校園網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與一體化微站應(yīng)用

西安匯龍科技股份有限公司 劉建勛

4G網(wǎng)絡(luò)中，校園做為一個(gè)重要的場景，擁有大量的學(xué)生用戶，品牌忠誠度高，是未來高端用戶的潛在群體。

陜西聯(lián)通根據(jù)校園網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)增長需求和趨勢，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，采用宏微協(xié)同、異頻組網(wǎng)、一體化微站部署的方案，對校園網(wǎng)絡(luò)開展結(jié)構(gòu)改造工作。有效解決了校園場景深度覆蓋和容量不足的問題。

1 研究背景

1.1 容量負(fù)荷增長

統(tǒng)計(jì)陜西省聯(lián)通部分地市業(yè)務(wù)量，從2018年1月到2019年6月之間，4G網(wǎng)絡(luò)日均業(yè)務(wù)量從40TB增長至288TB左右，增長7倍多。根據(jù)目前業(yè)務(wù)量增長趨勢，預(yù)計(jì)到2020年底，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量將迅猛增長，網(wǎng)絡(luò)容量將面臨巨大挑戰(zhàn)。

1.2 校園深度覆蓋問題

校園場景用戶主要集中在室內(nèi)，教學(xué)及宿舍樓等主要由混凝土建成，造成對無線網(wǎng)絡(luò)信號的損耗。

條件：穿一層混凝土墻和穿一層混凝土樓板情況：

LS自由空間損耗=32.45+20lgf+20lgd

L鏈路總損耗=Ls自由空間損耗+墻體損耗（混凝土樓板+混凝土墻）+衰落余量

=（32.45+20lg2100+20lg0.05）+10+13+8=103.87dbm

天線輸出功率+天線增益

=34-10lg1200+7=10.21dbm

滿足深度覆蓋需求：

RSRP=10.21-103.87=-93.66dbm

假設(shè)穿透一層混凝土墻和一層混凝土樓板情況下，采用L2100MHz頻段，計(jì)算出理想環(huán)境下距離、路徑損耗、及接收到功率關(guān)系。從以上計(jì)算結(jié)果得出結(jié)論，隨著路徑距離增加，路徑損耗和接收到功率成明顯下降趨勢

在校園場景中，宏站間距一般在400～500m，由于自由空間的損耗及房屋的阻擋，室內(nèi)無線信號RSRP一般在-110～-113dBm左右，和日常測試結(jié)果基本吻合。集團(tuán)對4G網(wǎng)絡(luò)良好覆蓋門限要求RSRP大于等于-110dBm，因此在部分校園的室內(nèi)場景中，存在深度覆蓋不足問題。

2 異頻組網(wǎng)&宏微協(xié)同解決方案

2.1 現(xiàn)網(wǎng)頻率規(guī)劃

中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)頻率總計(jì)61M，其中900MHz頻段占用6M，1800MHz頻段占用30M，2100MHz頻段占用25M。其中WCDMA使用2100M頻段中的5M，GSM使用6M，剩余50M頻率用于LTE網(wǎng)絡(luò)，除過1800MHz的20M做第一載波外，僅剩余30M帶寬可做第二第三載波擴(kuò)容，出現(xiàn)頻率資源緊缺問題。

2.2 異頻組網(wǎng)頻率方案

針對校園網(wǎng)絡(luò)存在的同頻干擾問題，我們提出異頻組網(wǎng)的方案。宏站采用L1.8G，對室內(nèi)深度覆蓋區(qū)域采用2.1G頻段。

具體頻率使用如下：

（1）LTE宏站建議采用1840-1860MHz和1830-1840MHz進(jìn)行整體覆蓋。

（2）LTE室內(nèi)小基站，建議采用2135-2155MHz、2555-2575MHz進(jìn)行深度覆蓋。

（3）針對WCDMA網(wǎng)絡(luò)建議采用2130-2135MHz覆蓋。

小微站異頻組網(wǎng)特點(diǎn)：

（1）隨著校園網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量劇增，可對現(xiàn)網(wǎng)宏站進(jìn)行第二載波擴(kuò)容。

