4T4R容量提升解決方案綜述

馬良川（中國聯(lián)通上海分公司，上海 ）

1 概述

隨著無線網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模持續(xù)增長以及無限量套餐和2I2C業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越大，給4G容量帶來壓力挑戰(zhàn)。如何在有限站址以及頻譜資源中挖掘容量潛力，上海聯(lián)通攜手華為共同研究探索最佳容量解決方案。針對熱點容量區(qū)域以及大事件保障，上海聯(lián)通率先采用業(yè)界領(lǐng)先的雙頻4T4R一體化設(shè)備進行多場景商用部署，全面提升網(wǎng)絡(luò)容量，保障用戶優(yōu)質(zhì)體驗。4T4R基站設(shè)備實現(xiàn)雙頻（1.8GHz頻段、2.1 GHz頻段）與4T4R一步到位。4T4R技術(shù)相對傳統(tǒng)2T2R技術(shù)可以實現(xiàn)頻譜效率翻倍，進而提升網(wǎng)絡(luò)容量和體驗，而雙頻4T4R一體化設(shè)備在2個頻段上均支持4T4R，相當于4個傳統(tǒng)2T2R模塊，使得容量和體驗翻倍，同時簡化基站配套資源，天面資源實現(xiàn)二合一，節(jié)省鐵塔租金和電費。

2 4T4R技術(shù)原理

4T4R通過陣列、分集、空間復(fù)用和干擾抑制帶來的增益，是提升4G網(wǎng)絡(luò)容量、體驗和面向5G演進的關(guān)鍵技術(shù)。多天線系統(tǒng)共有4種增益：陣列增益、分集增益、空間復(fù)用增益和干擾抑制增益（見圖1）。

圖1 多天線系統(tǒng)4種增益及其價值

2.1 陣列增益

陣列增益可以通過使用多天線系統(tǒng)來獲得。如圖2所示，通過天線1和天線2上的信號合并即可獲得陣列增益。由于不同天線上的白噪聲是不相關(guān)的，合并后噪聲功率保持不變，而不同天線上的信號是相關(guān)的，相干合并后信號能量成倍提高，因此合并能夠提高信號的平均SNR，從而提供陣列增益。

圖2 陣列增益示意圖

2.2 空間分集增益

空間分集即在MIMO系統(tǒng)中通過在收發(fā)雙方多根天線上發(fā)射相同的數(shù)據(jù)，保證接收端能夠正確收到該數(shù)據(jù)。

分集增益可以通過使用多天線系統(tǒng)來獲得，獲得分集增益的前提是多個空間信號分支必須有一定的獨立性。如圖3所示，天線1和天線2上的同一組數(shù)據(jù)的2路不同信號在不同時刻發(fā)生了深衰落，接收端會對比任意時刻接收到的2個信號，取其中更優(yōu)的1個，降低或去除深衰落的影響，從而獲得分集增益。

圖3 分集增益示意圖

2.3 干擾抑制增益

采用nTnR系統(tǒng)時，當空間干擾存在一定的有色性時，通過多個天線可以對干擾的有色性進行估計，利用這個信息對干擾進行抑制。干擾抑制可以在發(fā)射端進行，也可以在接收端進行，當在發(fā)射端進行時，是減少自身對鄰區(qū)的干擾。當在接收端進行時，是抑制自身接收到的干擾。

2.4 空間復(fù)用增益

采用nTnR系統(tǒng)時，當信道的衰落存在一定的獨立性時，通過預(yù)編碼技術(shù)將相互干擾的空間信道等效為相互相對獨立的多個子信道，子信道之間無干擾或干擾較小，通過同時傳輸多個數(shù)據(jù)流提升傳輸速率。每個子信道都對應(yīng)一個容量，因此MIMO信道的極限容量能夠隨著發(fā)射接收天線數(shù)線性增加。針對一個鏈路系統(tǒng)，子信道的個數(shù)取決于信道的相關(guān)性以及發(fā)送天線和接收天線中最小的天線個數(shù)。

3 4T4R基站的實施方案及效果驗證

3.1 多模4T4R改造方案

多模4T4R改造方案通過將2臺RRU2.1和1.8RRU替換為1臺雙頻4T4R RRU1.8+2.1，實現(xiàn)通道翻倍、功率翻倍、用戶覆蓋和感知速率提升（見圖4）。

圖4 多模4T4R改造示意圖

3.2 4T4R試點效果

3.2.1場景描述

選取上海楊浦區(qū)內(nèi)環(huán)內(nèi)存量站石油大廈基站，該區(qū)域位于內(nèi)環(huán)內(nèi)高架旁邊，密集城區(qū)，站高42 m，1扇區(qū)主要覆蓋巴林住宅小區(qū)和內(nèi)環(huán)高架以西線路，2扇區(qū)主要覆蓋原林高層小區(qū)、內(nèi)環(huán)高架以東線路和同濟大學(xué)西北側(cè)實驗樓，3扇區(qū)主要覆蓋赤峰住宅小區(qū)、密云大廈、南湖職校和交通職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)中心。

