密集城區4G網絡深度覆蓋策略及解決方案

許景淵，梁怡蘭

(1.北京中網華通設計咨詢有限公司，北京 100070; 2.廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530222)

0 引言

隨著4G網絡在密集城區的深入覆蓋，受限于頻譜資源、業務承載、無線傳播環境及物業糾紛等因素，傳統以宏站為主的建設模式已難以適應日益增長的業務需求及快速部署的建設節奏[1]。從業務發展和網絡演進來看，密集城區始終是運營商網絡覆蓋的重點和熱點[2]，也是網絡規劃設計研究的熱點和難點，亟需引入全新的組網架構和設備形態來解決深度覆蓋問題。

1 存在問題及解決思路

1.1 主要存在問題

在密集城區網絡建設中，受頻譜資源、業務承載、無線傳播環境及物業糾紛等因素影響，常存在因覆蓋能力不足、覆蓋環境復雜及物業糾紛頻發引起的深度覆蓋盲區、弱區及室內覆蓋不足的問題。

① 從網絡組網角度看，頻譜資源是制約4G網絡組網的關鍵因素。相比2/3G網絡的低頻段、廣覆蓋的特點，4G網絡因其頻段高、穿透能力弱，單站覆蓋范圍進一步縮小，特別在以“樓高”、“巷窄”、“人多”為主要特征的密集城區場景中，無線傳播環境更為復雜，因高頻段引起的覆蓋、穿透問題更加明顯和突出。

② 從業務承載角度看，不同于2G主要承載語音業務、3G主要承載語音+低速數據業務，4G網絡主要承載高速數據業務，對網絡容量、數據速率及用戶體驗等指標提出了更高的要求，特別是密集城區場景中，室內用戶對高速數據業務的爆炸式增長需求已成為網絡建設最為棘手的問題。

③ 從無線傳播環境看，不同于農村、交通干線等廣覆蓋場景，密集城區需解決因建筑物密集、人口稠密、業務需求多樣而帶來的深度覆蓋問題，無線傳播環境將更為復雜，對無線傳播模型要求更高。

④ 結合工程實際，密集城區4G網絡建設往往存在因業主電磁敏感、物業糾紛等問題而導致無法抵近覆蓋目標區選址和建站的情況，從而形成網絡覆蓋盲區、弱區及室內覆蓋不足的問題。

1.2 覆蓋策略及思路

為解決因頻譜資源、業務承載、傳播環境及物業糾紛引起的網絡覆蓋、容量、質量及站址獲取的問題，提出了對密集城區網絡進行“異構化”組網策略[3]，對應分為“布局層”“補盲層”“吸熱層”及“室內層”，進而，形成了以宏站為骨架，桿站、微站及室分為主要覆蓋手段的密集城區覆蓋解決方案，其中，網絡分層組網策略如圖1所示。

圖1 網絡分層組網策略

1.2.1 布局層：以宏站為骨架，全網連片覆蓋

從全網布局角度，構建趨于理想蜂窩結構的網絡，主要采用“宏基站”、“分布式基站”等設備類型來保障目標覆蓋區域的業務需求[4]，使得密集城區的室外開放區域、道路及樓宇等區域實現網絡基礎布局性覆蓋，滿足一定的深度覆蓋需求和保障業務移動性。

1.2.2 補盲層：網絡盲區、弱區覆蓋

在保證網絡結構的合理性和穩定性的前提下，采用“滴灌”組網理念[5]，結合多種站型、設備類型并考慮干擾規避，靈活使用“RRU拉遠”“室外路燈桿”“樓面美化桿塔”等部署方式，從而有效解決城區室內、外局部無覆蓋與弱覆蓋問題，達到嚴控干擾、提升網絡性能的目的。

1.2.3 吸熱層：容量熱點區域覆蓋

為了保障容量熱點區域用戶感知，采用多載波聚合、扇區分裂、室分外引、Small Cell等手段，遵循“按需而建”的原則，建立宏微協同的異構網絡，靈活快速解決熱點區域的業務擴容和分流問題，以達到密集城區網絡覆蓋互補、負荷分擔的效果。

