應(yīng)用于5G 智能電網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋研究與實(shí)踐

郭釗杰 秦潔 丁智 彭海燕

背景

智能電網(wǎng)是我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)在新時(shí)代的升級(jí)，集合了當(dāng)前大量通信、傳感器、測(cè)量等先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備[2]。

5G是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，自2013年由歐盟提出，經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)發(fā)展，2019年我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信的5G網(wǎng)絡(luò)正式商用。5G作為高潛力的通用技術(shù)，其最大價(jià)值是在垂直行業(yè)的應(yīng)用，結(jié)合電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)通信的需求，可實(shí)現(xiàn)5G大帶寬、低時(shí)延、大連接三大類(lèi)場(chǎng)景的全覆蓋[3]，二者的結(jié)合是互相成就、互相賦能。

據(jù)報(bào)道，截至目前，我國(guó)5G基站已超300萬(wàn)個(gè)，用戶(hù)已超7億，5G網(wǎng)絡(luò)的好壞是其應(yīng)用好壞的必要條件，且目前5G網(wǎng)絡(luò)已從廣域覆蓋走向深度覆蓋階段[4]。本文將結(jié)合智能電網(wǎng)需求場(chǎng)景，重點(diǎn)進(jìn)行5G深度覆蓋相關(guān)研究與實(shí)踐。

一、5G室內(nèi)深度覆蓋存在問(wèn)題及解決方案

（一）5G室內(nèi)深度覆蓋問(wèn)題概述

室內(nèi)場(chǎng)景因無(wú)線環(huán)境復(fù)雜，普遍存在建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，墻體等不可視障礙物較多，對(duì)無(wú)線信號(hào)傳播衰減較大，國(guó)內(nèi)5G頻段又普遍為高頻，信號(hào)穿透能力更差，導(dǎo)致室內(nèi)5G普遍存在深度覆蓋問(wèn)題。

對(duì)大量弱覆蓋場(chǎng)景進(jìn)行分析總結(jié)，引起5G室內(nèi)深度覆蓋原因有以下7大類(lèi)：

（1）5G普遍為高頻，傳播損耗大，穿透能力低；（2）室內(nèi)封閉，建筑物墻體阻擋多；（3）站間距大，缺少站點(diǎn)；（4）設(shè)備故障（主設(shè)備、分布系統(tǒng)等）導(dǎo)致信號(hào)輸出異常；（5）室外天饋工參（站高、方向角、下傾角等）設(shè)置不合理；（6）室分規(guī)劃設(shè)計(jì)不合理，天線分布不足；（7）參數(shù)（切換、功率等）設(shè)置不合理；

（二）5G室內(nèi)深度覆蓋解決方案

室內(nèi)覆蓋增強(qiáng)主要的技術(shù)手段有故障處理、優(yōu)化參數(shù)、RF天饋調(diào)整、天饋整改、新增小快靈設(shè)備（5G一體化微功率放大器）、規(guī)劃新建站點(diǎn)等。整體優(yōu)化的流程如下：

圖1 室內(nèi)深度覆蓋不足優(yōu)化流程

1.故障處理

通過(guò)后臺(tái)OMC網(wǎng)管統(tǒng)計(jì)弱覆蓋小區(qū)的當(dāng)前告警及歷史告警，在定位到故障信息后，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部的運(yùn)維流程，安排對(duì)應(yīng)的工作人員遠(yuǎn)程或者現(xiàn)場(chǎng)對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行解決，從而保障信號(hào)恢復(fù)正常。

2.優(yōu)化參數(shù)

通過(guò)后臺(tái)OMC網(wǎng)管可導(dǎo)出參數(shù)配置表，檢查弱覆蓋問(wèn)題點(diǎn)關(guān)聯(lián)小區(qū)的相關(guān)參數(shù)設(shè)置，比如室內(nèi)外切換參數(shù)不合理、RS功率不合理等。

AAU的模塊，建議LTE占用的總功率不要超過(guò)120W，單小區(qū)最好不要超過(guò)40W（RS參考信號(hào)功率配置為1），NR功率則小于或等于200W；2T的模塊，建議LTE單小區(qū)功率不超過(guò)20W，NR功率小于或等于160W。

