居民區(qū)室內(nèi)深度覆蓋方案研究與應(yīng)用

武曉凱，馮慧瓊，張 搏，朱 琳，楊 超

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司 太原分公司，山西 太原 030000；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司，山西 太原 030000）

0 引 言

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，樓宇建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于網(wǎng)絡(luò)的覆蓋速度，越來越多的弱覆蓋區(qū)域迫切需要進(jìn)行信號(hào)覆蓋，尤其是室內(nèi)用戶深度覆蓋的問題日益凸顯。傳統(tǒng)的4G/5G 頻段組合和不同類型設(shè)備組合是當(dāng)前高層樓宇覆蓋的主流解決方式，雖然能在一定程度上解決居民區(qū)弱覆蓋的問題，但是局限性也很明顯。因此，文章針對(duì)各自的局限性，采用統(tǒng)籌、靈活組合的組網(wǎng)方式，探索新型覆蓋解決方案[1]。

1 4G/5G 互操作參數(shù)研究應(yīng)對(duì)深度覆蓋

1.1 空閑態(tài)重選

獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）和長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）網(wǎng)絡(luò)重選遵循高低優(yōu)先級(jí)重選規(guī)則，互相可以重選。建議5G 用戶終端（User Equipment，UE）優(yōu)先駐留新空口（New Radio，NR）網(wǎng)絡(luò)。在NR 覆蓋質(zhì)量滿足區(qū)域終端駐留或重選到NR網(wǎng)絡(luò)，離開NR 覆蓋范圍重選到LTE 網(wǎng)絡(luò)。

將NR 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最高，LTE 優(yōu)先級(jí)設(shè)置為中，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）優(yōu)先級(jí)設(shè)置為低。不同優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間，通過異頻異系統(tǒng)小區(qū)測(cè)量規(guī)則和不同優(yōu)先級(jí)重選規(guī)則進(jìn)行重選控制，以保證5G 終端在NR滿足覆蓋的區(qū)域優(yōu)先占用NR網(wǎng)絡(luò)。在NR無覆蓋區(qū)域，重選到LTE 等其他低優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)[2]。

1.2 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)態(tài)切換

SA 和LTE 之間數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)態(tài)基于覆蓋測(cè)量的切換均采用A1/A2+B1（B2）事件進(jìn)行（事件B1 或B2 可配置）。整體原則是在NR 覆蓋區(qū)域5G 終端優(yōu)先駐留在NR 進(jìn)行業(yè)務(wù)，在NR 覆蓋不連續(xù)區(qū)域，切換到LTE 小區(qū)以保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

從NR 到LTE，基于覆蓋的切換采用A1/A2+B1事件，當(dāng)UE 移動(dòng)到NR 覆蓋邊緣，基于覆蓋切換到LTE。從LTE 向NR，NR 優(yōu)先級(jí)最高。在NR 覆蓋質(zhì)量滿足要求的情況下，5G 終端從低層網(wǎng)絡(luò)切換到NR 網(wǎng)絡(luò)。從LTE 向NR 的基于覆蓋的切換采用A1/A2+B1 事件進(jìn)行[3]。

本著5G終端優(yōu)先使用5G，5G感知優(yōu)于4G的原則，對(duì)4G/5G 切換門限設(shè)置分電平進(jìn)行，分別對(duì)比不同設(shè)置下的前臺(tái)用戶速率差異。對(duì)比小區(qū)5G到4G切換、4G 到5G 重定向成功率以及NR 小區(qū)的感知速率變化，進(jìn)而摸索適用于深度覆蓋和快衰場(chǎng)景的參數(shù)門限，以保證用戶感知。

1.3 語音業(yè)務(wù)切換或回落

當(dāng)前，協(xié)議語音上只支持LTE 和NR 之間的互操作，支持5G 回落到LTE 用長(zhǎng)期演進(jìn)語音承載（Voice over Long-Term Evolution，VoLTE），但不支持NR 回落到2G/3G。語音回落LTE 支持2 種方式，即切換和重定向[4]。

移動(dòng)已基本實(shí)現(xiàn)VoLTE 的連續(xù)覆蓋。在5G 建網(wǎng)初期，5G 網(wǎng)絡(luò)還不連續(xù)。在5G 未部署新空口承載語音（Voice over New Radio，VoNR）之前，回落LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行VoLTE為首選語音方案。用戶發(fā)起語音業(yè)務(wù)，即回落到LTE 網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)起VoLTE 業(yè)務(wù)。VoLTE 業(yè)務(wù)釋放后，基于4G 到5G 的異系統(tǒng)測(cè)量與切換完成快速回落（Fast Return）流程而返回NR 網(wǎng)絡(luò)。

1.4 小 結(jié)

目前，高層的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度，網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋不足問題越發(fā)明顯。為了保證用戶盡可能駐留SA 網(wǎng)絡(luò)、NR 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量不低于4G 網(wǎng)絡(luò)，并且使5G 演進(jìn)的分組系統(tǒng)（Evolved Packet System，EPS）語音質(zhì)量感知較好，需要研究當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)情況下深度覆蓋場(chǎng)景及快衰場(chǎng)景重選、切換、語音EPS 參數(shù)策略。

