校園5G室分Lampsite建設方案仿真分析

李晉英，祁育仙，王俊峰，張逢飛

（1.山西信息規劃設計院有限公司，山西 太原 030012；2.山西世恒鐵路技術有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

據工信部發布的通信業統計公報顯示，2020年我國全部已開通5G基站超過71.8萬個，5G網絡已覆蓋全國地級以上城市及重點縣市。隨著5G基站部署，學校校園、大型商業購物中心、五星級賓館酒店等場景的口碑樓宇5G覆蓋成為通信網絡覆蓋的重點[1]。2019年3月，上海聯通、上海工程技術大學已攜手建成滿足3GPP NSA架構的“3.5GHz 5G+人工智能應用聯合創新實驗室”并正式投入使用，該校園共部署5G室外宏站5個，室內型微基站1個，實現校園、辦公區、科研區、宿舍區的5G信號覆蓋，使上海工程技術大學成為全國首個實現5G網絡深度覆蓋的高校，加快了校園5G覆蓋進程，如何進行校園5G覆蓋已成為通信網絡覆蓋的一大焦點[2]。而歷年來室分各種建筑物覆蓋一般先挑選試點進行設計，施工開通后測試覆蓋效果，再根據試點測試結果，推廣到類似場景建筑物的方案設計。采用經驗性的方案設計有可能存在弱覆蓋區域需要整改，使得工程項目建設成本、工期增加。

如何對覆蓋區域一次性做好覆蓋是所有設計員應該認真考慮的問題之一。而Ranplan軟件可以在設計施工前對建筑物進行建模仿真，通過調整信源功率、天線數量等方式對各種制式的網絡進行設計，以達到比較好的覆蓋效果。針對校園4G、5G網絡覆蓋，對某校園宿舍樓3#使用Ranplan軟件進行仿真，通過展示在不同的信源發射功率、不同設備數量安裝下該宿舍樓4G、5G網絡的覆蓋質量指標，分析了校園宿舍路區域的容量需求，進而提出一些校園5G Lampsite覆蓋方案建議，為校園5G室分Lampsite方案設計提供一些參考[3]。

2 校園網絡仿真分析

2.1 校園仿真建模

目前主流的傳播模型有COST 231-Hata和3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型，COST 231-Hata模型是COST工作委員會開發的Okumura-Hata模型的擴展版本，適用于2GHz以下頻率范圍，3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型頻率使用范圍是0.5GHz-100GHz。Ranplan仿真軟件采用的傳播模型正是基于3GPP TR38.901的ITU傳播模型，是一款室內外聯合仿真工具，可以實現宏基站、常規DAS室分系統、新型室分系統的建模與仿真。

現在支持4G-1800M+5G-3500M制式的PRRU產品的發射功率有250mW和500mW兩種，基于這兩種發射功率的PRRU信源，采用Ranplan仿真軟件對該宿舍樓3#進行建模。圖1、圖2分別是某校園宿舍樓3#的1F、2F-6F的建筑結構圖。

圖1 宿舍樓3#-1F建筑結構圖

圖2 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑結構圖

2.2 校園不同發射功率下的4G、5G網絡仿真結果及分析

在宿舍樓3#每層安裝布放3個PRRU，采用光電復合纜連接到RHUB，在250 mW和500 mW兩種不同的發射功率下，采用Ranplan仿真軟件對該宿舍樓3#添加Lampsite分布系統后的建筑建模覆蓋平面圖如圖3、圖4所示：

圖3 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖4 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發射功率為250mW時，校園宿舍樓3#的4G、5G網絡覆蓋質量指標仿真結果如圖5-圖8所示：

圖5與圖6顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95.53%，滿足聯通口碑場景4G覆蓋要求（RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95%）。

圖5 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-250mW

圖6 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-250mW

圖7與圖8顯示：宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為86.26%，小于90%，不滿足聯通5G室分系統目標網指標（RSRP≥-110 dBm的占比要大于等于95%），圖中空白區域是收不到5G信號的區域。

圖7 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結果-250mW

圖8 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-250mW

PRRU發射功率為500mW時，宿舍樓3#的4G、5G網絡覆蓋質量指標仿真結果如圖9-圖12所示：

圖9與圖10顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于97.08%，滿足聯通口碑場景4G覆蓋要求。PRRU設備數量相同時，PRRU為250mW時，4G覆蓋滿足要求，PRRU功率增大1倍，4G的覆蓋肯定也滿足要求，軟件的仿真結果符合常理。