功率算法：

目前移動(dòng)5G覆蓋網(wǎng)頻段為2.6G和700M頻段，700M只有30M帶寬，低頻深度覆蓋能力強(qiáng)，作為5G基礎(chǔ)覆蓋層，主要使用場(chǎng)景為室外[5]；2.6G頻段共有160M帶寬，目前60M用于TD-LTE，100M用于5G，2.6GHZ兼顧低頻和大帶寬優(yōu)勢(shì)，作為中國(guó)移動(dòng)5G覆蓋和容量主力頻段、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主力承載網(wǎng)，使用場(chǎng)景為室外、室內(nèi)。

基于目前定位思路，整體切換重選參數(shù)設(shè)置策略如下：

空閑態(tài)：700M優(yōu)先級(jí)低于2.6G，終端優(yōu)先在空閑態(tài)占用2.6G；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)態(tài)：（1）700M往2.6G方向，采用基于覆蓋和基于頻率優(yōu)先級(jí)的兩類(lèi)切換類(lèi)型，一般采用A1/A2+A4事件，切換整體策略，700M容易切換到2.6G；（2）2.6G往700M方向，采用基于覆蓋的切換，一般采用A5事件，只有當(dāng)2.6G信號(hào)惡化到一定程度時(shí)，且700M鄰區(qū)優(yōu)于某個(gè)門(mén)限，切換到700M，2.6G較難切換到700M。（3）室內(nèi)外均為2.6G時(shí)，采用同頻A3切換事件。

3.RF天饋調(diào)整

（1）調(diào)整天線下傾角：下傾角包括機(jī)械和電子傾角，通過(guò)調(diào)整站點(diǎn)天線下傾角，使得天線的主瓣正向覆蓋問(wèn)題區(qū)域，這是一種常用的解決覆蓋問(wèn)題手段之一。下傾角調(diào)整優(yōu)先級(jí)：先設(shè)計(jì)合理的預(yù)置電下傾，再調(diào)整可調(diào)電下傾，最后調(diào)整機(jī)械下傾，在調(diào)整過(guò)程中，需注意機(jī)械下傾角一般不超過(guò)12度。

（2）調(diào)整天線方位角：通過(guò)調(diào)整站點(diǎn)天線的方位角，使得天線的主瓣（半功率角30°內(nèi)）正向覆蓋問(wèn)題區(qū)域，也是一種常用的優(yōu)化覆蓋問(wèn)題的手段之一。但如果問(wèn)題區(qū)域周邊阻擋嚴(yán)重，則效果不是太明顯。在調(diào)整過(guò)程中，需注意避免顧此失彼，形成新的弱覆蓋區(qū)域，或與其他小區(qū)重疊覆蓋形成干擾。

（3）5G優(yōu)化天線權(quán)值及賦形權(quán)值：Massive MIMO作為5G的主要特性之一，實(shí)現(xiàn)波束賦形，形成極精確的用戶(hù)級(jí)超窄波束，并隨用戶(hù)位置的不同而不同，將能量定向投放到用戶(hù)位置，相對(duì)傳統(tǒng)寬波束天線可提升信號(hào)覆蓋，同時(shí)降低小區(qū)間用戶(hù)干擾[6]。

4.新增小快靈設(shè)備

5G一體化微功率放大器，該技術(shù)方案采用無(wú)線回傳方案，通過(guò)微功率放大方式，將室外5G信號(hào)引導(dǎo)至室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)5G一體化微功率放大器即可解決覆蓋盲區(qū)，達(dá)到節(jié)省主設(shè)備資源，大幅度降低覆蓋成本、快速提升覆蓋面積的目的。一套5G一體化微功率放大器主要組件有：主機(jī)1臺(tái)、接收天線1副、發(fā)射天線1根、10米饋線1根。

二、5G智能電網(wǎng)場(chǎng)景移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋實(shí)踐

（一）新增5G一體化微功率放大器解決深度覆蓋實(shí)踐

電網(wǎng)用戶(hù)反映某電房位于SZ市某區(qū)八卦四路10號(hào)1F，存在5G信號(hào)差，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)器對(duì)時(shí)不成功。

核實(shí)5G主覆蓋小區(qū)的性能指標(biāo)情況，結(jié)合表1可以看到，主占用5G小區(qū)無(wú)故障、無(wú)干擾、無(wú)擁塞，各項(xiàng)指標(biāo)良好。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，電房門(mén)口（室外）主要小區(qū)占用SZ八卦美居D-HRH-3（PCI=572），RSRP=-77dbm，SINR=16dB，信號(hào)良好。但電房室內(nèi)主要占用小區(qū)SZ泥崗D-HRH-3（PCI=314），RSRP=-102dbm，SINR=6dB，下載速率67.9mbps，上傳速率16.43mbps，存在深度覆蓋差問(wèn)題。

