定容量需求；停車場(chǎng)類，滿足薄覆蓋即可，容量需求不高。皮基站主要應(yīng)用于中低容量覆蓋類場(chǎng)景的深度覆蓋需求，如表3所示。

為了達(dá)到更好的覆蓋效果，皮基站安裝位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際布放，盡量置于開(kāi)闊處，靠近使用客戶，如表4所示。

表2 皮基站覆蓋應(yīng)用場(chǎng)景分類

圖8 皮基站深度覆蓋典型應(yīng)用場(chǎng)景

表3 皮基站典型頻段應(yīng)用

表4 皮基站布放典型位置

2.3 深度覆蓋解決方案對(duì)比

對(duì)比不同深度覆蓋解決方案，基站主要應(yīng)用于覆蓋面積小、容量要求低的孤點(diǎn)場(chǎng)景[4]，對(duì)比情況如表5所示。

表5 不同深度覆蓋解決方案對(duì)比

2.4 典型場(chǎng)景應(yīng)用舉例

2.4.1 VIP家庭

場(chǎng)景特點(diǎn)：用戶數(shù)量少，對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量十分敏感，話務(wù)量和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量大，要求有穩(wěn)定的信號(hào)覆蓋質(zhì)量和較快的數(shù)據(jù)傳輸速率，覆蓋面積100～200 m2，有一定宏站或室分信號(hào)覆蓋，但需要補(bǔ)強(qiáng)加深。

覆蓋方案：建議選用1 800/2 100 MHz頻段家庭級(jí)皮基站，單臺(tái)設(shè)備自帶全向天線覆蓋半徑約10 m，合理安排放裝位置，可確保各房間覆蓋場(chǎng)強(qiáng)和信號(hào)質(zhì)量，可就近使用家用寬帶回傳核心網(wǎng)，開(kāi)通簡(jiǎn)便快速。

2.4.2 臨街中小型商鋪

場(chǎng)景特點(diǎn)：覆蓋區(qū)用戶流動(dòng)性大，平均流量不高，重點(diǎn)滿足移動(dòng)支付業(yè)務(wù)需求。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小和人流量，選擇1 800/2 100 MHz頻段企業(yè)級(jí)皮基站，單臺(tái)設(shè)備自帶全向天線覆蓋半徑約10～15 m，與附近宏站/室分站配置切換關(guān)系后，可實(shí)現(xiàn)同頻、異頻S1接口切換及重選，保證用戶體驗(yàn)順暢，建議吊頂?shù)沽惭b，就近使用寬帶回傳。

2.4.3 中小型辦公室/會(huì)議室

場(chǎng)景特點(diǎn)：開(kāi)放式或少隔斷的辦公室，用戶容量一般，對(duì)信號(hào)穩(wěn)定性要求高，平均流量適中。

覆蓋方案：建議選用1 800/2 100 MHz頻段企業(yè)級(jí)皮基站，建議吊頂?shù)沽惭b或掛墻安裝。

2.4.4 智能抄表系統(tǒng)

場(chǎng)景特點(diǎn)：電表、水表、氣表等多集中安裝于寫字樓/住宅地下室或一樓強(qiáng)電機(jī)房/水房?jī)?nèi)，只需網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)且流量小，要求在有限范圍內(nèi)覆蓋。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積和數(shù)據(jù)大小，選用800 MHz頻段家庭級(jí)/企業(yè)級(jí)皮基站，配置5 MHz帶寬FDD～LTE即可滿足流量需求；800 MHz頻段穿透、繞射效果好，適合大面積覆蓋，建議使用寬帶回傳，開(kāi)通便捷，便于物業(yè)維護(hù)。

2.4.5 營(yíng)業(yè)廳

場(chǎng)景特點(diǎn)：覆蓋區(qū)用戶流動(dòng)性大，峰值流量大，代表網(wǎng)絡(luò)形象。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小和人流量，選擇1 800/2 100 MHz頻段企業(yè)級(jí)皮基站，保證用戶體驗(yàn)順暢，建議吊頂?shù)沽惭b，可就近使用寬帶回傳。

2.4.6 地下停車場(chǎng)

