一种基于链式小区的校园移动网络解决方案

肖平　徐瑜

为了解决当前校园无线网络的高负荷、传输资源不足、设备投资大、扩容困难等问题，运用新型的串联多小区技术，提出一种基于链式小區的校园移动网络解决方案。在分析传统室内分布系统的不足的基础上，通过对实际案例的覆盖规划、容量规划，设计了符合案例场景的基于链式小区的室内分布系统组网方式，并通过分析覆盖效果、指标情况，以及分析与传统室分的投资大小、维护难易程度的比较，论证了该方案的可行性，为校园无线网络的规划、建设提供了思路。

校园无线网络 室内分布系统 链式小区 RSRP 传输资源

1 引言

校园属于无线网络覆盖中的人口密集型场景，由于当前4G市场策略的倾斜，语音、数据资费较低，造成了校园内及周边基站无线利用率、单小区PRB（Physical Resource Block，物理资源块）利用率较高，相应的传输资源紧张，如何规划一张优秀的校园移动网络来解决以上矛盾，提升用户感知，也是运营商需要研究的一大课题。

2 传统解决方案

2.1 传统室内分布系统介绍

校园区域有大量面积超过5000 m2的建筑，无线网络用户多、业务密度及无线资源消耗大。由于第四代通信网络LTE普遍采用的频段高，无线电波穿透封闭性好的大型建筑能力相对2G/3G时代的900 M、1800 M较弱，阴影效应明显，建设室内分布系统是解决网络覆盖的必要手段。室内分布系统一般采用BBU+RRU的组网形式，BBU置于机房，RRU室于用户侧，RRU的射频信号发射与接收通过馈线连接的天线完成。传统的室内分布系统组网如图1所示：

BBU每1个光口连接1个RRU，每个RRU为1个室分小区，BBU与RRU之间敷设配套光缆，BBU每个光口与RRU光口之间通过2芯光缆纤芯资源连接。

2.2 传统室内分布系统的局限

（1）单小区最大在线用户数

TD-LTE在线用户数为保持RRC连接的用户数，包括激活用户（保持上行同步）和非激活用户（不保持上行同步）。非激活用户，处于上行失步状态，如需要进行数据传输，须重新发起随机接入过程，以建立上行同步；非激活用户需要在eNodeB中保存UE上下文，但并不占用空口资源，决定最大非激活用户数的主要因素是eNodeB的内存大小。激活用户保持RRC连接和上行同步，可以在上下行共享信道进行数据传输。在TD-LTE系统的多用户调度共享上下行业务信道传输模式下，对于不要求GBR（Guaranteed Bit Rate，保证比特速率）和延迟性能的数据业务，理论上系统所支持的用户数目是不受限制的，但实际eNodeB在每个子帧中需要完成用户调度、基带处理的全部流程，要求调度、基带处理的能力强、时延短，限制了小区可以支持的最大激活用户数。中国移动通信集团的LSFT2（The Second Stage of Large Scale Field Test，大规模现场测试第二阶段）提出单小区400个激活态用户、1200个在线用户的测试需求，即要求满足同时提供400个用户并发上网的需求。

（2）建设资源投入大

以单小区支持400并发用户为标准，一个覆盖场景的理论小区数Ncells为：

Ncells=Nsub/400 （1）

其中，Nsub为并发上网需求用户数。

现有各厂商1台BBU，光口数为6个，一个覆盖场景的理论BBU需求数NBBU为：

NBBU=Ncells/6 （2）

传统室分一个小区需要至少2芯光缆纤芯资源，一个覆盖场景的理论纤芯需求数NFiber为：

NFiber=2Ncells （3）

以湘潭大学（简称“湘大”）琴湖学生公寓为例，该公寓有11栋楼宇，约5200位住户，考虑90%的用户渗透率、70%的并发率，则有3276位用户同时处于激活态。若建设传统室分，综合公式（1）、（2）、（3），则需要至少9个小区、2个BBU、18芯光缆资源。

（3）后期扩容复杂

随着住户增加、用户渗透率提高、并发率的增加，可能会有更多的用户同时处于激活态，则需要进行扩容，需要小区分裂。当增加至总数超过12个小区，传统小区在增加RRU的同时需增加BBU，且每增加1个小区需要增加2芯光缆资源。当前光缆资源属于珍贵资源，施工、布放难度大，而高校通常不可采用明线敷设，需利用既有管道资源；但既有管道资源有限、容量有限，多数情况无法完成光缆敷设及布放。

