超大容量空曠廣場覆蓋難題的研究

許卓+何曉明+代明

摘 要：為了解決大連國際啤酒節會場的信號覆蓋難題，對超大容量空曠廣場覆蓋的同頻干擾、容量提升等問題，采用理論結合實際的方法進行了認真的剖析和研究，最終得到一套完整且已經經過實際驗證的解決方法。

關鍵詞：多頻段組網 分層覆蓋 超大用戶數 超大型廣場

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0003-03

大連國際啤酒節，是國內外知名啤酒品牌云集的行業盛會。啤酒節的舉辦地位于大連星海廣場，該廣場占地面積176萬m2，是亞洲最大的城市廣場。啤酒節歷時約兩周，開幕式及周末高峰期人數約25萬。由于美觀要求整個廣場內沒有通信基站，歷屆啤酒節期間擁塞現象嚴重，用戶體驗極差。而空曠的場地又帶來了干擾的難以控制。研究并解決此類場景的覆蓋難題有助于對同類情況下的其他應用需求提供必要的參考作用。

1 需要解決的問題

由于啤酒節活動現場的大用戶數和十分空曠的場地環境，面臨的主要難題來自“設備容量、同頻干擾”以及設備的“小型美觀”三個方面。容量方面，星海廣場的巨大面積（南北長1000m，東西寬600m），多年來無法找到可以利用的天線支撐物，僅靠廣場周邊的少量宏蜂窩站點進行覆蓋。按照往年啤酒節的經驗，在廣場西側增加一輛應急車，可以滿足覆蓋的需求，但容量需求很難滿足，這也是多年來造成擁塞的主要原因。干擾方面，如上，為了提升容量，一定需要增加站點和小區。與2G不同，4G網絡對于重疊覆蓋和干擾的容忍度更低，雖然廣場面積很大，但非常平坦且無遮擋，信號傳播距離過遠，很容易形成干擾。如果干擾問題不解決，即使增加了小區數也會因為干擾過大造成速率的大幅下降，大大降低用戶體驗。美觀方面，由于星海廣場作為大連標志性地點，即使啤酒節期間也不允許在廣場內增加過多和過大的設備。按照啤酒節組委會的要求，安裝的設備是不能被游客發現更不能被投訴的。所以如何在這樣空曠的廣場上增加天線而又不被發現成為了需要面對的問題。

2 研究過程及方案

再覆蓋能夠保證的情況下，啤酒節真正面臨問題是如何完美的解決如此大規模的容量問題。4G網絡方面，根據去年啤酒節的經驗，開幕式高峰時期游客數約為25萬人。我們按照移動用戶滲透率平均約70%估算，移動用戶數約為25×70%=17.5萬人。估算峰時業務用戶數占比為50%，峰時業務用戶數約為8.75萬人。參考全網平均4G用戶滲透率約為40%，以及4G用戶的激活附著比約為30%計算，得到啤酒節在開幕式期間，同時處于RRC激活態的最大用戶數：250000×70%×50%×40%×30%=10500人。考慮到星海廣場周邊平時最大RRC連接用戶數約為3200人，綜合考慮得到星海廣場地區啤酒節開幕式期間忙時最大用戶數約為：10500+3200=13700人。2G網絡方面，根據去年GSM網絡各項參數統計及估算，認為GSM語音話務量增長約100%，數據流量上升約200%。

考慮到4G和2G網絡巨大的容量需求，無法在同一點位完成站點建設，必須采用分布式的方式進行容量拆分。參考啤酒節各大棚布局及游客分布情況，決定利用廣場內若干監控燈桿，配合個別高容量活動大棚內建設分布式基站的方式進行容量吸收。考慮到活動期間慕尼黑大鵬和燕京啤酒大鵬游客數量最多，廣場入口處容易出現游客聚集現象，廣場中心區域由于開幕式和小吃攤位眾多，用于出現游客聚集，廣場東側多個規模較小的大棚有大量游客。結合廣場上已有的監控燈桿位置和設施分布情況，決定在廣場內依托監控燈桿建設6處站點配合一輛應急通信車，用于空曠區域覆蓋。針對慕尼黑啤酒大棚和燕京啤酒大棚的特殊性，決定采用小型化4G+2G網絡一體化設備進行大棚內的分布式基站建設。總新增容量規模為4G網絡約50載扇，2G網絡約200載頻。考慮到廣場內現有的監控燈桿較為纖細，無法承擔過大重量或過大體積的設備安裝，且出于不破壞星海廣場總體美觀的綜合考慮，決定采用小體積天線作為天面。但由于同時涉及從1800M（分析認為2G網絡采用1800M比900M更適合）～2400M的頻段跨度較大，又不希望安裝太多天線，綜合考量各種天線產品，最終決定選擇體積、頻段和安裝環境都滿足要求的對數周期天線。盡管該類型天線覆蓋能力比較有限且波形不夠規則，但通過后期的RF優化和合理的功率控制都能夠予以解決。而采用對數周期天線另一個需要面臨的問題是，該類型天線只有一個接口，即只支持單通道。而方案需要多制式多頻段的覆蓋，考慮到GSM設備采用的是雙通道接口，于是我們在需要GSM覆蓋的點位采用電橋設備對射頻端輸出的信號進行處理，電橋輸出的兩個接口分別用于同一燈桿的兩個小區。4G設備選擇某廠家同時支持F和E頻段的單通道設備。然后將三個頻率通過專門的多頻合路器進行合路，統一連接到對數周期天線上，使得每個天線都同時支持多系統多頻段收發。為了最大限度地確保美觀和設備的安全性，在每個監控燈桿下方安置一個可以通風換熱的室外防水箱。用于將該燈桿所需要的所有射頻設備、無源器件等妥善安置其中，只通過一根饋線將信號輸出到天線上。既保證了美觀，又避免了設備外露所帶來的人身和設備安全的隱患。

