高话务场景分区错频的降噪保障方法研究及实践

2018-05-04刘毅刘红梅

移动通信 2018年3期

刘毅，刘红梅

（中国移动通信集团山东有限公司，山东济南 250001）

1 引言

随着微信、QQ、微博、直播等社交类APP实时分享业务的快速发展，演唱会、展会等高话务场景为保障现场容量及用户感知，新增大量室分、微站等站点，伴之而来的是重叠覆盖度高、干扰增强，导致用户接入困难、感知速率降低。

为解决现网上述问题，山东移动以容量预测、覆盖方案设计为基础，在容量保障、干扰抑制、新技术应用等多方面进行探索研究，分析大话务场景下实际的问题点及难点，制定针对性解决方案，系统总结了一套基于分区错频的高话务场景降噪保障方案，抑制大话务场景下的干扰，提升大话务场景下的用户感知，为大话务保障提供经验及支持。

2 高话务场景保障面临的主要挑战

2.1 网络体验要求高

大话务场景往往伴随着赛事、表演或演唱会等大型活动，电视、媒体会进行相关实时报道。普通观众也会在移动终端将赛事和表演进行实时分享。TD-LTE网络现场图片及视频传输业务比例较高，对上行业务质量要求较高，需要做好用户上行速率感知的保障。

2.2 网络容量需求高

由于极小区域内聚集了大量的用户，尤其在入、散场时话务量会呈现爆发式的增长，单纯通过传统的DAS系统方案无法满足容量需求，这就需要在场馆内通过载波扩容、小区分裂等，增加更多的载频、尽量多的增加小区数量进行覆盖，满足用户对容量的需求。

2.3 区域内干扰严重

大型场馆内无线信号传播为视距传播，能量以直达径为主，室内小区内无线信号强度较好，但是由于小区间缺乏良好的空间隔离，小区间的下行干扰非常严重。由于容量需求大，为了保证用户感知，场馆内小区数量多，易出现大面积重叠覆盖，邻区下的终端同样对服务小区产生较强的上行干扰。

2.4 无线覆盖规划困难

高话务场景中，人员密集，容量需求高，必须建设更多小区。然而，一方面随着小区的增多，小区间干扰增加，反而降低了小区的实际容量；另一方面人员聚集区域面积小，小区分裂困难，覆盖规划容易受限。容量与覆盖的矛盾成为无线覆盖规划的难点。

3 高话务场景LTE网络应对措施分析

3.1 容量提升方法分析

要做好高话务场景，特别是大型活动的应急通信保障，首先得对业务需求进行预测，通过结合移动市场份额、LTE用户渗透率及同时在线用户数等维度评估，精确评估保障需求，提高保障效率。根据多场大型活动经验，提出以下公式：

对活动现场用户数的预测，只是对整个场景总体容量需求的评估，是粗略的，不足以支撑起整个保障技术方案的制定工作，要保证用户感知，必须聚焦业务聚集地所在位置，有针对性地将容量评估做精做细，对该位置进行区域划分，从区域面积、人流密度入手预测出用户数，然后按单载波建议承载的用户数计算出载波需求，最后再进行保障方案的制定。

3.2 干扰抑制措施分析

针对高话务大场景，可从以下几方面进行干扰控制：

首先，从场馆建筑结构的特点进行区域划分，分区覆盖，使建筑结构对人流起到分离、隔离效果，避免小区间频繁切换，降低小区间的重叠覆盖度。

其次，异频组网可以有效解决同频干扰的问题，优化SINR值，提高下行吞吐率。通过空间传播距离隔离同频小区，可以有效降低同频干扰。在分区覆盖的基础上，可以将宏站、室分、微站等交错覆盖，保障系统容量的同时避免同频干扰。

最后，利用波束赋形技术控制重叠覆盖。较窄的波束宽度可以使能量更加集中，既可以控制小区覆盖的范围，减少对其他小区干扰，又可以增强小区主瓣方向的覆盖深度和强度。高话务场景下，有针对性地使用窄的波束能有效减少干扰，增强深度覆盖，提升系统吞吐量。

