5G基站站址規(guī)劃策略研究

太原電信無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中心 康靈坡

中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)共建共享合作，有助于降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本，高效實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而進(jìn)行共享場(chǎng)景下的整體站址規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。合理利用4G LTE已有站址進(jìn)行快速建網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)基本的覆蓋和業(yè)務(wù)需求是當(dāng)前規(guī)劃面臨的主要場(chǎng)景。

本文研究了共建共享場(chǎng)景下的站址規(guī)劃策略。該策略主要是通過現(xiàn)網(wǎng)4G運(yùn)營(yíng)、5G網(wǎng)絡(luò)仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，利用熵權(quán)法進(jìn)行評(píng)分，選出候選站址。然后結(jié)合整體規(guī)劃布局、物業(yè)信息、其他特殊需求等，從建設(shè)、運(yùn)維和效率提升方面從候選站址中識(shí)別出最佳建設(shè)站點(diǎn)來指導(dǎo)站址規(guī)劃，確保資源精準(zhǔn)投入，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)最大效能發(fā)揮。

1 現(xiàn)網(wǎng)4G運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)評(píng)估

基于4G小區(qū)的數(shù)據(jù)流量、話務(wù)量、高價(jià)值用戶數(shù)分布來類推并評(píng)估5G業(yè)務(wù)生態(tài)。

1.1 數(shù)據(jù)流量

主要考察現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)的用戶流量和業(yè)務(wù)類型分布情況，流量越高，說明該站點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用度越高，對(duì)于未來5G網(wǎng)絡(luò)的eMBB業(yè)務(wù)的需求度也可能越高，需要優(yōu)先考慮部署5G網(wǎng)絡(luò)。采用本站址下電聯(lián)所有4G系統(tǒng)的近一周流量之和作為評(píng)判依據(jù)。

1.2 VoLTE話務(wù)量

主要基于站點(diǎn)VoLTE話務(wù)量。目前5G終端會(huì)EPS FB回落至4G，使用4G VoLTE。VoLTE話務(wù)量高的區(qū)域也是客戶集中剛的區(qū)域，需要優(yōu)先考慮部署5G網(wǎng)絡(luò)。采用本站址下電聯(lián)所有4G系統(tǒng)的近一周VoLTE話務(wù)量之和作為評(píng)判依據(jù)。

1.3 高價(jià)值用戶數(shù)分布

通過建維優(yōu)相關(guān)平臺(tái)可以知道用戶套餐及終端情況并按照一定的標(biāo)準(zhǔn)定義高價(jià)值用戶。高價(jià)值用戶一般業(yè)務(wù)量較大，使用更多的數(shù)據(jù)或語音業(yè)務(wù)。而且，未來的5G用戶是從存量4G用戶中遷移而來，而4G高價(jià)值用戶是尋找“潛在5G用戶”的最有效的途徑。目前假設(shè)定義4G高價(jià)值用戶為使用129元以上套餐或者終端價(jià)值3000遠(yuǎn)以上的用戶。4G小區(qū)的高價(jià)值用戶數(shù)為該小區(qū)近一周日均常駐4G高價(jià)值用戶的數(shù)量，常駐用戶定義為一周內(nèi)在該小區(qū)駐留時(shí)長(zhǎng)大于5h。

2 5G覆蓋仿真數(shù)據(jù)評(píng)估

2.1 穿透損耗測(cè)試

穿透損耗越大，RSRP越小，反之越大。當(dāng)覆蓋要求為室外時(shí)，視為穿透損耗(Penetration Loss)0dB。當(dāng)覆蓋要求為室內(nèi)(含車內(nèi)或船內(nèi))時(shí)，不同區(qū)域、不同建筑物材質(zhì)下穿透損耗值都會(huì)有差異。

我們選取了太原市城區(qū)典型建筑進(jìn)行測(cè)試，獲取3.5GHz波段在典型建筑的穿透損耗值。通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到太原市市區(qū)典型建筑物在3.5GHz頻率室內(nèi)一層穿透損耗值，其中磚混墻一層穿損典型測(cè)試值為16dB左右，玻璃幕墻一層穿損典型測(cè)試值為6dB左右。由此在仿真室外宏站覆蓋室內(nèi)(O2I)場(chǎng)景時(shí)，可以根據(jù)實(shí)測(cè)值設(shè)置穿透損耗。測(cè)試點(diǎn)選擇高新區(qū)如家酒店(磚混墻)和太原市南中環(huán)街潤(rùn)東酒店(玻璃幕墻)。