針對(duì)居民區(qū)深度覆蓋場(chǎng)景，通過各項(xiàng)參數(shù)邊緣門限驗(yàn)證對(duì)比，在保證用戶實(shí)際感知的情況下，總結(jié)出相應(yīng)的參數(shù)。隨著5G 覆蓋的日趨完善與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步演進(jìn)，以及行業(yè)應(yīng)用的逐漸拓展，后續(xù)的策略參數(shù)需要結(jié)合日常優(yōu)化和行業(yè)應(yīng)用進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化。

2 硬件覆蓋方案研究應(yīng)對(duì)深度覆蓋

2.1 傳統(tǒng)覆蓋方案分析

當(dāng)前主流傳統(tǒng)覆蓋方案主要有3 種：樓頂對(duì)打、樓頂宏站以及周邊宏站。

（1）樓頂對(duì)打。該方案的優(yōu)點(diǎn)是物業(yè)協(xié)調(diào)難度小、建設(shè)造價(jià)成本低、可以基本解決15 層以下樓宇高度的覆蓋問題。其局限性是傳統(tǒng)射燈天線垂直/水平波瓣覆蓋能力較差，且E 頻段穿透能力相對(duì)弱。

（2）樓頂宏站。該方案的優(yōu)點(diǎn)是物業(yè)協(xié)調(diào)難度小、宏站周邊附近樓宇可全覆蓋、室內(nèi)深度覆蓋穿透性強(qiáng)。其局限性是塔下陰影、越區(qū)覆蓋問題嚴(yán)重，距宏站較遠(yuǎn)的樓宇覆蓋相對(duì)較弱，遠(yuǎn)處占用用戶易造成通話感知差，甚至掉話現(xiàn)象[5]。

（3）周邊宏站。該方案的優(yōu)點(diǎn)是不涉及樓宇物業(yè)協(xié)調(diào)、覆蓋范圍廣且可兼顧道路覆蓋。其局限性是無法針對(duì)性深度覆蓋特定樓宇。

2.2 新型覆蓋方案探索

傳統(tǒng)的樓頂對(duì)打、樓頂宏站、周邊宏站是當(dāng)前高層樓宇覆蓋的主流解決方案，這些方案可以在一定程度上解決居民區(qū)弱覆蓋的問題，但是局限性也很明顯。針對(duì)各自的局限性，積極研究并探索出5 種新型覆蓋解決方案[6]。

（1）新型樓宇天線。新型樓宇天線的水平及垂直覆蓋面優(yōu)于射燈天線，通道旁瓣雙通道強(qiáng)，但主瓣方向深度覆蓋劣于射燈天線。新興樓宇天線覆蓋高層有優(yōu)勢(shì)，適用于樓間距較小、樓體相對(duì)薄、通透性較好的場(chǎng)景。20 層以上的高層樓宇，可以采取上對(duì)打的方式覆蓋，超過40 層的高層樓宇，采用上下同時(shí)對(duì)打的方式覆蓋。

（2）頻段選型。該方案的優(yōu)勢(shì)是可以充分利用900 MHz/1800 MHz 頻譜較強(qiáng)的穿透能力，彌補(bǔ)E 頻段在室內(nèi)覆蓋薄弱區(qū)域的缺點(diǎn)，較好地解決復(fù)雜的高層樓宇內(nèi)因深度覆蓋不足而導(dǎo)致的語音業(yè)務(wù)質(zhì)量差的問題。其局限性是現(xiàn)網(wǎng)存在較多頻分雙工（Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD）900 MHz 直放站，存在干擾且排查難度高，F(xiàn)DD1800 MHz 資源較難挖潛。

（3）燈箱基站。該方案的優(yōu)勢(shì)是具有良好的隱蔽性，避免了用戶因害怕輻射而導(dǎo)致的糾紛問題，入場(chǎng)施工溝通較容易，同時(shí)可以有效保障燈箱基站能安裝在較合理的位置，具有較為理想的覆蓋效果。燈箱天線目前安裝4G E 頻段或者D 頻段宏站射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU），支持5G 頻段，為后期的5G 升級(jí)提供便利。其局限性是相比普通地面射燈天線，成本投入較高。

（4）樓頂斜抱桿宏站。該方案的優(yōu)勢(shì)是樓頂物業(yè)協(xié)調(diào)難度小、建設(shè)施工難度小、租金低、穿透性強(qiáng)、越區(qū)覆蓋以及塔下陰影現(xiàn)象可控。其局限性是距宏站較遠(yuǎn)的樓宇覆蓋相對(duì)較弱。

（5）EasyMacro。該方案的優(yōu)勢(shì)是樓頂物業(yè)協(xié)調(diào)難度小、建設(shè)施工難度小、租金低以及穿透性強(qiáng)。EasyMacro 垂直/水平波束均可調(diào)，且支持FDD1800 MHz與5G 頻段。通過增加EasyMacro 微站，可以針對(duì)性解決深度覆蓋問題。其局限性是距較遠(yuǎn)的樓宇覆蓋相對(duì)較弱，需多點(diǎn)位增設(shè)微站。

