5G高密重載場景ToB/ToC組網(wǎng)策略研究

王 蕾，曾 偉，宋 揚，常 虹（中國聯(lián)通北京分公司，北京 100072）

1 概述

2022 年冬奧會開閉幕式采用5G 技術(shù)實施多類型用戶的需求保障，面臨著高密重載組網(wǎng)、高爆發(fā)、多樣化應(yīng)用、數(shù)智能力創(chuàng)新等多種難題和挑戰(zhàn)。此前，5G應(yīng)對無線網(wǎng)絡(luò)高密度用戶、高容量爆發(fā)極端場景的技術(shù)手段和組網(wǎng)方式還不是很完善。本技術(shù)方案針對5G 網(wǎng)絡(luò)在大型體育場館高密重載場景下組網(wǎng)能力進行探討，將指導(dǎo)面向冬奧服務(wù)保障的5G 網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠、多樣創(chuàng)新的組網(wǎng)模式設(shè)計，打造以5G 為基礎(chǔ)的全新保障模式。新方案在有效保障普通ToC用戶網(wǎng)絡(luò)感知的情況下，也能有效提供ToB 多樣化創(chuàng)新應(yīng)用的能力和接口。國家體育場5G 高密重載組網(wǎng)在冬奧全場景5G 大連接能力基座基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多種創(chuàng)新、多點突破。以國家體育場實施的高密重載網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，結(jié)合5G技術(shù)打造一系列智慧應(yīng)用，在高速率、低時延、大連接的5G網(wǎng)絡(luò)保障下，支撐智慧觀賽、智慧參賽、智慧辦賽創(chuàng)新，實現(xiàn)5G技術(shù)賦能智慧冬奧（見圖1）。

圖1 冬奧5G大連接能力示意

2 需求分析

國家體育場為2022年冬奧會非競賽場館，承接冬奧會開、閉幕式，場館人數(shù)最高可達15萬人，包含運動員、國家奧委會官員、奧運會工作人員、新聞媒體、轉(zhuǎn)播商、國內(nèi)和國際觀眾等，需求差異明顯。

無線網(wǎng)絡(luò)資源為共享模式，單小區(qū)單用戶下行最高速率可達1 Gbit/s，上行可達200 Mbit/s 以上，隨著并發(fā)增多，下載速率會有不同程度的下降。經(jīng)統(tǒng)計分析，極端條件下，下行4 Mbit/s 或者更高、上行1 Mbit/s以上即可滿足各類公眾用戶的多種業(yè)務(wù)需求。ToB 業(yè)務(wù)視具體需求待定。表1 所示為各方統(tǒng)計的ToB/ToC預(yù)計需求。

其中，ToC 用戶的需求主要按照極端情況下的極端能力預(yù)估。ToB 用戶則根據(jù)具體需求進行分析，主要需求及瓶頸為上行，尤其媒體直播業(yè)務(wù)帶來的壓力較大。根據(jù)主流媒體提供的數(shù)據(jù)，廣電級4KUHD 需要40～80 Mbit/s 的傳輸速率，并計劃在正常直播時段應(yīng)用。

3 5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

面對大型體育場館半室內(nèi)半室外特殊結(jié)構(gòu)及該應(yīng)用場景下的特殊應(yīng)用需求，還要解決高爆發(fā)的網(wǎng)絡(luò)容量，在規(guī)劃設(shè)計過程中始終堅持以下設(shè)計原則：300 MHz 大帶寬覆蓋；根據(jù)結(jié)構(gòu)特點差異化覆蓋；多預(yù)案設(shè)計、多方案備份；保證容量，降低干擾；合理容量預(yù)算，預(yù)留設(shè)計冗余；ToB/ToC隔離傳輸。

3.1 國家體育場室分覆蓋方案設(shè)計

根據(jù)國家體育場歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)和同類場館歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)，獲取忙時話務(wù)量和流量。據(jù)此，業(yè)務(wù)需求預(yù)測基礎(chǔ)參數(shù)包括按15 萬人做容量規(guī)劃、5G 用戶占比按50%計算、上行并發(fā)激活率10%～15%計算。表2給出了國家體育場覆蓋方案。