因SZ八卦美居D-HRH-3站點(diǎn)位于中浩大廈東邊，而電房位于中浩大廈最西邊1樓，室內(nèi)存在阻擋，占用到北面站點(diǎn)SZ泥崗D-HRH-3，且覆蓋較弱，導(dǎo)致電網(wǎng)5G CPE獲取信號(hào)較弱，從而導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)器對(duì)時(shí)不成功。在電房?jī)?nèi)，設(shè)備中5G CPE終端顯示占用小區(qū)信號(hào)SZ泥崗D-HRH-3（PCI314），信號(hào)強(qiáng)度-102dbm?，F(xiàn)場(chǎng)勘察后，評(píng)估無(wú)法通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)優(yōu)化或整改改善，而且最近站點(diǎn)距離問(wèn)題區(qū)域不超過(guò)200m，室外信號(hào)良好，主要因室內(nèi)墻體阻擋，導(dǎo)致信號(hào)差，確定解決方案為在電房?jī)?nèi)新增5G一體化微功率放大器，引用室外較好信號(hào)SZ八卦美居D-HRH-3（PCI=572）作為信源。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工，完成5G一體化微功率放大器安裝，安裝后電房?jī)?nèi)移動(dòng)5G信號(hào)強(qiáng)度提升明顯。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證，終端穩(wěn)定占用5G小區(qū)為SZ八卦美居D-HRH-3（PCI=572），電房?jī)?nèi)信號(hào)強(qiáng)度為-68dbm，SINR值為18，下行速率為100Mbps，上行速率為40 Mbps，信號(hào)感知良好。電房?jī)?nèi)供電局5G CPE終端信號(hào)良好，5G CPE占用小區(qū)（SZ八卦美居D-HRH-3）穩(wěn)定、信號(hào)提升明顯，RSRP=-75dbm，SINR=17dB。

電房?jī)?nèi)差動(dòng)保護(hù)器對(duì)時(shí)成功且接收數(shù)據(jù)正常，其中顯示面板中5G同步品質(zhì)A為0，表示對(duì)時(shí)成功，1#SV接收幀數(shù)A網(wǎng)數(shù)值有增加，表示能夠正常接收數(shù)據(jù)。

（二）天饋整改解決深度覆蓋實(shí)踐

電網(wǎng)用戶(hù)反饋某電網(wǎng)智能柜位于SZ市某區(qū)南灣實(shí)驗(yàn)小學(xué)B1F電房?jī)?nèi)，存在5G信號(hào)差。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察測(cè)試，問(wèn)題電房位于SZ龍崗區(qū)南灣實(shí)驗(yàn)小學(xué)B1F，建筑物無(wú)室分系統(tǒng)，電房4/5G脫網(wǎng)（無(wú)信號(hào)），存在深度覆蓋不足問(wèn)題，室外5G占用周邊距離約210m宏站小區(qū)SZ丹翠欣苑D-HRH-2，SS-RSRP=-95dbm，SINR=3dB；4G占用SZ丹翠欣苑GS-HFH-3，RSRP=-89dbm,SINR=6dB。

因投訴電房位于SZ龍崗區(qū)南灣實(shí)驗(yàn)小學(xué)B1F，環(huán)境封閉，存在室內(nèi)深度覆蓋不足問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)線信號(hào)差。另外南灣實(shí)驗(yàn)小學(xué)未做室分系統(tǒng)，但已有移動(dòng)傳輸寬帶到位，可通過(guò)整改新增拉遠(yuǎn)皮飛解決，整改平面圖如下所示。

圖2 室分整改示意圖

整改施工完成后，電房?jī)?nèi)占用SZ南方電網(wǎng)布瀾小學(xué)皮飛[SZ友聯(lián)花園D-HRH]D-HRW-1，現(xiàn)場(chǎng)覆蓋信號(hào)良好，RSRP值在-65dBm左右，SINR值為30，感知下行速率為642Mbps，感知上行速率為195Mbps。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)5G室內(nèi)深度覆蓋不足的原因進(jìn)行分析，總結(jié)出成體系的室內(nèi)深度覆蓋不足的解決方案，并結(jié)合5G智能電網(wǎng)的電房場(chǎng)景，實(shí)踐了5G一體化微功率放大器快速且低成本、因地制宜利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件新建皮飛等方式解決電網(wǎng)深度覆蓋問(wèn)題。綜上所述，以上方式方法在解決5G智能電網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋方面具有推廣意義。