1.2.4 室內層：建筑物內部覆蓋

考慮城區建筑物結構特征及布局分布，采用靈活的室內分布系統和室內、外綜合覆蓋方式，使用光纖分布系統、Lampsite、QCell等技術手段來解決室內深度覆蓋及周邊信號覆蓋的問題，從而達到改善室內及建筑外圍信號覆蓋的目的。

2 技術要求及應用場景

2.1 覆蓋能力分析

從網絡分層看，“異構化”組網的布局層、補盲層、吸熱層、室內層對應的主要設備形態為宏站、桿站、微站和室分，如分布式基站、Small Cell、Book RRU、Lamp Site等，其常見設備形態及典型特點如表1所示。

表1 密集城區常見設備形態及典型特點

從覆蓋場景特征來看，密集城區人口稠密、建筑物縱橫交錯且業務類型豐富，往往涉及樓面抱桿安裝、地面桿塔安裝、建筑壁掛安裝及室內分布覆蓋等部署方式。結合覆蓋場景及鏈路預算結果，考慮到4G網絡的頻段、覆蓋目標及業務承載等因素[6]，在密集城區場景中，典型的宏基站覆蓋范圍為200 m以上、桿站覆蓋范圍為100～300 m，微基站覆蓋范圍為50～100 m、皮基站及室分的覆蓋范圍為10～50 m，其典型覆蓋能力如圖2所示。

圖2 典型場景覆蓋能力示意圖

2.2 組網技術要求

從工程建設角度分析，提出網絡結構、數據回傳、數據安全及設備供電的技術要求。

2.2.1 網絡組網要求

首先，站址應選在視距范圍內、用戶密集區的臨街建筑、街道等站址上，進一步聚焦用戶密集區，采用宏微協同、立體組網策略[7]，推進密集城區深度覆蓋，實現用戶良好感知和體驗。

其次，結合網絡數字化、寬頻化及多網融合等技術特點，構建網元可擴展、前后兼容、智能管理的異構化網絡[8]，為后期4G網絡擴容和5G網絡演進搭建穩健的網絡架構。

此外，采用微基站、室內外綜合覆蓋和新型室分覆蓋系統等靈活的組網方式，零站址敏捷建站，并與周圍環境更加和諧和隱蔽，微基站典型組網結構如圖3所示。

圖3 微基站典型組網結構

2.2.2 數據回傳技術

密集城區往往具備較為良好的傳輸光纜資源，主要采取有線傳輸回傳接入、基于PON的共享回傳接入、無線回傳接入等數據回傳技術[9]，值得指出的是，微基站常采取基于PON的共享回傳接入方式，通過OLT等設備上聯傳輸網絡連接至IP承載網。

2.2.3 數據安全技術

為保障通信數據安全和防止非法入侵，通常在城域網和核心網之間部署安全網關，負責基站與核心網設備交互數據轉發和加解密的安全防護。另外，基于PON的共享回傳接入的微基站和安全網關之間建立起IPSec隧道，保護流經接入網和城域網數據流量的保密性和完整性。

2.2.4 設備供電技術

對于布局層、補盲層設備，往往采用BBU集中放置+RRU拉遠方式，BBU設備應集中放置于機房或機柜中，電源供電采取-48 V直流供電或UPS供電的方式，RRU拉遠端視具體情況可考慮采取直流供電、交流供電、直流遠供等技術進行設備供電。

對于吸熱層、室內層設備，主要設備形態為微基站、RRU獨立拉遠、分布系統設備等，現場通常不具備配置穩定的直流供電條件，視具體情況可考慮采取交流供電、直流遠供、POE供電等技術進行設備供電。