2.3 多種覆蓋方案組合應(yīng)用

在實(shí)際居民區(qū)場(chǎng)景中，由于樓宇排列、高度、樓間距、造型、戶型以及墻體損耗等特點(diǎn)，單一的方案可能無法滿足室內(nèi)深度覆蓋的需求。因此，文章基于3 種現(xiàn)有的傳統(tǒng)覆蓋方案，結(jié)合5 種新型覆蓋補(bǔ)充解決方案，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用統(tǒng)籌、靈活的方式進(jìn)行覆蓋方案組合應(yīng)用（見圖1），更加有效、徹底地解決高層樓宇深度覆蓋不足的問題，實(shí)現(xiàn)不同居民區(qū)場(chǎng)景的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。

2.3.1 樓頂宏站+EasyMacro 覆蓋組合

宏站+EasyMacro 覆蓋屬于應(yīng)用圖1 中的②⑧組合方案。以某小區(qū)的15 棟高層住宅為例，周邊宏站受樓宇阻擋而導(dǎo)致室內(nèi)深度覆蓋不足。因此，提出在樓頂新建宏站來解決深度覆蓋不足的問題，但是12 號(hào)樓位于樓頂宏站覆蓋邊緣，因此增加EasyMacro天線補(bǔ)充深度覆蓋。方案實(shí)施后，整體覆蓋率由85.26%提升至97.18%。選取用戶在其家中進(jìn)行實(shí)測(cè)，整體覆蓋電平由-105 dBm 提升至-87 dBm，提升約18 dBm。

2.3.2 宏站+樓底對(duì)打（E 頻段）覆蓋組合

宏站+樓底對(duì)打（E 頻段）覆蓋屬于應(yīng)用圖1 中的②④組合方案。以某小區(qū)10 棟高層住宅為例，物業(yè)允許樓頂新建宏站，樓底做射燈對(duì)打，應(yīng)用宏站+樓底對(duì)打組合方案。方案實(shí)施后，樓內(nèi)深度覆蓋得到明顯改善，室外小區(qū)道路綜合覆蓋率由85.01%提升到99.19%；低層樓宇的室內(nèi)覆蓋率由83.59%提升到98.23%。選取用戶在其家中進(jìn)行實(shí)測(cè)，整體覆蓋電平由-108 dBm 提升至-86 dBm，提升約22 dBm。

2.3.3 樓頂對(duì)打（E 頻段）+樓底燈箱基站組合

樓頂對(duì)打（E 頻段）+樓底燈箱屬于應(yīng)用圖1 中的①⑥組合方案。以某大中型高層小區(qū)為例，由于樓底院內(nèi)綠化、路面硬化，物業(yè)不允許破路施工，實(shí)地勘察樓宇分布后，決定采用樓頂宏站（每個(gè)扇區(qū)分別放在不同的樓宇）與樓底燈箱基站覆蓋的方案，既能解決整個(gè)小區(qū)的信號(hào)覆蓋問題，又不會(huì)破壞小區(qū)綠化結(jié)構(gòu)整體布局。在小區(qū)內(nèi)新增4 個(gè)宣傳欄美化基站，同時(shí)在樓頂增設(shè)12個(gè)對(duì)打天線（E頻段）。應(yīng)用該組合方案后，小區(qū)整體覆蓋率由78.56%提升至98.87%。

2.3.4 FDD900 頻段選型設(shè)備+新型樓宇天線組合

FDD900 頻段選型設(shè)備+新型樓宇天線應(yīng)用圖1中的④⑤組合方案。以某小區(qū)住宅為例，該小區(qū)共13 棟樓，每棟樓43 層，屬于市區(qū)內(nèi)的超高樓層。傳統(tǒng)的射燈天線不足以覆蓋整面樓棟，因此需使用新型樓宇天線進(jìn)行覆蓋，同時(shí)采用疊加FDD 900 MHz 頻段的方式彌補(bǔ)穿透力不足的弱點(diǎn)，疊加采用樓底覆蓋增強(qiáng)的方案。實(shí)施該組合方案后，小區(qū)內(nèi)道路覆蓋率由71.37%提升至98.81%，室內(nèi)覆蓋率由65.33%提升至96.75%。

3 結(jié) 論

現(xiàn)網(wǎng)居民區(qū)樓宇結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同一種方案無法滿足所有樓層深度覆蓋需求，因此基于現(xiàn)有3 種傳統(tǒng)覆蓋方案，結(jié)合5 種新型覆蓋補(bǔ)充解決方案，通過傳統(tǒng)覆蓋和新型覆蓋方案靈活組合的形式，滿足不同類型、不同高度、不同場(chǎng)景居民區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采用統(tǒng)籌、靈活、組合的覆蓋方案，實(shí)現(xiàn)不同居民區(qū)場(chǎng)景的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。