校園5G室分Lampsite建設方案仿真分析

李晉英，祁育仙，王俊峰，張逢飛

（1.山西信息規(guī)劃設計院有限公司，山西 太原 030012；2.山西世恒鐵路技術有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

據(jù)工信部發(fā)布的通信業(yè)統(tǒng)計公報顯示，2020年我國全部已開通5G基站超過71.8萬個，5G網絡已覆蓋全國地級以上城市及重點縣市。隨著5G基站部署，學校校園、大型商業(yè)購物中心、五星級賓館酒店等場景的口碑樓宇5G覆蓋成為通信網絡覆蓋的重點[1]。2019年3月，上海聯(lián)通、上海工程技術大學已攜手建成滿足3GPP NSA架構的“3.5GHz 5G+人工智能應用聯(lián)合創(chuàng)新實驗室”并正式投入使用，該校園共部署5G室外宏站5個，室內型微基站1個，實現(xiàn)校園、辦公區(qū)、科研區(qū)、宿舍區(qū)的5G信號覆蓋，使上海工程技術大學成為全國首個實現(xiàn)5G網絡深度覆蓋的高校，加快了校園5G覆蓋進程，如何進行校園5G覆蓋已成為通信網絡覆蓋的一大焦點[2]。而歷年來室分各種建筑物覆蓋一般先挑選試點進行設計，施工開通后測試覆蓋效果，再根據(jù)試點測試結果，推廣到類似場景建筑物的方案設計。采用經驗性的方案設計有可能存在弱覆蓋區(qū)域需要整改，使得工程項目建設成本、工期增加。

如何對覆蓋區(qū)域一次性做好覆蓋是所有設計員應該認真考慮的問題之一。而Ranplan軟件可以在設計施工前對建筑物進行建模仿真，通過調整信源功率、天線數(shù)量等方式對各種制式的網絡進行設計，以達到比較好的覆蓋效果。針對校園4G、5G網絡覆蓋，對某校園宿舍樓3#使用Ranplan軟件進行仿真，通過展示在不同的信源發(fā)射功率、不同設備數(shù)量安裝下該宿舍樓4G、5G網絡的覆蓋質量指標，分析了校園宿舍路區(qū)域的容量需求，進而提出一些校園5G Lampsite覆蓋方案建議，為校園5G室分Lampsite方案設計提供一些參考[3]。

2 校園網絡仿真分析

2.1 校園仿真建模

目前主流的傳播模型有COST 231-Hata和3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型，COST 231-Hata模型是COST工作委員會開發(fā)的Okumura-Hata模型的擴展版本，適用于2GHz以下頻率范圍，3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型頻率使用范圍是0.5GHz-100GHz。Ranplan仿真軟件采用的傳播模型正是基于3GPP TR38.901的ITU傳播模型，是一款室內外聯(lián)合仿真工具，可以實現(xiàn)宏基站、常規(guī)DAS室分系統(tǒng)、新型室分系統(tǒng)的建模與仿真。

現(xiàn)在支持4G-1800M+5G-3500M制式的PRRU產品的發(fā)射功率有250mW和500mW兩種，基于這兩種發(fā)射功率的PRRU信源，采用Ranplan仿真軟件對該宿舍樓3#進行建模。圖1、圖2分別是某校園宿舍樓3#的1F、2F-6F的建筑結構圖。

圖1 宿舍樓3#-1F建筑結構圖

圖2 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑結構圖

2.2 校園不同發(fā)射功率下的4G、5G網絡仿真結果及分析

在宿舍樓3#每層安裝布放3個PRRU，采用光電復合纜連接到RHUB，在250 mW和500 mW兩種不同的發(fā)射功率下，采用Ranplan仿真軟件對該宿舍樓3#添加Lampsite分布系統(tǒng)后的建筑建模覆蓋平面圖如圖3、圖4所示：

圖3 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖4 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發(fā)射功率為250mW時，校園宿舍樓3#的4G、5G網絡覆蓋質量指標仿真結果如圖5-圖8所示：

圖5與圖6顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95.53%，滿足聯(lián)通口碑場景4G覆蓋要求（RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95%）。

圖5 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-250mW

圖6 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-250mW

圖7與圖8顯示：宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為86.26%，小于90%，不滿足聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標網指標（RSRP≥-110 dBm的占比要大于等于95%），圖中空白區(qū)域是收不到5G信號的區(qū)域。

圖7 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結果-250mW

圖8 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-250mW

PRRU發(fā)射功率為500mW時，宿舍樓3#的4G、5G網絡覆蓋質量指標仿真結果如圖9-圖12所示：

圖9與圖10顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于97.08%，滿足聯(lián)通口碑場景4G覆蓋要求。PRRU設備數(shù)量相同時，PRRU為250mW時，4G覆蓋滿足要求，PRRU功率增大1倍，4G的覆蓋肯定也滿足要求，軟件的仿真結果符合常理。