2.2 射線追蹤模型校正

傳播模型是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)能力。以往2/3/4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃大部分使用SPM/CostHata/OkumuraHata等經(jīng)驗(yàn)傳播模型，而基于射線追蹤技術(shù)的確定性傳播模型在近幾年得到了較深入的研究和應(yīng)用。射線追蹤模型可以模擬出信號(hào)傳播路徑中的反射、繞射、散射、穿透等現(xiàn)象，能夠獲得比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)傳播模型更精細(xì)、更合理、更準(zhǔn)確的規(guī)劃仿真結(jié)果，更適合于傳播環(huán)境復(fù)雜的城區(qū)環(huán)境。同時(shí)，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)傳播模型被設(shè)計(jì)用來支持Sub3G頻譜，不適用于5G高頻，而射線追蹤傳模應(yīng)用場(chǎng)景的頻率越高，射線近似越準(zhǔn)確，因此普遍推薦使用適合5G高頻的射線追蹤傳播模型進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

射線追蹤模型雖然是基于電磁傳播理論的確定性計(jì)算模型，但是由于無法考慮實(shí)際環(huán)境中的所有細(xì)節(jié)因素，因此模型仍然需要進(jìn)行校正。傳模校正的輸入和處理流程會(huì)直接影響模型校正結(jié)果，進(jìn)而影響仿真預(yù)測(cè)的結(jié)果。

針對(duì)太原市典型城區(qū)覆蓋場(chǎng)景進(jìn)行射線追蹤傳模校正，采集太原市小店區(qū)的實(shí)測(cè)DT數(shù)據(jù)，擬合并訓(xùn)練傳播模型，獲取3.5GHz頻率下的傳模參數(shù)。

使用校正后的射線追蹤傳模進(jìn)行覆蓋仿真，與道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，仿真結(jié)果和實(shí)際道路測(cè)試數(shù)據(jù)的趨勢(shì)基本吻合，邊緣SSB RSRP 5%采樣點(diǎn)覆蓋電平RSRP誤差1.78dB，平均SSB RSRP誤差1.2dB。校正后的模型與場(chǎng)景適配程度良好，可應(yīng)用于同一場(chǎng)景的覆蓋仿真。

2.3 5G覆蓋仿真方法

電信聯(lián)通共建共享下，雙方的4G基站組成了5G建設(shè)的候選站址集合。對(duì)所有候選站址進(jìn)行5G覆蓋仿真，仿真的室內(nèi)穿透損耗值使用測(cè)試值，仿真?zhèn)髂Ｊ褂眯Ｕ纳渚€追蹤傳模，仿真時(shí)5G RF工參參考4G工參，采用默認(rèn)波束場(chǎng)景，最大功率配置。覆蓋仿真得到每個(gè)候選站點(diǎn)不同扇區(qū)的宏站覆蓋室外(O2O)和宏站覆蓋室內(nèi)(O2I)的覆蓋柵格數(shù)，取SSB RSRP大于-110dBm的柵格為小區(qū)有效覆蓋柵格，統(tǒng)計(jì)每個(gè)候選扇區(qū)的O2O和O2I的有效柵格數(shù)作為5G覆蓋評(píng)估的依據(jù)。

3 熵權(quán)法初步選址

3.1 熵權(quán)法思路介紹

熵權(quán)法的基本思路是根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來確定客觀權(quán)重。一般來說，若某個(gè)指標(biāo)的信息熵Ej越小，表明指標(biāo)值得變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大。相反，某個(gè)指標(biāo)的信息熵越大，表明指標(biāo)值得變異程度越小，提供的信息量也越少，在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用也越小，其權(quán)重也就越小。