2.3 工程應用場景

從工程建設角度分析，結合密集城區網絡評估數據及上述覆蓋策略，定位密集城區弱覆蓋問題點，針對“布局層”“補盲層”“吸熱層”及“室內層”的不同特點及技術要求，進一步提出分層分場景覆蓋、宏微協同覆蓋的綜合解決方案。

① 宏站以覆蓋范圍廣、容量高、配套資源要求高等特點，可用來解決城區布局層信號覆蓋；

② 燈桿站以靈活美觀的路燈或景觀塔的方式彌補宏站在配套和物業上的不足來實現城區弱覆蓋補盲；

③ 微站以覆蓋范圍和容量偏小、設備體積小、無需機房配套等特點，部署靈活快速，適用于精準補盲和吸熱，更是密集城區深度覆蓋的主要覆蓋手段；

④ 室分系統則是實現小區樓宇深度覆蓋及公共活動綠地覆蓋的重要手段。

此外，從設備形態上分析，解決密集城區深度覆蓋和業務吸熱的典型建設方式包括微基站覆蓋、室內外綜合覆蓋和新型室分覆蓋系統等，其主要應用場景如下。

2.3.1 微基站覆蓋

利用Small Cell、Book RRU等微基站形式，可實現宏蜂窩網絡的資源互補和部署模式轉變，進一步解決密集城區深度覆蓋和吸熱分流的業務需求[10]，從而，實現低成本、快速、有效地解決密集城區深度覆蓋的目標。微基站部署方式靈活，可掛桿、壁掛、入盒等方式安裝，其主要應用場景如下：

① 難以解決基站的站址且小范圍信號弱區、臨街商鋪等場景的精準覆蓋、熱點區域高業務分流；

② 臨街商鋪、步行街等場景的精準覆蓋或空間受限，不適合安裝天線的場景；

③ 小范圍信號弱區、臨街商鋪、城中村、室內VIP覆蓋點等場景的精準覆蓋。

2.3.2 室內外綜合覆蓋

在密集城區覆蓋中，可利用優勢物業，采用室分外引的方式，解決高層住宅樓層覆蓋的難題[11]，同時，解決附近高層建筑特別是外圍建筑的室內信號覆蓋，其主要應用場景如下：

① 高層聯排樓宇聚集、物業協調困難、邊緣覆蓋弱的密集住宅小區；

② 利用樓宇已部署的室分系統，信號外引實現小區內互打。

2.3.3 新型室分覆蓋系統

結合建筑物及人員聚集的特點，細化室內覆蓋場景，針對各種場景的覆蓋困難問題，通過靈活應用光纖分布系統、Lampsite、QCell等新型室分覆蓋系統解決密集城區深度覆蓋問題[12]，其主要應用場景如下：

① 高端用戶聚集，人流量大且集中的商務辦公區、高檔住宅區、交通樞紐等；

② 單層面積大，內部結構復雜的大型購物區、交通樞紐樓、會展中心等；

③ 地處繁華地帶，靠近交通干線的商業步行街、商業購物區、地鐵候車廳等。

3 工程應用案例

以一個城市密集城區三元小區Book RRU深度覆蓋項目為例進行解決方案分析。

3.1 無線環境概況

三元小區位于江南區核心商圈內，屬于典型的密集住宅小區，共轄5個組團(A～E組團)，樓宇縱橫交錯(100多棟)，樓間距較密(10～15 m)。經現場查勘，該小區外圍已部署了路燈桿基站和樓面桿塔基站，小區外圍住宅樓宇信號良好，然而，由于物業多糾紛且業主對電磁敏感，小區內的傳統室外站址獲取困難，長期無法落地，在小區中心區域A5棟周邊，樓宇4層以下信號較弱且不穩定，常接到客戶投訴，因而，亟需通過全新靈活的建站模式來加強小區深度覆蓋。