圖9 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-500mW

圖10 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-500mW

圖11與圖12顯示：該宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為89.19%，亦小于90%，也不滿足聯通5G室分系統目標網指標。

圖11 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結果-500mW

圖12 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-500mW

以上測試結果說明PRRU發射功率為500mW相比250mW，4G RSRP占比在-60dBm到-40dBm區間提升最明顯，占比至少提升2.57%，大于等于-105dBm占比95%以上整體至少提升1.55%；5G SS RSRP占比在-70 dBm到-50dBm的區間內提升幅度最大，SS RSRP值大于-110dBm的占比至少提升2.50%。由此可見，PRRU發射功率提升1倍，4G、5G網絡的覆蓋質量都有所提升，且5G的覆蓋質量提升效果優于4G。

2.3 校園不同設備數量下的仿真結果及分析

基于5G覆蓋效果不能達到聯通運營商要求，修改了宿舍樓3#的PRRU設備布放數量，每層增加1個，每層平均安裝布放4個，建筑建模并添加Lampsite分布系統后的覆蓋平面圖如圖13、圖14所示：

圖13 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖14 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發射功率為250mW時，校園宿舍樓3#的4G、5G網絡的覆蓋質量指標仿真結果如圖15-圖18所示：

由圖15-圖18可知：每層增加1個PRRU，4G的弱覆蓋區域明顯得到了改善，覆蓋更均勻。與圖5-圖8相比，5G SS RSRP大于等于-110dBm值的占比大幅提升，覆蓋更加均勻，與圖9-圖12相比，5G SS RSRP值更高，且圖中無信號的空白區域明顯減少。

圖15 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結果-250mW

圖18 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結果-250mW

3 校園容量分析

騰訊王卡、冰激凌套餐等不限流量產品的迅速發展使得校園網絡面臨巨大的容量和負荷壓力。

為了驗證上述仿真校園為高負荷校園，對該校園進行了日均話務量和流量統計，統計結果表明：該校園日均流量3769.39GB，日均話務量2663.18Erl，最大用戶數4664，平均PRB利用率77.73%，RRC最大連接用戶數大于50，根據目前5G校園網建設原則可判定該校園為4G高負荷站點。而校園中宿舍樓區域是流量話務量需求最大的區域，可見該校園中宿舍樓區域為高負荷區域，那么該校園宿舍樓區究竟需要配置多少容量可以滿足需求？該校園共有8棟宿舍樓，共居住學生4000人，聯通市場占有率為40%，根據后臺指標統計，忙時用戶RRC激活率為60%，下行占空比為15%。按4G下行5Mb/s、5G下行50 Mb/s的速率保障用戶感知的情況下，該區域共需要配置14.4個20MHz帶寬的4G載扇和9個100 MHz帶寬的5G載扇。表1、表2是對該校園8棟宿舍樓區域的4G、5G容量預測結果。

圖16 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結果-250mW

表1 宿舍樓區域4G容量配置需求預估

表2 宿舍樓區域5G容量配置需求預估

目前該校園宿舍樓區域開通6個20MHz帶寬的4G載扇、7個100MHz帶寬的5G載扇，4G、5G容量均需要進一步提升。采用Lampsite的覆蓋方式，可以按每個RHUB劃分1個小區或者幾個RHUB合并劃分1個小區，后期有可能擴展到每個PRRU劃分1個小區，方便提升校園容量。

4 結束語

由以上分析可知：增加1倍的PRRU發射功率，會改善4G和5G網絡覆蓋質量，但增加PRRU的數量，弱覆蓋和無信號區域會更明顯得到改善，區域覆蓋更加均勻?？梢妼τ谛@宿舍樓，增加PRRU數量比增加PRRU的發射功率覆蓋質量效果會更好，但校園宿舍樓5G覆蓋要達到聯通5G室分系統目標網指標（RSRP≥-110dBm的占比要大于等于95%）的要求會比較困難。可見，對校園宿舍樓做5G覆蓋的Lampsite方案設計時，對于長度為60m的宿舍樓，橫向至少應放置4個PRRU設備，才可以更好地實現5G覆蓋。該結論能夠對校園樓宇的5G Lampsite方案設計提供一些參考，也能夠對多隔段的賓館酒店、商業購物區等覆蓋場景的5G Lampsite方案設計提供一定依據。