第1扇區(qū)覆蓋以巴林住宅區(qū)和內(nèi)環(huán)高架東西主干，周邊選址建設(shè)的難度大，覆蓋方位圖如圖5所示。

網(wǎng)絡(luò)狀況：第1扇區(qū)第一載波忙時平均PRB利用率達到40.16%，接近高負荷門限，駐留的用戶數(shù)達到95（見表1）。

3.2.2 4T4R應(yīng)用效果

3.2.1.1測試情況

本次在石油大廈第1扇區(qū)做了如下測試，使用2R終端VIVO，選取遠、中、近點上傳下載測試，選點標準如表2所示。

基站2T2R和4T4R模式下，各項測試時間段保持一致，實際測試效果如表3所示。

圖5 基站周邊環(huán)境

除1.8 GHz中點下載有波動外，其他測試項4T4R均比2T2R有提升（見表4）。

3.2.1.2測試結(jié)果

a）綜合測試數(shù)據(jù)。

（a）1.8 GHz的4T4R上傳、下載平均增益分別為1.24和1.81 Mbit/s。

（b）2.1 GHz的4T4R上傳、下載平均增益分別為5.11和5.09 Mbit/s。

（c）在RSRP方面，1.8和2.1 GHz在遠點提升明顯，分別為2.80和6.15 dB，深度覆蓋得到改善。

b）改造后KPI指標效果。對比改造前后5天4忙時（08：00—10：00，18：00—20：00）的性能指標如表5所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)指標現(xiàn)狀

表2 測試選點驗證標準

表3 實測速率變化

（a）1.8 GHz：流量增加20.38%，上、下行感知速率分別提升0.37和3.23 Mbit/s，下行負荷降低7.71%。

（b）2.1 GHz：流量增加4.39%，上、下行感知速率分別提升0.70和4.31 Mbit/s，下行負荷降低9.2%。

表4 實測RSRP變化

4 4T4R應(yīng)用場景和建議

雙頻4T4R方案在有限的站址和頻譜資源基礎(chǔ)上最大限度挖掘LTE站點容量潛力，在容量增強、體驗提升、站點簡化的各場景下可廣泛部署。

4.1 雙頻4T4R小結(jié)

a）中高負荷場景下的1.8 GHz改造后下行感知速率增加37.13%，隨著通道翻倍和覆蓋增強，頻譜效率得到提升，考慮無線環(huán)境和終端滲透率等因素，預(yù)計系統(tǒng)容量最高可提升至50%左右。

b）不需要新增站址，實現(xiàn)RS功率翻倍，邊緣覆蓋提升明顯，解決局部建站難問題。

表5 4T4R改造后性能指標變化

c）一個雙頻模塊相當于2個單頻模塊，節(jié)省天面空間，節(jié)省整體TCO，為5G建設(shè)蓄力。

4.2 雙頻4T4R應(yīng)用場景的建議

4.2.1滿足MBB容量演進

預(yù)計國內(nèi)主要城市熱點城區(qū)70%以上小區(qū)達到2載波需求，容量方案設(shè)計一步到位，解決未來1～2年容量需求，避免二次上站，降低整體改造成本。

a）體驗保障區(qū)域：1.8 GHz單頻擴容場景，采用1.8/2.1 GHz雙頻4T4R模塊替換現(xiàn)網(wǎng)1.8 GHz單頻2T2R或2T4R模塊，容量由單載波提升至2.4載波。

b）熱點區(qū)域：覆蓋受限的熱點區(qū)域，如住宅區(qū)、城中村和校園等用戶分布密集區(qū)域，由于樓宇密集深度覆蓋不足，居民區(qū)域建站阻撓多，造成區(qū)域內(nèi)布點選址存在瓶頸。采用4T4R較2T2R實現(xiàn)RS功率翻倍，覆蓋增強，尤其是VoLTE即將迎來商用，對提升4G網(wǎng)絡(luò)駐留能力，減少eSRVCC觸發(fā)，保障用戶語音感知有至關(guān)重要作用。

4.2.2構(gòu)建4.5G和5G的體驗基礎(chǔ)網(wǎng)，提升用戶體驗

與2T2R相比，4T4R可提升邊緣用戶體驗速率至1.4倍。在未來4R為主的終端場景，4T4R可提升頻譜效率至1.8倍。

4T4R結(jié)合多載波、256QAM可提升峰值速率接近1 Gbit/s，打造體驗基礎(chǔ)網(wǎng)。未來5G時代，eLTE下，5G手機結(jié)合4T4R，可使能Gbit/s用戶體驗，避免初期5G覆蓋區(qū)域外，4G/5G切換體驗落差過大，如圖6所示。

圖6 4T4R使能LTE Gbit/s體驗

5 結(jié)束語

“用戶體驗，唯快不破”，流量壓力不斷促進終端與網(wǎng)絡(luò)的進化。隨著5G的到來以及4T4R網(wǎng)絡(luò)部署的快速普及、芯片、終端產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，4T4R技術(shù)的價值也將逐漸突出。

目前國內(nèi)，三大運營商已將4R終端寫入終端白皮書，并在多個省份完成試點驗證。上海聯(lián)通積極探索，打造上海聯(lián)通精品網(wǎng)，4G網(wǎng)絡(luò)能力儲備以及隨著5G不斷演進，為低頻重耕做好準備逐步演進，結(jié)合5G天面整合方案部署后，單小區(qū)系統(tǒng)容量可提升50%～70%，用戶體驗速率提升60%以上，實現(xiàn)了流量釋放和用戶體驗雙提升。