3.3 覆盖方案规划分析

高话务场景必须统筹考虑容量与覆盖的平衡，利用覆盖规划和覆盖控制手段，在满足容量需求基础上实现小区覆盖的有效隔离，解决容量与覆盖的矛盾。传统室分覆盖解决方案采用全向吸顶天线进行覆盖，天线距离地面高度通常为2.7 m～3.5 m，高话务大型场馆超密集小区组网场景下由于空间隔离度不足，干扰问题无法规避，不能满足场馆网络覆盖需求。为此，应该在业务需求容量计算及小区规划完成后，根据实际业务展示的位置进行覆盖方案的设计及规划。

3.4 新技术应用分析

（1）场馆赋形天线

高话务场景中话务量需求高，而可使用的频率资源有限，为了达到最佳容量必须进行频率复用。赋形天线在这种情况下应运而生。

赋形天线的天线波瓣在横截面方向上趋向于矩形，如图1所示，覆盖波形可以基本吻合场馆坐席的几何形状，矩形以外的区域信号迅速衰减，可以有效地控制信号外泄；同时，无论在水平方向还是垂直方向，赋形天线在半功率角外波瓣都能够迅速收缩，可以有效抑制同频小区间的干扰。

图1 场馆赋形天线覆盖波形示意图

在高话务场馆中应用赋形天线可以有效消除覆盖重叠或盲区，很好地进行小区隔离，最大程度地提高频率复用效率和容量。

（2）3D-MIMO

3D-MIMO作为一种新的站点形态，使用集成大规模阵列天线，利用多天线技术和空分复用技术，实现了三维精准波束赋形和多流多用户资源复用，可有效应对高话务、高干扰、上行受限问题，对保障高话务场景有独特的优势。

首先，在高话务需求情况下，3D-MIMO可以充分发挥其接入用户多、高话务容量优势，提升用户体验，释放压抑流量，更好地满足用户业务需求。

其次，高话务场景由于站点部署密集，同时在用户数快速增加后，网络干扰提升，从而降低网络性能，3D-MIMO更窄的信号宽度和精准赋形能力，可以有效降低网络干扰。

最后，3D-MIMO采用多流技术，上行能力可大幅提升，针对网络中上行业务要求较高的高话务场景，如演唱会、旅游节等活动，可以大幅提升上行能力。

4 高话务场景分区错频降噪保障方案

4.1 精确的容量预测及规划

精确的容量预测及规划是高话务场景下保障用户感知的关键和基础，容量估算越准确，越贴合实际情况，最终用户感知效果越好。

首先，需要了解保障业务的容量需求，以及各个业务具体的分布位置，从而计算出具体需要的小区数目以及小区的分布情况。

容量预测及规划公式如下：

以容纳30 000用户的场馆为例，根据容量预算表格，如表1所示，所需小区数为：30 000×70%×100%×100%×80%÷400=42个。

表1 大话务场景容量预算表格

4.2 基于分区错频的高容量覆盖方案

基于分区错频的高容量覆盖方案基本思路是采用分层覆盖网络，通过负荷均衡及其它策略实现业务承载的区分。在进行覆盖方案设计时，在容量评估的基础上，对场馆现状进行深入的摸底，注意覆盖区域的精确控制，主要考虑多小区之间的隔离、小区分布情况，合理划分覆盖区域，使用宏站、室分、微站等交错覆盖，通过分区分层错频精细规划场馆覆盖，各层间频率规划错开，避免同频干扰的同时保障系统容量。

以常规的演唱会、体育赛事场馆为例，根据容量估算和实际覆盖摸底测试，通常可划分为中央场地VIP区、低层看台区及高层看台区3层覆盖区域，如图2所示，各覆盖区域频率错开，避免同频干扰的同时保障容量问题。