圖9 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-500mW

圖10 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-500mW

圖11與圖12顯示：該宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為89.19%，亦小于90%，也不滿足聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標網指標。

圖11 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結果-500mW

圖12 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-500mW

以上測試結果說明PRRU發(fā)射功率為500mW相比250mW，4G RSRP占比在-60dBm到-40dBm區(qū)間提升最明顯，占比至少提升2.57%，大于等于-105dBm占比95%以上整體至少提升1.55%；5G SS RSRP占比在-70 dBm到-50dBm的區(qū)間內提升幅度最大，SS RSRP值大于-110dBm的占比至少提升2.50%。由此可見，PRRU發(fā)射功率提升1倍，4G、5G網絡的覆蓋質量都有所提升，且5G的覆蓋質量提升效果優(yōu)于4G。

2.3 校園不同設備數(shù)量下的仿真結果及分析

基于5G覆蓋效果不能達到聯(lián)通運營商要求，修改了宿舍樓3#的PRRU設備布放數(shù)量，每層增加1個，每層平均安裝布放4個，建筑建模并添加Lampsite分布系統(tǒng)后的覆蓋平面圖如圖13、圖14所示：

圖13 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖14 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發(fā)射功率為250mW時，校園宿舍樓3#的4G、5G網絡的覆蓋質量指標仿真結果如圖15-圖18所示：

由圖15-圖18可知：每層增加1個PRRU，4G的弱覆蓋區(qū)域明顯得到了改善，覆蓋更均勻。與圖5-圖8相比，5G SS RSRP大于等于-110dBm值的占比大幅提升，覆蓋更加均勻，與圖9-圖12相比，5G SS RSRP值更高，且圖中無信號的空白區(qū)域明顯減少。

圖15 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-250mW

圖18 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-250mW

3 校園容量分析

騰訊王卡、冰激凌套餐等不限流量產品的迅速發(fā)展使得校園網絡面臨巨大的容量和負荷壓力。

為了驗證上述仿真校園為高負荷校園，對該校園進行了日均話務量和流量統(tǒng)計，統(tǒng)計結果表明：該校園日均流量3769.39GB，日均話務量2663.18Erl，最大用戶數(shù)4664，平均PRB利用率77.73%，RRC最大連接用戶數(shù)大于50，根據(jù)目前5G校園網建設原則可判定該校園為4G高負荷站點。而校園中宿舍樓區(qū)域是流量話務量需求最大的區(qū)域，可見該校園中宿舍樓區(qū)域為高負荷區(qū)域，那么該校園宿舍樓區(qū)究竟需要配置多少容量可以滿足需求？該校園共有8棟宿舍樓，共居住學生4000人，聯(lián)通市場占有率為40%，根據(jù)后臺指標統(tǒng)計，忙時用戶RRC激活率為60%，下行占空比為15%。按4G下行5Mb/s、5G下行50 Mb/s的速率保障用戶感知的情況下，該區(qū)域共需要配置14.4個20MHz帶寬的4G載扇和9個100 MHz帶寬的5G載扇。表1、表2是對該校園8棟宿舍樓區(qū)域的4G、5G容量預測結果。

圖16 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-250mW

表1 宿舍樓區(qū)域4G容量配置需求預估

表2 宿舍樓區(qū)域5G容量配置需求預估

目前該校園宿舍樓區(qū)域開通6個20MHz帶寬的4G載扇、7個100MHz帶寬的5G載扇，4G、5G容量均需要進一步提升。采用Lampsite的覆蓋方式，可以按每個RHUB劃分1個小區(qū)或者幾個RHUB合并劃分1個小區(qū)，后期有可能擴展到每個PRRU劃分1個小區(qū)，方便提升校園容量。

4 結束語

由以上分析可知：增加1倍的PRRU發(fā)射功率，會改善4G和5G網絡覆蓋質量，但增加PRRU的數(shù)量，弱覆蓋和無信號區(qū)域會更明顯得到改善，區(qū)域覆蓋更加均勻。可見對于校園宿舍樓，增加PRRU數(shù)量比增加PRRU的發(fā)射功率覆蓋質量效果會更好，但校園宿舍樓5G覆蓋要達到聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標網指標（RSRP≥-110dBm的占比要大于等于95%）的要求會比較困難?？梢?，對校園宿舍樓做5G覆蓋的Lampsite方案設計時，對于長度為60m的宿舍樓，橫向至少應放置4個PRRU設備，才可以更好地實現(xiàn)5G覆蓋。該結論能夠對校園樓宇的5G Lampsite方案設計提供一些參考，也能夠對多隔段的賓館酒店、商業(yè)購物區(qū)等覆蓋場景的5G Lampsite方案設計提供一定依據(jù)。