表2 國家體育場覆蓋方案

看臺區(qū)采用最新300 MHz 設(shè)備和分布式Massive MIMO 小區(qū)覆蓋，同時pRRU 設(shè)備外接賦型天線，波瓣角30°×30°，上下行干擾控制效果較好，SINR 提升3 dB以上?？磁_區(qū)上層看臺的設(shè)備安裝在鋼架上（部分在頂棚馬道），中層和下層安裝在看臺上沿內(nèi)部。覆蓋方式如圖2和圖3所示。

圖2 國家體育場看臺小區(qū)分布

圖3 國家體育場看臺室分安裝示意

看臺采用分布式Massive MIMO 小區(qū)模式，小區(qū)平均吞吐率相比較普通小區(qū)模式提高約3 倍。一層看臺、二層看臺同小區(qū)，能夠利用二層看臺的低容量，均衡小區(qū)的業(yè)務(wù)量；同時，考慮同層干擾較嚴重，在硬件上也具備拆分一層、二層看臺同小區(qū)的能力，使同一小區(qū)僅覆蓋同一層雙倍面積區(qū)域。表3給出了國家體育場5G看臺區(qū)域容量估算（ToC）。

表3 國家體育場5G看臺區(qū)域容量估算（ToC）

如圖3所示，以一層看臺為例，需要30個100 MHz小區(qū)，即10 個300 MHz 扇區(qū)，小區(qū)能力按照極限情況下行300 Mbit/s、上行136 Mbit/s 計算，23 000 人按50%中國電信和中國聯(lián)通用戶、50%的5G 滲透率、15%激活比計算，可保障單用戶至少滿足下行16 Mbit/s、上行5 Mbit/s的速率。

3.2 國家體育場場心覆蓋方案設(shè)計

根據(jù)國家體育場現(xiàn)場情況，選擇點位1、2、3、4、5（見圖4）進行部署，場心與看臺按需異頻部署，開通多載波，優(yōu)先推薦距離場心較近的場緣pRRU 與能夠全場景覆蓋的頂棚馬道RRU 信源。該實施方案可全方位提升場心覆蓋，站點部署充足，確保后續(xù)有優(yōu)化空間。但需合理規(guī)劃小區(qū)分布及頻點，減少同頻干擾，避免乒乓切換。具體實施方案如表4所示。

表4 國家體育場場心區(qū)域設(shè)備詳單

圖4 國家體育場場心覆蓋實施位置

攝影槽pRRU 方案1+馬道方案3 為建議主用方案。該方案能夠兼顧場心覆蓋的容量問題，同時方案3 AAU 的覆蓋能力具備以下2 個方面優(yōu)勢：完整連續(xù)覆蓋，避免場緣對中心區(qū)域的水平遮擋。沿跑道攝影槽部署pRRU+外接天線（波瓣角20°×60°）的方式，波束方向壓低對場心進行覆蓋；沿馬道部署AAU/RRU+外接賦形天線（波瓣角45°×45°）的方式，波束方向主要覆蓋場心。國家體育場場心pRRU位置與頂棚AAU位置示意如圖5所示，方案1+方案3的仿真效果如圖6所示。

圖6 國家體育場場心方案1+方案3仿真效果

通過方案1+方案3 的整體覆蓋，能夠滿足場心容量需求及連續(xù)覆蓋需求。方案1 的pRRU 方案通過小區(qū)的合理劃分及DMM 技術(shù)能夠有效保障場心ToC 用戶的高爆發(fā)感知。同時，方案3 的整體覆蓋也能夠滿足行業(yè)直播穩(wěn)定傳輸、高可靠要求，有效提升媒體用戶現(xiàn)場多角度直播、跟拍直播的要求。能夠提供ToC用戶2 Gbit/s的上行容量和ToB高可靠用戶300 Mbit/s的上行容量。覆蓋示意如圖7所示。