（2）預(yù)留10M、20M分配給小基站使用，進(jìn)行靈活擴(kuò)容。

（3）小基站與宏小區(qū)容量相同，但是功率小、相互之間干擾小，布放靈活。

（4）微站異頻組網(wǎng)，可通過參數(shù)控制業(yè)務(wù)承載，范圍可大可小，有效吸收話務(wù)。

基于網(wǎng)絡(luò)分層概念，將覆蓋層與吸熱層用頻率分開，異頻組網(wǎng)后，通過異頻切換，功率調(diào)整等參數(shù)有效控制小基站覆蓋范圍。

2.3 宏微協(xié)同一體化微站部署

2.3.1 小微基站概述

小微基站一般是指單通道發(fā)射功率等級≤10w的系列產(chǎn)品，具有體積小、低功率和低功耗等特點(diǎn)，目前為區(qū)別于宏基站的基站類型的統(tǒng)稱。

小微站根據(jù)其安裝的位置可以分為室內(nèi)型和室外型。根據(jù)其是否包含基帶又可以分為一體化微基站和一體化微RRU。

2.3.2 網(wǎng)絡(luò)分層部署方案

（1）網(wǎng)絡(luò)分層

根據(jù)覆蓋范圍和功能不同，校園網(wǎng)絡(luò)可劃分為布局層、補(bǔ)盲層、吸熱層，達(dá)到精細(xì)化分層管理目的。

布局層：主要指在校園道路、綠地、廣場、足球場等開放區(qū)域，利用傳統(tǒng)宏蜂窩組網(wǎng)方式，在滿足一定站距、站高及覆蓋指標(biāo)要求下，對其進(jìn)行有效整體覆蓋。

補(bǔ)盲層：主要在校園的部分小道，小區(qū)域局部存在覆蓋不足情況的，為了補(bǔ)充解決布局層站點(diǎn)的室內(nèi)外局部無覆蓋或弱覆蓋問題，保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理與穩(wěn)定，可選用室外一體化微站、室外一體化微RRU設(shè)備靈活組網(wǎng)。

吸熱層：主要針對校園的宿舍、食堂、匯報(bào)廳、室內(nèi)體育場等區(qū)域，具有人流量密集，業(yè)務(wù)量需求大，明顯的潮汐效應(yīng)等特點(diǎn)，是校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重點(diǎn)區(qū)域。為滿足熱點(diǎn)業(yè)務(wù)吸收，保障熱點(diǎn)區(qū)域用戶感知，發(fā)展和儲備承載能力，主要采用室內(nèi)/外一體化微站、室內(nèi)/外一體化微RRU設(shè)備。當(dāng)小微站用于吸熱時(shí)，可采用異頻組網(wǎng)，減少同頻干擾。

（2）小微站部署特點(diǎn)

?對安裝位置要求低，部署位置選擇靈活，可在燈桿、墻面等上安裝。

?設(shè)備靈巧美觀，集成度高，采用POE供電，便于施工部署等優(yōu)點(diǎn)。

?小區(qū)容量與宏站相同，功率較小，相互干擾小，有利于在人流量大區(qū)域的吸熱。

?多種技術(shù)靈活運(yùn)用，采用多載波（聚合）技術(shù)、異頻異系統(tǒng)部署、扇區(qū)分裂/合并、微站外打（對打）等手段，針對不同場景需求進(jìn)行部署。

（3）異頻組網(wǎng)參數(shù)配置策略

?空閑態(tài)異頻重選策略

小基站為吸熱層，異頻組網(wǎng)，小基站信號相對做基礎(chǔ)覆蓋層的大網(wǎng)信號質(zhì)量占絕對優(yōu)勢，建議只要滿足小基站最小接入門限，UE優(yōu)先駐留在小基站上。建議將小基站優(yōu)先級設(shè)置高于大網(wǎng)。以本文為例，小基站（2100M頻段）優(yōu)先級設(shè)置高于大網(wǎng)（1800M頻段）（廠家不同，有所差異）。

