5G時代城市快速路覆蓋解決方案研究

牛劍峰 羅嘉瀅 劉宣旺 谷澍

【摘要】? ? 針對城市快速路5G覆蓋中存在的信號覆蓋弱與控制難，易出現(xiàn)重疊覆蓋，越區(qū)覆蓋，快衰和弱覆蓋的問題，本文首先從城市快速路的具體場景分析入手，然后從場景分析、覆蓋規(guī)劃和優(yōu)化3個方面研究城市快速路的覆蓋解決方案，為運營商在城市快速路場景快速部署5G網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵字】? ? 城市快速路 5G業(yè)務(wù)模型? ? 鏈路預(yù)算? ? 權(quán)值優(yōu)化

引言：

隨著城市不斷發(fā)展，交通負(fù)荷也隨之增加，采用城市快速路可以有效緩解城市交通壓力。但該場景具有建筑物密集，高樓阻擋等場景特殊性，這就為5G信號覆蓋及優(yōu)化帶來了困難。因此如何利用工程整改及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)讓5G信號均勻全覆蓋高架橋快速路的同時減少基站間干擾保證高架橋快速路上的5G通信質(zhì)量成為廣大運營商首要解決的問題。本文將城市快速路作為特殊場景進行專項研究該場景下的5G組網(wǎng)建設(shè)及優(yōu)化方案，旨在指導(dǎo)快速推進5G時代城市快速路精品網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和建設(shè)。

一、城市快速路5G覆蓋的場景分析

根據(jù)城市快速路的特征，其主要形式有兩種：平面專線式、高架橋式、路塹隧道式。

1.平面專線式：

主要服務(wù)中心城區(qū)與周邊城鎮(zhèn)、重要旅游景點通道和聯(lián)系城區(qū)外圍交通樞紐、港口、高速公路出入口的集散通道。該場景下視野良好，無線傳播以視距覆蓋為主。

2.路塹隧道式：

在十字路口采用下挖式構(gòu)造，當(dāng)車輛經(jīng)過改路段時，如同在凹槽底部。該場景下，當(dāng)汽車從隧道外進入隧道內(nèi)，隧道外大網(wǎng)信號經(jīng)隧道洞口的嚴(yán)重阻擋侯在隧道內(nèi)信號將迅速衰減，劇烈下降，形成明顯的拐角效應(yīng)，很容易引發(fā)掉話，因此需要注意隧道內(nèi)外的信號覆蓋銜接設(shè)計。

3.高架橋式：

通常架設(shè)在離地面幾米到幾十米的空中，路面為線性開放，通行能力大、道路兩側(cè)橫向溝通較方便。高架會穿越多種場景區(qū)域，車道交叉縱橫，可能是高樓林立的密集城區(qū)，也可能是和高架一樣高的普通城區(qū)，由于特殊的環(huán)境特點，致使高架橋信號覆蓋與控制較難，易出現(xiàn)重疊覆蓋，越區(qū)覆蓋，快衰和弱覆蓋等問題[2]。

二、城市快速路5G規(guī)劃方案

2.1 規(guī)劃目標(biāo)建議

目前城市高架橋快速路以2K 視頻+智能手機、4K 視頻+HDTV/VR（如表1 所示）等eMBB業(yè)務(wù)為主[3]，同時未來業(yè)務(wù)將以“高清視頻”為主，成為流量增長的核心。高架橋用戶大部分時間處于高速度運行，邊緣速率規(guī)劃建議按照 4K 視頻業(yè)務(wù)需求：下行速率應(yīng)大于50兆比特每秒，上行速率初期建議大于1兆比特每秒，后續(xù)根據(jù)不同的覆蓋目標(biāo)進行調(diào)整，可分階段參考大于5兆比特 每秒。

2.2 鏈路預(yù)算分析

合理的站址規(guī)劃不僅可以充分利用現(xiàn)有資源同時站址規(guī)劃也會盡可能的合理。業(yè)務(wù)信道小區(qū)半徑估算分析如表2所示，從中可以分析得出城區(qū)站址密度較郊區(qū)更密。使用NR2.6G 64T設(shè)備，按照邊緣速率下行50Mbps、上行1.0Mbps的小區(qū)邊緣速率，進行鏈路預(yù)算，得到密集城區(qū)小區(qū)覆蓋256.42米，郊區(qū)小區(qū)覆蓋561.63米

三、 城市快速路5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化建議

由于城市高架道路存在距離地面較高，部分路段距地面高度超過27m，道路常規(guī)規(guī)劃策略不能完全滿足覆蓋需求;個別站點因掛高不合理導(dǎo)致5G AAU天面阻擋導(dǎo)致無法有效覆蓋高架路段;周邊地理環(huán)境較空曠，很難達到高rank值，測試速率受到影響等場景特點，本文從工程建設(shè)整改及越區(qū)覆蓋優(yōu)化，切換優(yōu)化，2G/3G互操作及5G天饋權(quán)值優(yōu)化出發(fā)，對高架橋覆蓋進行全方面優(yōu)化。