第一，中央场地VIP区需重点保障，由3D-MIMO、宏站、E频段室分及微站组合覆盖。

图2 基于分区错频的高容量覆盖方案示意图

第二，低层看台区主要由E频段双路室分系统覆盖，根据容量估算情况进行载波扩容；看台下方走廊区域通过安装于天花板的双通道D频段小区垂直覆盖，D、E频段交错覆盖。

第三，高层看台区域主要由E频段双路室分系统覆盖，根据容量估算情况进行载波扩容；马道之上安装双通道D频段小区由内场向外场方向覆盖，D、E频段交错覆盖。

4.3 负荷均衡，多频点协同优化

在分区错频的前提下，需要采用载波聚合、动态负荷均衡、场景化参数设置等方案，保证保障场景内的各频点之间负荷均衡，切换、重选顺畅。

首先，通过载波聚合和动态负荷均衡最优化配置无线资源；同时将载波聚合与负荷均衡巧妙结合，在不发生UE切换的情况下，通过资源调度的方式，达到负荷均衡的目的，避免传统负荷均衡频繁切换造成的系统性能流失。

其次，根据各小区负荷情况灵活调整重选门限和切换门限，实现空闲态和连接态的负荷均衡，同时建议场馆区域及周边站点打开站内和站间的负荷均衡算法开关，通过系统负荷均衡，各小区实现负荷分担，降低高用户数对小区的冲击。

最后，合理进行规划和参数设置，避免终端与系统间过多的信令交互，如频繁下发RRC重配、位置更新等。

4.4 新技术应用

（1）场馆赋形天线精准覆盖

对于高话务场景的室内覆盖方案，建议采样赋形天线作为覆盖手段，确保同时满足覆盖控制和容量需求。在分层错频覆盖的基础上，场馆内覆盖看台天线采用窄波束、旁瓣抑制比高的赋形天线，可有效降低干扰，增加小区间隔离度，加强室内小区信号控制。对于演唱会、体育赛事等此类空间隔离度不足的超密集小区组网场景，使用多根矩形赋形天线，可以精确控制场馆内的小区覆盖范围，最大程度抑制同频干扰。

（2）3D-MIMO解决方案可靠支撑

3D-MIMO解决方案是集成大规模阵列天线，利用多天线和空分复用技术，实现精确的用户级赋形波束和下行16流上行8流多用户空分复用，成倍提升网络的频谱效率和容量，有效缓解流量激增和频谱受限之间的矛盾，是目前实现场馆高话务保障的关键手段之一，可为重大节假日及重点活动保障提供可靠支撑。

5 基于分区错频的高话务场景降噪保障方案实践

5.1 分区错频高容量覆盖方案试点

聊城体育场位于聊城大学南侧，总建筑面积5.2万平方米，总体轮廓为南北长轴298 m、东西短轴246 m的椭圆形，设观众席3万座。容量估算如下：所需小区数为40 000×70%×100%×100%×80%÷400=56个。

景阳冈巨星演唱会保障期间，结合场馆实际覆盖摸底测试，将演唱会现场分成3层65个小区覆盖：中央场地VIP区、低层看台区、高层看台区。

中央场地VIP区域11个小区，由3D-MIMO、宏站和E频段室分在北侧向南覆盖；同时体育场内场东侧南北各安装微站1台，由东向西覆盖VIP区域。

低层看台区域24个小区，采用E频段双路室分系统，全部扩容为3载波；新建双通道D频段小区系统安装于看台下方走廊区域天花板上进行垂直覆盖。

高层看台区域30个小区，采用E频段双路室分系统，全部扩容为3载波；新建双通道D频段小区系统安装于马道之上，由内场向外场方向覆盖。

5.2 分区错频高容量覆盖方案效果

大会期间，参会者达到4万人次，4G业务呈爆发式增长，LTE网络承载了98%的数据业务。演唱会全场上行总流量190.96 GB，下行总流量300.32 GB，下行流量高峰出现在21：15，上行流量高峰出现在22：00；全场VoLTE总话务量184.59 erl，VoLTE激活用户数峰值出现在入场的19：30，符合业务预估。

在这种高话务的冲击下，通过基于分区错频的降噪保障方案应用，网络规模满足了业务需求，保证了网络的正常运行，演唱会保障工作圆满完成。