大容量和多點位的覆蓋模式面對的另一個難題就是干擾問題。尤其是4G網絡對于干擾的敏感，即使信號再強，只要不能有效的控制干擾，那么用戶體驗完全不能夠得到提升。為了控制廣場上如此大規模設備的同頻干擾，研究決定采用多頻段錯頻覆蓋的方式進行覆蓋。充分利用4G網絡所支持的各個頻率，將F頻段的1880M～1920M兩個20M的頻段全部用上，同時將E頻段的2320M～2360M兩個20M頻段也用上。同時，由于大棚采用帆布材質覆蓋，其本身的信號隔離度較差，慕尼黑大棚和燕京啤酒大棚內的新產品分布式覆蓋需要與廣場上朝向這兩個大棚的燈桿進行錯頻，所以決定采用F頻段和E頻段交錯的方式進行覆蓋。應急車方面，由于其桅桿高度超過廣場內各個燈桿高度，且因為采用傳統八通道大功率智能天線，其覆蓋范圍跨越多個燈桿和兩個大棚的區域，必須與各個燈桿和大棚錯頻，所以只能選擇D頻段進行覆蓋。綜上啤酒節各點位位置及頻段情況如圖1所示。endprint

各點位容量配置及頻段設置詳情如表1所示。

經過對目前3G網絡用戶數量和在網主要終端性能的分析，認為中移動3G用戶規模已經大幅減少，啤酒節期間3G網絡擴容需求并不強烈。為確保啤酒節期間4G網絡頻段的最高利用率，不對3G網絡進行擴容操作。為確保4G網絡的高速率，所有點位摒棄了過去習慣的微波傳輸方式，均采用光纖傳輸，共設計2650m管道光纜。

3 實踐論證

啤酒節期間12d，每天晚6點至晚12點的網絡數據統計顯示話務高峰出現在開幕式和第一個周末，每天的用戶高峰出現在19：00-21：00期間。4G網絡在啤酒節期間共發起連接請求2599萬次，平均每小時每小區發起連接請求4059次，其中平均失敗1.56次，接通成功率為99.9%。單小區峰值連接用戶數為765個，保障小區總最大連接用戶數峰值為12274個。共吸收4G數據流量2605GB，其中上行流量575GB，下行流量2030GB，上下行占比分別為22%和78%。網絡總體干擾始終保持在-115dBm左右，干擾控制良好。2G網絡共吸收語音話務量38556ERL，開幕式當天就達到2609ERL，數據話務量170776ERL，產生流量103GB（其中EDGE流量100GB），同比增長達到206.04%。在此期間語音擁塞基本為0，接通率始終保持在99%以上，掉話率在0.21%左右，最忙時整體無線利用率基本到達100%，在晚忙時整個BSC的尋呼量最高超過了36萬，已接近BSC尋呼能力得上限。總體覆蓋效果良好。

4 結語

通過對超大容量廣場覆蓋問題的研究，針對此類場景中如何有效提升容量，如何控制干擾和如何將通信設備與被覆蓋場景融為一體等三個問題進行深入的討論，最終得到了完整的解決方法，并通過實踐予以有效證明。鑒于全國范圍內對于此類特殊場景的研究和經驗較少，本研究成果希望可以作為未來此類應用的的有效借鑒。同時依托未來通信設備的進一步小型化和集成化，此類場景的解決方案還可以隨之不斷演進和提升。

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