熵權(quán)法賦權(quán)包括三個(gè)步驟：

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

將各個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

（2）求各指標(biāo)的信息熵

根據(jù)信息論中信息熵的定義，一組數(shù)據(jù)的信息熵：

（3）確定各指標(biāo)權(quán)重

3.2 熵權(quán)法站址評(píng)估方法

5G覆蓋評(píng)估考慮O2O和O2I的覆蓋，此時(shí)X1=O2O的有效柵格數(shù)，X2=O2I的有效柵格數(shù)；4G話務(wù)考慮4G小區(qū)的數(shù)據(jù)流量、VoLTE話務(wù)量、價(jià)值用戶數(shù)，則X1=4G小區(qū)的數(shù)據(jù)流量，X2=VoLTE話務(wù)量，X3=4G價(jià)值用戶數(shù)。通過熵權(quán)法賦權(quán)3個(gè)步驟計(jì)算，得到不同小區(qū)的5G覆蓋因素得分和4G話務(wù)因素得分。

在評(píng)估5G覆蓋時(shí)綜合考慮了不同候選扇區(qū)在O2O和O2I的覆蓋情況作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)估4G話務(wù)時(shí)綜合考慮了4G小區(qū)的數(shù)據(jù)流量、VoLTE話務(wù)量、價(jià)值用戶數(shù)等因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在進(jìn)行候選站點(diǎn)優(yōu)選時(shí)，不同小區(qū)按照5G覆蓋因素和4G話務(wù)進(jìn)行打分，因此需要設(shè)計(jì)不同指標(biāo)因子的權(quán)重配置規(guī)則。引入熵權(quán)法確認(rèn)各指標(biāo)因子的權(quán)重，最后得到不同候選小區(qū)的5G覆蓋、4G話務(wù)的得分情況。

3.3 計(jì)算候選站點(diǎn)的最終評(píng)估得分

在綜合考慮5G高精度仿真數(shù)據(jù)、4G話務(wù)數(shù)據(jù)、高價(jià)值用戶分布數(shù)據(jù)、熱點(diǎn)場(chǎng)景信息等多維度數(shù)據(jù)的加權(quán)分析后，計(jì)算候選站點(diǎn)的最終評(píng)估得分。

最終評(píng)估得分=5G覆蓋評(píng)估得分×權(quán)重1+4G話務(wù)因素評(píng)估得分×權(quán)重2。權(quán)重1和權(quán)重2的比重可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，且要求權(quán)重1和權(quán)重2相加為1。本文以4G話務(wù)因素評(píng)估權(quán)重0.6，覆蓋因素權(quán)重0.4為例，根據(jù)SSB RSRP邊緣覆蓋率的建網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求下進(jìn)行多倫選站仿真，得到最優(yōu)選站結(jié)果。

4 基于共建共享的站址規(guī)劃策略

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要滿足公司已定的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量目標(biāo)和容量規(guī)劃要求，包含覆蓋率、峰值速率、單用戶下行速率、上行速率、移動(dòng)性、時(shí)延、小區(qū)邊緣吞吐量等技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注市場(chǎng)前端關(guān)于黨政軍、政企大客戶、特殊客戶等的特殊需求。

在滿足以上目標(biāo)和需求的前提下，通過上述評(píng)估，基于共建共享的站址規(guī)劃策略主要包含以下三個(gè)步驟：

首先收集來自市場(chǎng)前端、現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、網(wǎng)絡(luò)仿真三個(gè)維度的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要包括需求(容量需求、覆蓋需求、熱點(diǎn)場(chǎng)景信息)、現(xiàn)網(wǎng)4G運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)(流量、話務(wù)量、高價(jià)值用戶分布)、5G的高精度仿真數(shù)據(jù)。

其次對(duì)多維數(shù)據(jù)賦予不同的權(quán)重，結(jié)合使用熵權(quán)法價(jià)值評(píng)估進(jìn)行站址初步規(guī)劃，選出候選站址。

最后結(jié)合整體規(guī)劃布局、物業(yè)信息、其他特殊需求等，從建設(shè)、運(yùn)維和效率提升方面從候選站址中識(shí)別高最佳建設(shè)站點(diǎn)來指導(dǎo)站址規(guī)劃，確保資源精準(zhǔn)投入，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)在共建共享背景下最大效能發(fā)揮。

總結(jié)：本文結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)5G規(guī)劃目標(biāo)和4g共建共享現(xiàn)狀，針對(duì)5G站址規(guī)劃給出了方案建議：基于三個(gè)維度(前端需求、現(xiàn)網(wǎng)4G數(shù)據(jù)、5G仿真數(shù)據(jù))，通過三個(gè)步驟進(jìn)行站址規(guī)劃，目的在于精確選出最優(yōu)5G站址，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)在共建共享背景下最大效能發(fā)揮。