場(chǎng)景特點(diǎn)：停車場(chǎng)面積空曠，用戶數(shù)和峰值流量都不大，滿足基本覆蓋即可，重點(diǎn)滿足停車費(fèi)支付應(yīng)用。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小，選用800 MHz頻段企業(yè)級(jí)皮基站，配置5 MHz帶寬FDD～LTE即可滿足流量需求；800 MHz頻段穿透、繞射效果好，適合大面積覆蓋，使用寬帶回傳，開(kāi)通便捷，便于物業(yè)維護(hù)。

3 基站開(kāi)通

3.1 與核心網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)對(duì)接配置

皮基站不經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)直接接入EPC的開(kāi)通方式與傳統(tǒng)宏站一樣，與MME直接對(duì)接，配置主要包括MME負(fù)載均衡、IPSEC開(kāi)關(guān)以及MME地址等參數(shù)。

皮基站采取PON+網(wǎng)關(guān)接入EPC時(shí)，無(wú)需配置MME地址，直接與網(wǎng)關(guān)對(duì)接成功即可，主要進(jìn)行網(wǎng)關(guān)對(duì)接配置，包括鑒權(quán)、安全網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)、基站時(shí)鐘運(yùn)行模式以及網(wǎng)管地址等參數(shù)。

3.2 傳輸配置

皮基站直接接入EPC時(shí)，傳輸配置方式與傳統(tǒng)宏站一樣，主要由IPRAN承載。

皮基站采取PON+網(wǎng)關(guān)架構(gòu)時(shí)，皮基站需要與網(wǎng)關(guān)互通，傳輸主要由PON承載，需指定H端口。

傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量直接影響基站運(yùn)行和用戶體驗(yàn)，傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標(biāo)包括時(shí)延、丟包率、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)和帶寬等，站點(diǎn)開(kāi)通前必須對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。

如表6所示，不同業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求也有差異，VoLTE業(yè)務(wù)要求端到端時(shí)延小于等于100 ms，丟包率小于等于10-6；如果需要滿足所有業(yè)務(wù)，端到端時(shí)延小于等于50 ms（實(shí)時(shí)游戲），丟包率小于等于10-6。

表6 皮基站傳輸網(wǎng)絡(luò)性能要求

3.3 基站配置

基站配置主要包括PLMNID、RF狀態(tài)、頻點(diǎn)、帶寬、TAC、eNodeB ID、Cell ID、PhyCellId（PCI）以及功率參數(shù)等。

皮基站不通過(guò)網(wǎng)關(guān)直接接入EPC時(shí)，TAC、eNodeB ID和Cell ID參數(shù)需與大網(wǎng)宏站規(guī)劃一致。

采取PON+網(wǎng)關(guān)架構(gòu)時(shí)，因網(wǎng)關(guān)尋呼容量問(wèn)題，皮基站TAC必須單獨(dú)規(guī)劃，不能與大網(wǎng)宏站相同。如果皮基站與大網(wǎng)宏站采用相同TAC，則相同TAC下所有基站（宏站與皮基站）的尋呼均會(huì)通過(guò)皮基站網(wǎng)關(guān)，可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)處理停頓而影響業(yè)務(wù)。采取PON+網(wǎng)關(guān)架構(gòu)時(shí)，皮基站TAC與大網(wǎng)宏站TAC屬于插花配置，要求皮基站主要應(yīng)用于相對(duì)封閉的覆蓋場(chǎng)景，盡量減少與大網(wǎng)的頻繁切換，以避免影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

皮基站TAC、eNodeB ID和Cell ID規(guī)劃原則如下。

（1）采用PON+網(wǎng)關(guān)架構(gòu)的皮基站，TAC和eNodeB ID單獨(dú)規(guī)劃，與大網(wǎng)不同，如圖9所示。直接接入EPC架構(gòu)的皮基站TAC和eNodeB ID規(guī)劃應(yīng)與大網(wǎng)一致。

圖9 皮基站TAC規(guī)劃

（2）皮基站TAC與特服分區(qū)對(duì)應(yīng)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)劃實(shí)施。

