LTE网络建设初期部署小基站容量问题研究

吴伟 刘宇 李虓江

【摘要】 本文结合LTE宏微组网现场测试数据，重点探讨在4G网络建设初期引入小基站对LTE网络容量的影响以及其解决措施。

【关键词】 小基站 网络容量 宏微组网 干扰

一、引言

随着2013年底国内LTE网络运营牌照的正式发放，国内三大移动通信运营商相继开始LTE网络建设。与国外新兴移动通信运营商不同，国内运营商均拥有基本覆盖全国的2G/3G移动通信网络，因此必然选择在现有网络架构基础上进行4G网络的建设。

国内现有2G/3G网络普遍使用中低频段，但国内4G网络所使用的频段普遍较高。如中国移动的4G网络使用频段以2.3G/2.6G等为主，中国电信和中国联通的4G网络使用频段以1.8G/2.1G/2.3G/2.6G等为主。4G网络的高频段组网必然导致4G站间距小于2G/3G网络，4G网络的站点规模则会大于2G/3G网络。因此到了4G时代，国内运营商在现有网络架构基础上建设4G网时就面临现有2G/3G基站站址资源不足的问题。这也成为制约运营商快速建设覆盖良好的4G网络的重要因素之一。

基于以上分析，在4G网络建设初期，运营商对完善4G网络末梢覆盖、提升用户体验方面需求会非常急迫。小功率基站的出现为运营商提供了一个有效解决这个问题的办法。但与此同时，每个运营商可用的4G网络频点资源有限，在某些情况下小基站势必与宏站同频组网；加之在目前运营商采用的LTE网络R9版本中，控制宏站和小基站之间干扰的异构网相关参数尚不能使用。故若小基站部署不当将对整个4G网络质量产生不利影响。

在4G网络建设初期，如何在不影响网络整体质量的前提下，针对实际情况完善4G网络覆盖效果、提升用户体验，是本文的主要研究内容。

二、小基站介绍

2.1 小基站概念

3GPP协议将无线基站分为大功率站和小功率站两大类，其中大功率站功放功率一般在10W以上，小功率站功放功率一般在10W以下。本文中将大功率站简称为宏站，将小功率站简称为小基站。

目前国内尚无小基站定义的统一标准。按设备形态分类，小基站可分为一体化小基站和小型RRU。一体化小基站的设备含有基带和射频单元，具有基站的完整功能，可直连LTE核心网。小型RRU的设备仅含有射频单元，需与BBU相连实现基站功能，不能直接连接LTE核心网。

按小基站的发射功率，还可将小基站分为瓦级产品（1w-10w）和毫瓦级产品（100mw-500mw）两类。

2.2 小基站部署优势与挑战

从工程建设层面和技术层面综合分析，小基站部署的优势主要有以下几点：

1.快速部署：小基站体积小，大多内置天线，安装方便。可通过SON技术的应用进行快速部署，实现快速补盲和提升容量和小区边缘速率的目的。

2.节省投资：小基站集成度高，对站址配套要求相对较低，可有效降低单站的综合造价。

由上可见，小基站主要用于解决中小范围的覆盖盲区或弱区，满足一定容量和业务速率的无线宽带接入需求，同时可降低建设成本、建设周期和维护难度。

在小基站部署中所可能遇到的挑战主要集中在干扰方面。当宏站和小基站同频组网时，宏站和小基站之间的干扰有可能对网络性能和质量带来负面影响。根据3GPP标准规定，需将当前网络版本升级到R10/R11版本，同时开启小区扩展、eICIC等关键技术后才能有效控制和规避这类干扰问题，而目前这些关键技术的成熟度和有效性尚待网络版本升级后进行现场验证。

三、现场测试及分析

通过在真实场景下实地搭建测试环境，可深入研究和评估小基站的引入对4G网络整体容量的影响程度，据此总结分析在4G网络建设过程中使用小基站所需要注意的一些问题，从而进一步指导4G网络顺利建设。

现场测试中采用了一体化小基站设备，最大发射功率5W，工作在1.8G频段，MIMO工作方式为2x2，设备内置11dBi定向天线，天线挂高约15米，主要覆盖周围几幢3-6层的居民楼，距离最近宏站约300米左右。

3.1 小基站开启前后网络容量对比

通过测试发现，虽然有同频干扰的影响，小基站开启以后宏微混合组网的上下行总容量均得到一定程度的提升。此外，通过测试数据表明，小基站开启后宏站覆盖范围内的上下行容量均出现不同程度的下降（图3）。主要原因是其受到了来自小基站的同频干扰而导致下行容量下降。同时由于受到小基站中UE的同频干扰，导致宏站的上行容量也下降。

3.2 小基站开启前后定点吞吐量对比

针对宏微边界处存在的同频干扰以及由此引起部分区域内性能下降的问题，在宏微基站覆盖交叠区域内的一段路线上依次选取5个测试点进行CQT测试，据此分析评估宏微干扰对网络性能的影响。这5个测试点中“测试点1”、“测试点2”靠近宏站，“测试点5”靠近小基站，“测试点3”和“测试点4”在小基站配置为5W的情况下，接收到的宏站信号和小基站信号强度基本相当，处于两个基站的覆盖交叠区域。（图4）

（1）下行吞吐量性能测试：

通过分析测试数据可见，小基站开启以后小基站的近中点（测试点4，5）的吞吐量有所提升，但宏站的远点（测试点2，3）由于受到了同频干扰的影响而导致其吞吐量有所下降。小基站下行发射功率越大，宏站远点的SINR和下行吞吐量的下降幅度越明显。测试数据表明，小基站的引入使得覆盖区域内下行吞吐量平均提升近一半，边缘平均提升约1.5倍多。

（2）上行吞吐量性能测试：

上行吞吐量的变化主要取决于到达归属扇区的路径损耗的差异。通过测试发现，小基站近中点位置处上行吞吐量提升明显，且小基站配置功率越大则这种吞吐量的提升幅度越明显。当小基站配置为5W时，小基站近点处的上行吞吐量提升约为小基站关闭时的2.5倍多。而当小基站配置为1W时，这种上行吞吐量的提升幅度仅为20%左右。

四、小结

小基站在运营商LTE网络建设初期确实是解决宏基站末梢覆盖阴影，有效提升覆盖区域内覆盖和容量的有效手段，但同时也会在宏微之间引入一定的同频干扰，使得在宏微覆盖交叠区域内的宏站受到同频干扰而导致其上下行方向的容量下降。因此，在实际的组网过程中，需要通过精细控制小基站的功率、挂高、天线增益等参数来控制宏微组网交叠区间的大小，若使用不当则有可能对整体LTE网络性能造成负面影响。据此，结合文中的测试数据和分析，提出如下小基站室外应用场景建议：

1、室外小基站主要针对室外200米范围内弱覆盖或无覆盖区域，且与周边宏站信号间存在有较好隔离的区域。比如主要应用于居民区内底层（由于建筑物阻挡等原因导致居民区底层小范围覆盖不好的区域）、中小型街道（市区中较窄的街道或弄堂小巷）、小范围室外休闲场所（室外小面积的咖啡厅、游乐场、社区健身区）等区域覆盖。

2、对于一些开放环境如城市主干道、广场、公同等，当小基站与宏站同频部署时，有可能面临难以控制的干扰情况，导致切换失败、速率下降等问题，故这些场景下不建议选用小基站设备进行覆盖。