3 基于链式小区的室内分布系统

3.1 方案设计

将多台RRU串接起来，1台RRU配置为1个小区，在BBU传输带宽、处理能力允许的情况下，一个BBU光口可承载多个小区，且多个小区只需要2芯光缆资源，随着用户数增加，需要小区分裂，只要在原有光缆上新开接头，利旧在用2芯纤资源插入新RRU即可，如图2所示。

目前各设备供应商均已支持同链多小区技术，但不同制式、不同厂商网络设备有所不同，需根据具体配置和参数微调方案。仍以湘潭大学琴湖学生公寓为例，针对实际采用的诺基亚TD-LTE网络设备的网络规划进行讨论。

（1）组网方式

为充分利旧原有资源，琴湖公寓采用原址GSM天馈合路的形式，原GSM为室外射灯天线。如图3所示，规划三条链式小区，第一条链式小区为3个小区，分别为1栋北、4栋南、4栋北；第二条链式小区为4个小区，2栋南、2栋北、6栋南、6栋北；第三条链式小区为4个小区，8栋南、8栋北、10栋南、10栋北。

（2）覆盖规划

TD-LTE以RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）值来衡量小区的覆盖能力。RSRP是一个表示接收信号强度的绝对值，在一定程度上可反映移动台距离基站的远近，度量小区覆盖范围大小。对于高校区域，要求TD-LTE覆盖边缘的RSRP大于-105 dBm。

根据电磁波自由空间传播损耗公式，空间损耗Ls的计算方式如下：

Ls=20lg（F）+20lg（D）+32.4 （4）

上式中D为传播距离，单位为km；F为电磁波频率，单位为MHz，F取值范围为2320～2370 MHz（取2330 MHz）。

根据公式（4）可计算出2330 MHz信号的可视空间传播损耗，如表1所示：

总的路径损耗L为：

L=Ls+M （5）

其中，Ls为空间损耗，M为衰落余量。

根据大量测试数据分析，常见建筑体的衰落余量取值如表2所示：

根据实际覆盖场景采用公式（6）估算距天线最远处的覆盖边缘区用户接收点信号场强电平：

Pr=Pt+Ga-PL-M （6）

其中，Pr为接收点信号强度，Pt为天线口信号强度，Ga为天线的增益，PL为路径损耗，M为隔墙损耗及衰落余量。

以最弱天线接口输入信号强度-14 dBm为准，琴湖公寓室内最远处距该天线为40 m，射灯天线的增益为14 dBi，信号最多穿越两堵砖墙（实际有大量窗户存在，信号衰减小于两堵墙的阴影衰落），按式（6）计算该覆盖边缘场强为Pr=-102 dBm，大于-105 dBm。

由此可见，上述链式小区组网规划信号强度可满足琴湖公寓通信要求，符合设计初衷。

（3）容量规划

结合组网方式与覆盖要求，该公寓设置11个小区，按公式（1）计算，可支持4400个处于激活态的并发用户，大于3276的用户需求数，保有一定余量，符合设计要求。

3.2 實施效果评估

（1）覆盖效果及指标情况

链式小区室分系统开通后，测试的覆盖信号强度RSRP值在室外为-95 dBm～-70 dBm，室内-105 dBm～-85 dBm，在规划设计门限值内，室外/室内RSRP强度测试如图4、图5所示：

日忙时、夜忙时各小区指标均在正常值范围内，以链1第1小区为例，忙时KPI指标如图6所示。

（2）与传统室分对比分析

若采用传统室内分布，想要达到同样的覆盖效果与容量，湘潭大学琴湖公寓需要22芯光缆资源，诺基亚TD-LTE设备至少需要两台BBU（与设备厂家BBU能力有关，诺基亚TD-LTE设备若后期进行小区分裂，需新增BBU或扩展板）；采用链式小区只占用6芯传输资源，两台BBU。具体投资对比分析如表3所示：

4 结束语

根据校园内楼宇和用户的实际分布，结合文中总结的覆盖、容量分析及计算方法，灵活应用基于链式小区的室内分布系统，串接基站各个小区，在保证一定系统余量的前提下，可以规划、建设出符合场景需求的高效校园移动网络，最大程度节约光缆纤芯资源、设备投资，且降低了网络复杂度，便于后期硬件扩容及维护，提高了资源利用率及投资回报率。本方案已在多所高校区域应用并取得良好效果。

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