（3）建議單TAC不超過(guò)500個(gè)皮基站。

（4）為節(jié)約使用eNodeB ID碼號(hào)資源，地理位置接近的多個(gè)皮基站原則上應(yīng)規(guī)劃相同的eNodeB ID，通過(guò)不同的CELL ID予以彼此區(qū)分。為方便管理，CellID分配1～15共計(jì)15個(gè)，即單個(gè)eNodeBID可供15個(gè)皮基站共同使用，如圖10所示。

（5）單個(gè)eNodeB ID碼只能歸屬于1個(gè)TAC，禁止跨TAC進(jìn)行CELL ID規(guī)劃，如圖11所示。

4 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

4.1 鄰區(qū)配置

皮基站可開(kāi)啟SON功能，自動(dòng)添加鄰區(qū)。

皮基站主要采用S1切換，比較適合于對(duì)切換要求不高的單點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景。對(duì)連續(xù)覆蓋要求高、切換頻繁的場(chǎng)景，不建議部署皮基站。

4.2 重選和切換

皮基站重點(diǎn)應(yīng)用于深度覆蓋問(wèn)題解決，用戶駐留和切換策略建議采用皮基站優(yōu)先原則，如表7所示。

圖10 皮基站CellID規(guī)劃

圖11 皮基站TAC和CellID規(guī)劃要求

表7 皮基站典型重選和切換優(yōu)化

基站開(kāi)通并完成參數(shù)設(shè)置后，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證手機(jī)駐留、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和VoLTE業(yè)務(wù)功能是否正常，測(cè)試終端重選和切換性能是否正常，確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量滿足客戶需求，如圖12所示。

圖12 皮基站切換測(cè)試

5 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求

皮基站主要應(yīng)用于容量要求不高的局部單點(diǎn)弱覆蓋場(chǎng)景，實(shí)際應(yīng)用中需要做好現(xiàn)場(chǎng)查勘和分析，確保方案設(shè)計(jì)合理。

基站開(kāi)通后需要及時(shí)測(cè)試，確保質(zhì)量指標(biāo)達(dá)標(biāo)，滿足用戶良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)[5]。

皮基站質(zhì)量指標(biāo)要求，如表8所示。

表8 皮基站質(zhì)量指標(biāo)要求

皮基站網(wǎng)管可以開(kāi)展基站告警監(jiān)控，也可提取接通率、掉話率、流量以及RRC用戶連接數(shù)等關(guān)鍵性能指標(biāo)，方便網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析和優(yōu)化。

6 試點(diǎn)應(yīng)用

成都某辦公區(qū)因周邊基站站址難協(xié)調(diào)，室內(nèi)屬于信號(hào)盲區(qū)，客戶反映強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響用戶辦公和業(yè)務(wù)聯(lián)系。辦公區(qū)質(zhì)量指標(biāo)，如表9所示。

表9 某辦公區(qū)質(zhì)量指標(biāo)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查勘分析，它基本屬于無(wú)線信號(hào)盲區(qū)，辦公區(qū)有隔斷和過(guò)道，客戶容量要求一般，皮基站可滿足信號(hào)覆蓋距離。

基站開(kāi)通后現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，信號(hào)質(zhì)量滿足客戶需要，業(yè)務(wù)功能和網(wǎng)絡(luò)切換正常。

辦公區(qū)皮基站應(yīng)用效果對(duì)比情況，如圖13所示。

圖13 辦公區(qū)皮基站應(yīng)用效果對(duì)比

7 結(jié) 語(yǔ)

皮基站充分利用固定光纖寬帶接入方式，安裝簡(jiǎn)單，寬帶裝維人員或基站代維人員均可勝任基站安裝和開(kāi)通工作，只需做好流程管控、參數(shù)規(guī)劃和性能質(zhì)量管理等工作，即可以低成本建設(shè)方式有效提升深度覆蓋質(zhì)量。皮基站深度覆蓋解決方案應(yīng)用，有效提升典型場(chǎng)景無(wú)線網(wǎng)深度覆蓋質(zhì)量，有較強(qiáng)實(shí)踐性和操作性，可根據(jù)場(chǎng)景實(shí)際推廣應(yīng)用。