情形1：服務(wù)小區(qū)優(yōu)先級低于鄰小區(qū)，服務(wù)小區(qū)為1800M頻段大網(wǎng)。

情形2：服務(wù)小區(qū)優(yōu)先級高于鄰小區(qū)，服務(wù)小區(qū)為2100M頻段小基站。

（4）小區(qū)合并策略

為了解決校園場景的潮汐效應(yīng)，充分利用載頻資源，在場景區(qū)域連續(xù)的情況下，可以對關(guān)聯(lián)場景采用小區(qū)合并技術(shù)。例如：宿舍區(qū)與教學(xué)區(qū)合并小區(qū)、大型體育場館單獨(dú)小區(qū)、食堂與宿舍區(qū)合并小區(qū)、圖書館與教學(xué)區(qū)合并小區(qū)。

（5）設(shè)備選型策略

針對校園不同場景選用不同的實(shí)施方案，見表1校園小微站解決方案。

表1 校園小微站解決方案

3 西安電子科技大學(xué)長安校區(qū)實(shí)例

3.1 整體改造方案

結(jié)合校園網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃特點(diǎn)，根據(jù)宏微協(xié)調(diào)組網(wǎng)的原則，實(shí)現(xiàn)高密度場景，解決深度覆蓋和吸熱的方案，我們以西安電子科技大學(xué)新校區(qū)做為藍(lán)本開展相關(guān)改造工作。

實(shí)施安裝：

宿舍樓室內(nèi)區(qū)域主要由PAD RRU樓頂對打方式進(jìn)行覆蓋；重要樓宇主要依據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分區(qū)域規(guī)劃，空曠過道區(qū)域由PAD RRU覆蓋，密集高話務(wù)區(qū)域由QCell覆蓋。

遠(yuǎn)望谷體育館由于體量較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是典型的點(diǎn)域覆蓋場景，按照人員活動(dòng)方向劃分區(qū)域，利用PAD RRU覆蓋人行通道、QCell覆蓋坐席看臺，做到無縫覆蓋。

3.2 網(wǎng)絡(luò)效果評估

精準(zhǔn)規(guī)劃、施工和優(yōu)化調(diào)整后，校園內(nèi)RSRP>-105的采樣點(diǎn)占比從80.72%提升到96.53%，提升了15.8%，校園整體RSRP基本大于-105dBm，覆蓋得到明顯改善。

CQI>6的采樣點(diǎn)占比由83.97%提升到93.6%，提升了10.6%，質(zhì)量得到明顯改善。

室內(nèi)區(qū)域，以8號、12號號宿舍樓區(qū)域，微站開通后宿舍樓內(nèi)平均RSRP覆蓋在-82.5dBm左右，SINR質(zhì)量在18dB左右，業(yè)務(wù)下載速率在43Mbps，整體覆蓋和質(zhì)量相對開通前得到明顯改善。

3.3 經(jīng)驗(yàn)推廣

在西安電子科技大學(xué)長安校區(qū)，通過采用“異頻組網(wǎng)，宏微協(xié)同，一體化微站立體覆蓋”的方案實(shí)施。通過分層組網(wǎng)，宏站采用L1.8G整體覆蓋，微站采用L2.1G覆蓋熱點(diǎn)區(qū)域的方式，能夠有效地解決校園網(wǎng)的深度覆蓋不足、同頻干擾、業(yè)務(wù)負(fù)荷高的問題，提高了校園用戶的感知。

隨著校園網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的不斷增長，為了解決4G網(wǎng)絡(luò)存在的深度覆蓋和容量不足的問題。陜西聯(lián)通結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況，采用“異頻組網(wǎng)，宏微協(xié)同，一體化微站立體覆蓋”的校園網(wǎng)綜合解決方案，有效解決LTE網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋不足及容量不足問題，增加了系統(tǒng)容量，提高了用戶感知。