大型场馆中TD-LTE系统的覆盖研究

2018-07-23郑海源裴学海

科技与创新 2018年14期

郑海源，裴学海

（1.中国移动通信集团上海有限公司，上海 200060；2.中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司，上海 200060）

1 引言

近些年，LTE网络飞速发展，用户数和数据流量的爆发式增长对运营商网络的业务承载能力提出了全新的挑战。与以往GSM网络和TD-SCDMA网络的建设相比，运营商的整体建设策略从以往关注规模效应和覆盖率等关键指标逐步向重点提升各类场景下的客户感知度和容量建设上转变。

大型场馆具有建筑面积大、空间开阔、业务量急剧增加等特点。针对大型场馆场景下的业务特点，通过分析覆盖、容量需求和实际建设条件等，结合实际的建设案例和建成前后的指标对比，用合理的建设方式完成高质高效的覆盖，从而满足场景下用户的感知度需求，并为后续类似场景的建设提供理论和实践依据。

2 大型场馆特点和覆盖方式

2.1 场景特点

大型场馆作为地标性建筑，包括体育赛事场馆、会展中心等。这类型场景通常具有建筑面积大、主体区域空间开阔、馆内功能分区域多等特点。

2.1.1 高价值用户多、业务突发性强[1]

历史数据统计，大型场馆活动中用户呈现年轻化趋势，人员密度大，4G用户渗透率高于全网平均水平，带动业务量出现潮汐效应，网络容量极易出现瓶颈。

2.1.2 MOD3干扰严重[1]

在活动期间，为了保证良好的单用户速率，场馆主体区域需要多个小区叠加覆盖，但站间距有限且无物理隔断遮挡，小区间存在较大重叠覆盖区域，MOD3无法错开，直接影响用户体验。

2.2 覆盖方式

因大型场馆的特殊价值，一般会采用室内覆盖方式建设，以保障良好的覆盖效果。室内覆盖方式主要包括同轴电缆分布系统、泄露电缆分布系统、光纤分布系统和室内蜂窝覆盖系统等。

2.2.1 同轴电缆分布系统

同轴电缆分布系统以“多天线，小功率”为设计原则，技术成熟度高、网络性能稳定、大面积覆盖成本低。但其易受分布系统器件质量和施工影响，建设维护难度高、容量特性差，尤其是在大型场馆场景下难以满足突发性业务量的保障需求。

2.2.2 泄露电缆分布系统

泄漏电缆系统具有信号分布均匀的优点，但覆盖区域呈带状，覆盖距离有限，所以，一般仅用于地铁和隧道等狭长且有弯道的通道型室内区域，并不适用于大型场馆空间开阔的环境。

2.2.3 光纤分布系统

光纤分布系统的各模块间使用光纤连接，易于布放，可支持多系统多制式信源接入。但是，容量扩展能力比较弱，适用于单位面积业务密度较低的离散场景，难以承受大型场馆场景下的业务量。

2.2.4 室内蜂窝覆盖系统

室内蜂窝覆盖系统包括一体化或分布式的皮基站（PICO SITE）、飞基站（FEMTO SITE）。飞基站、一体化皮基站具有易部署、易回传等特点，适用于小范围覆盖场景，在大型场馆整体覆盖的场景下不予考虑。分布式皮基站系统具备有部署灵活快捷、覆盖能力强、便于容量和覆盖调整、利于监控等特点，常用于高价值站点多模深度覆盖，造价成本比较高[2]。但是，随着容量配置的提高，扩容成本会摊薄，其适用于大容量少隔断的场景。

综上所述，针对大型场馆的特点，建议采用分布式皮基站建设方式，确保优良的用户体验。

3 分布式皮基站技术原理

皮基站为单载波发射功率（20 MHz）在100～500 MW内、覆盖半径在20～50 m的蜂窝覆盖系统。分布式皮基站采用三级结构，包括主设备（BBU）、集线器单元（RHub）、射频远端单元（pRRU），支持接入合路单元DCU，以实现其他厂商的GSM信号接入。BBU与DCU、DCU和RHub之间采用光纤连接，RHub与pRRU之间采用网线连接，pRRU通过POE供电。

相比其他室分架构，分布式皮基站系统大大简化了布线组网方式，如图1所示。

图1 分布式皮基站组网示意图

分布式皮基站系统中单根网线即可支持LTE MIMO，支持通过软件设置小区合并或分裂，能够实时监控天线点位。建成后如果需要提供其他系统或新的频段覆盖，仅需更新pRRU。回传网络采用PTN，在传输资源足够的情况下无需新建，施工难度和维护难度都大大降低。

4 案例分析

4.1 场馆情况介绍

虹口足球场地处上海市虹口区，是中国第一座专业足球场，具有举办高水准国际国内足球比赛功能和举办大型演艺活动的功能，还开设有羽毛球馆等休闲娱乐设施以及餐饮、办公区域。整个足球场占地面积56 000 m2，总建筑面积为72 557 m2，观众席位35 000个。

此次覆盖区域为场馆整体覆盖，由于场馆长期承办中超足球赛事，并且场馆方希望后期能建成智能场馆，所以，对设备能力、施工区域、施工周期都有严格的要求，而场馆管道井空间有限，无疑增加了方案设计和施工的难度。

4.2 容量分析

虹口足球场场内高峰客流量预计可达30 000人。参考场馆内人群年龄层，预估忙时LTE注册用户数可达18 900人，如表1所示。

表1 忙时LTE业务预测

根据移动宽带业务的特点，预计用户平均速率达到下行2 Mbps、上行1 Mbps，忙时LTE容量需求达到下行1 701 Mbps、上行1 417.5 Mbps。考虑上行容量受限，因此，规划最少双载波小区数UL小区大于36，如表2所示。

表2 根据话务模型预计小区数量

综上所述，虹口足球场看台区域共规划至少71个载波，可满足未来30 000人的大型赛事容量需求。

4.3 场馆覆盖解决方案

4.3.1 覆盖规划

虹口足球场看台区域分为上下两层，每块看台长度25～48 m，宽度约28 m。虹口足球场看台分布情况如图2所示。天线发射功率应在看台最大宽度上能满足边缘覆盖指标要求[2]。切换区建议设置在看台间过道处，以减少用户乒乓切换。参考容量测算结果和现场施工条件，根据分布式皮基站设备125 MW/每通道的发射功率，规划每看台1面天线，设置2个逻辑小区。根据机房位置和设备能力规划BBU数量、每个BBU下的小区数量，建议硬件配置最大化，以满足远期扩容、新技术应用等需求。场馆内部根据隔断情况放置天线，天线间隔在25 m左右。