3.2 覆蓋解決方案

結合前期物業談判和現場無線傳播環境分析，可考慮規避在小區內建設樓面桿塔、安裝常規天線的建設模式，建議采用Book RRU部署方式來解決小區內信號覆蓋問題。Book RRU具有小巧、美觀、易偽裝的特點，通過抱桿安裝、壁掛安裝等方式快速實現居民區、商業街、校園網等場景的大規模部署。結合該站點情況，提出具體解決方案如下:

① 設備架設方式：考慮到前期物業談判及小區居民對電磁敏感的實際情況，采用將新增Book RRU設備安裝在小區內A5棟居民房5樓陽臺側壁上，從室內向室外輻射，分別向2個弱覆蓋目標區域進行LTE網絡信號覆蓋，重點解決小區低層樓宇的室內信號弱覆蓋和不穩定問題；

② 傳輸回傳方式：Book RRU設備支持IPRAN、xPON、xDSL等有線方式以及微波無線方式來進行傳輸信號回傳，考慮小區部署實際及現有資源狀況，本站建議采用“Book RRU設備—ODM—傳輸線路—ODF—傳輸上聯” 的有線傳輸回傳方式;

③ 供電方式：直接利用業主提供的交流電，采用交流配電箱對Book RRU設備進行交流供電;

④ 頻率規劃：與周邊宏基站采取同頻規劃和設置。

3.3 建設前后效果對比

通過對密集城區三元小區基站開通前后的覆蓋效果對比發現，在A5棟部署的Book RRU基站可有效解決目標樓宇周邊200 m范圍內信號覆蓋及數據承載問題，達到了預期的規劃效果，具體指標效果如下：

① 對開通后基站進行室內CQT測試，CSFB成功率達到100%。同時，數據業務體驗良好并達到規劃門限指標要求，其中，小區下行峰值速率達到148.60 Mbps，均值速率達到144.99 Mbps；小區上行峰值速率達到49.85 Mbps，均值速率達到49.17 Mbps，如圖4所示。

② 對開通后的基站進行室外DT測試，目標覆蓋區域的RSRP指標、SINR指標、數據業務速率指標等均達到規劃門限指標要求。其中，如表2所示，RSRP指標≥-100 dBm比例，提升了9.24%；SINR指標≥-5 dBm，比例提升了9.49%，開通前后上/下行數據速率均達到規劃指標要求，并得到大幅提升，平均下載速率達到74.10 Mbps，平均上行速率達到45.66 Mbps。

圖4 Book RRU基站開通后室內CQT測試效果

表2 Book RRU基站開通后室外DT測試效果對比

指標名稱單位門限值設定開通前指標/%開通后指標/%效果對比/%參考信號接收功率RSRPdBm≥-10090.76100.009.24參考信號信噪比SINRdB≥-590.51100.009.49小區邊緣上行速率kbps1 02495.55100.004.45小區邊緣下行速率kbps4 09685.18100.0014.82

在Book RRU基站開通后對小區道路進行DT測試發現，室外RSRP指標由-96.85 dBm提升到-78.71 dBm；同時，對小區內樓宇進行CQT測試，室內信號RSRP指標均值為-78.7 dBm，平均下載速率體驗達74.1 Mbps(提升3倍)，Speed Test定點測試的峰值下載速率更是突破143 Mbps，CSFB成功率100%。總體來看，Book RRU基站開通后，達到了預期規劃目的，小區信號覆蓋得到了顯著提升，用戶體驗得到了顯著改善，具體指標測試效果如圖5所示。

圖5 Book RRU基站開通后室外DT測試效果

4 結束語

長期以來，因覆蓋場景復雜、服務用戶眾多以及業務承載比重大，密集城區4G網絡深度覆蓋問題始終是運營商面臨的最棘手問題。區別于覆蓋場景分析法，本文主要以網絡分層和網絡演進為切入點，抓住各網絡層的業務承載特征及覆蓋特點，提出了針對性的“面”“線”“點”層面的組網策略和覆蓋方案，有效解決了密集城區深度覆蓋、業務承載和流量分流等重要問題，更為后期5G網絡超密集、異構化組網打下良好基礎。