3.1? 工程建設(shè)與整改

在工程建設(shè)設(shè)計方面做如下方案，即5G宏站站間距不大于400m，5G AAU掛高不低于35m，對于站間距不合理問題，如果是快速路兩旁有高層住宅樓的路段，可以在高層住宅樓樓頂安裝AAU來補點。對于站點掛高不合理問題，通過現(xiàn)場查勘后輸出整改方案，將有阻擋的AAU提升掛高至不被阻擋的區(qū)域，重新設(shè)計方位角，使優(yōu)化保障區(qū)域覆蓋正常。

3.2 越區(qū)覆蓋優(yōu)化

正常情況下，高架橋快速路小區(qū)呈鏈型分布。但部分小區(qū)可能因天線掛高過高、下傾角過小、地勢起伏等原因?qū)е略絽^(qū)覆蓋。

周圍宏站越區(qū)覆蓋，如果越區(qū)覆蓋信號來自周圍宏站，為保證高架橋快速路信號的連續(xù)性，需要調(diào)整周圍宏站以減小對高架橋快速路的影響。并做如下調(diào)整：加大周圍基站的下傾角;調(diào)整天線方位，降低導(dǎo)頻功率，降低天線高度。

3.3 切換優(yōu)化

通過對城市快速路的覆蓋控制，形成有序的小區(qū)分布，可保證城市快速路的平滑切換。通過城市快速路的切換參數(shù)和重選參數(shù)，與大網(wǎng)配置相同即可。針對切換區(qū)過小的情況，宜擴大信號的重疊區(qū)，信號重疊區(qū)應(yīng)大于100m。對于因切換不及時造成的掉話一般的解決方法為，針對急轉(zhuǎn)彎或連續(xù)急轉(zhuǎn)彎的高速公路路段，建議將天線架設(shè)在轉(zhuǎn)彎處，實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。如轉(zhuǎn)彎兩側(cè)的小區(qū)覆蓋連接儲存在弱信號，可考慮配置偏移量，加速轉(zhuǎn)彎處的切換或小區(qū)重選速度。

3.4? 5G天饋權(quán)值優(yōu)化

針對不同場景的特點對天線權(quán)值的調(diào)整及優(yōu)化可以有效解決不同場景的覆蓋情況。對于密集的城區(qū)，由于樓宇阻擋信號明顯，邊緣覆蓋要求高，適用65°半功率角天線覆蓋。對于高架橋快速路，由于話務(wù)范圍窄長，覆蓋重點是波束寬度窄，適用30°半功率角天線覆蓋;郊區(qū)，農(nóng)村由于面積廣建筑較稀疏的特點，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中重點再覆蓋范圍，因此適用90度半功率天線覆蓋。

四、優(yōu)化結(jié)果對比

大同高架快速干線是大同市著力構(gòu)建的首個快速化綜合立體交通體系，主線高架橋為雙向六車道，地面道路為雙向八車道，西起平城區(qū)大慶路，東至云州區(qū)文瀛東三路，全長13.07公里。通過路測數(shù)據(jù)得知整體下載速率不合格，下載速率為375.06Mbps左右。

對于站高和基站間距正常的，就用正常的天線權(quán)值3，水平65度，垂直6度，對于特殊情況下郊區(qū)沿線農(nóng)村站間距大于標(biāo)準(zhǔn)站間距的，用水平65改成25度，垂直6度，和城區(qū)高架橋距離地面較高導(dǎo)致相對站間距不足的情況可以，水平65度，垂直6度改成25度。調(diào)整后復(fù)測，下載速率為779.23Mbps。

五、結(jié)束語

5G時代背景下用戶對城市快速路高架橋上的網(wǎng)絡(luò)覆蓋性，業(yè)務(wù)質(zhì)量等眾多網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)提出了更高的要求，如何在城市快速路越來越重要的情況下保障網(wǎng)絡(luò)性能，保證客戶感知，成為運營商迫切需要解決的問題。本文以大同城市快速路為例，從場景特點入手分析了城市快速路的覆蓋特點，推到規(guī)劃建設(shè)思路，并結(jié)合多元化優(yōu)化方法從工程建設(shè)整改及5G天饋權(quán)值優(yōu)化出發(fā)，對城市快速路覆蓋進行全方面優(yōu)化，穩(wěn)步提升高架橋5G網(wǎng)絡(luò)性能，并取得成效。

參? 考? 文? 獻

[1] 劉明爽. 關(guān)于移動無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)的探討[J]. 中國新通信， 2013（12）：88-89.

[2] 陳德榮， 劉永乾， 蔣麗. 移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與工程設(shè)計[M]. 北京郵電大學(xué)出版社， 2010.

[3] 楊峰義， 張建敏， 王海寧. 《5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)》[J]. 自動化博覽， 2019， No.313（10）：13-13.

[4] R. He， Z. Zhong， and B. Ai， “Path loss measurements and analysis for high-speed railway viaduct scene，” in Proc. 4th Int. Wireless Commun. Mobile Comput. Conf.， 2010， pp. 266–270.

[5] J. Lu， G. Zhu， and B. Ai， “Radio propagation measurements and modeling in railway viaduct area，” in Proc. 6th Int. Conf. Wireless Commun. Netw. Mobile Comput.， 2010， pp. 1–5.