4 ToB/ToC保障策略

圖8 所示為國家體育場ToB/ToC 保障可行方案示意。

圖8 國家體育場ToB/ToC保障可行方案

根據(jù)前面所述，分別計算3種ToB/ToC 策略中ToB業(yè)務(wù)總?cè)萘?，評估方式如下。

方案1：ToB獨享5G基站，ToC承載在3G/4G網(wǎng)絡(luò)。

方案2：載波隔離，ToB獨占2個載波。

方案3：RB 預(yù)留+5QI 切片，ToC 只保留微信和閱讀所需450 kbit/s。

對應(yīng)3 種場景下5G 網(wǎng)絡(luò)ToB 單小區(qū)和網(wǎng)絡(luò)總?cè)萘磕芰θ绫?所示，速率容量單位為Mbit/s。

表5 國家體育場ToB容量預(yù)算詳表

通過以上計算數(shù)據(jù)，根據(jù)實際用戶的需求，國家體育場采用3 載波覆蓋，同時ToB 用戶還儲備NR2.1、毫米波手段。根據(jù)各用戶需求，ToB 用戶獨享5G 的方案風(fēng)險較大，作為特殊區(qū)域的儲備保障手段，不能在國家體育場整體實施。計劃采用載波隔離+5QI 切片的方案，完全能夠滿足上文所述的ToB 數(shù)據(jù)傳輸及視頻直播業(yè)務(wù)，對于媒體視頻直播等高可靠需求用戶采用載波隔離方案，對于其他數(shù)據(jù)傳輸類ToB 業(yè)務(wù)采用5QI 切片方案共享ToC 用戶載波資源。實施策略如表6所示。

表6 國家體育場用戶保障實施策略

5 應(yīng)用效果

通過大話務(wù)壓力測試驗證開閉幕式大話務(wù)沖擊下的網(wǎng)絡(luò)安全性、有效性和健壯性。看臺區(qū)域高密重載場景極限測試效果達到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計階段預(yù)期，預(yù)計100 MHz 帶寬DMM 小區(qū)下行容量為220 Mbit/s，上行容量為100 Mbit/s；單用戶下行感知速率為5.2 Mbit/s，上行感知速率為2.4 Mbit/s，可滿足用戶高清視頻及微信上傳圖片感知需求。場心區(qū)域高密重載場景AAU小區(qū)下行容量為160 Mbit/s，上行容量為140 Mbit/s，也能夠保障ToB 業(yè)務(wù)實施，儲備保障ToC 業(yè)務(wù)。表7 給出了國家體育場大壓力測試詳表。

ToB 業(yè)務(wù)能力測試，主要集中于上行業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸，除普通的數(shù)據(jù)傳輸類業(yè)務(wù)，一些關(guān)鍵媒體的直播業(yè)務(wù)還需要同時關(guān)注時延抖動指標(biāo)的影響，通過對場心區(qū)域ToB/ToC 網(wǎng)絡(luò)的遍歷對比測試，評估保障能力。相關(guān)指標(biāo)如圖9所示。

圖9 ToB/ToC載波性能對比

ToB 業(yè)務(wù)保障用以O(shè)BS、央視、新華社、云轉(zhuǎn)播等國內(nèi)外各主要媒體，實現(xiàn)了基于5G的無線網(wǎng)絡(luò)的視頻直播和視頻回傳。視頻直播業(yè)務(wù)主要使用ToB獨立隔離載波保障，其傳輸速率穩(wěn)定，時延抖動可靠，受現(xiàn)場無線環(huán)境影響較小，能夠較好適應(yīng)應(yīng)用需求。能夠滿足穩(wěn)定300 Mbit/s 的傳輸速率及10 ms 左右的傳輸時延，基本滿足媒體直播傳輸指標(biāo)要求。

6 結(jié)束語

本文案例從保障重大國際賽事出發(fā)，堅持高標(biāo)準(zhǔn)嚴要求，堅持高性能與高可靠并行，最終達到了預(yù)期的測試效果。同時在實際保障過程中，也有效地保障了現(xiàn)場賽事通信需求，有效應(yīng)對了容量爆發(fā)。通過現(xiàn)場的有效檢驗，證明在5G高密重載場景重大賽事保障過程中，本方法所論述的空頻多維組網(wǎng)方案，充分利用大型場館現(xiàn)有資源，既能滿足ToC 用戶的大容量高爆發(fā)，又滿足了ToB用戶的穩(wěn)定可靠傳輸，為大型場館組網(wǎng)保障及重大活動5G保障提供了可靠有效的借鑒。