密集城区4G网络深度覆盖策略及解决方案

许景渊，梁怡兰

(1.北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070; 2.广西中医药大学，广西 南宁 530222)

0 引言

随着4G网络在密集城区的深入覆盖，受限于频谱资源、业务承载、无线传播环境及物业纠纷等因素，传统以宏站为主的建设模式已难以适应日益增长的业务需求及快速部署的建设节奏[1]。从业务发展和网络演进来看，密集城区始终是运营商网络覆盖的重点和热点[2]，也是网络规划设计研究的热点和难点，亟需引入全新的组网架构和设备形态来解决深度覆盖问题。

1 存在问题及解决思路

1.1 主要存在问题

在密集城区网络建设中，受频谱资源、业务承载、无线传播环境及物业纠纷等因素影响，常存在因覆盖能力不足、覆盖环境复杂及物业纠纷频发引起的深度覆盖盲区、弱区及室内覆盖不足的问题。

① 从网络组网角度看，频谱资源是制约4G网络组网的关键因素。相比2/3G网络的低频段、广覆盖的特点，4G网络因其频段高、穿透能力弱，单站覆盖范围进一步缩小，特别在以“楼高”、“巷窄”、“人多”为主要特征的密集城区场景中，无线传播环境更为复杂，因高频段引起的覆盖、穿透问题更加明显和突出。

② 从业务承载角度看，不同于2G主要承载语音业务、3G主要承载语音+低速数据业务，4G网络主要承载高速数据业务，对网络容量、数据速率及用户体验等指标提出了更高的要求，特别是密集城区场景中，室内用户对高速数据业务的爆炸式增长需求已成为网络建设最为棘手的问题。

③ 从无线传播环境看，不同于农村、交通干线等广覆盖场景，密集城区需解决因建筑物密集、人口稠密、业务需求多样而带来的深度覆盖问题，无线传播环境将更为复杂，对无线传播模型要求更高。

④ 结合工程实际，密集城区4G网络建设往往存在因业主电磁敏感、物业纠纷等问题而导致无法抵近覆盖目标区选址和建站的情况，从而形成网络覆盖盲区、弱区及室内覆盖不足的问题。

1.2 覆盖策略及思路

为解决因频谱资源、业务承载、传播环境及物业纠纷引起的网络覆盖、容量、质量及站址获取的问题，提出了对密集城区网络进行“异构化”组网策略[3]，对应分为“布局层”“补盲层”“吸热层”及“室内层”，进而，形成了以宏站为骨架，杆站、微站及室分为主要覆盖手段的密集城区覆盖解决方案，其中，网络分层组网策略如图1所示。

图1 网络分层组网策略

1.2.1 布局层：以宏站为骨架，全网连片覆盖

从全网布局角度，构建趋于理想蜂窝结构的网络，主要采用“宏基站”、“分布式基站”等设备类型来保障目标覆盖区域的业务需求[4]，使得密集城区的室外开放区域、道路及楼宇等区域实现网络基础布局性覆盖，满足一定的深度覆盖需求和保障业务移动性。

1.2.2 补盲层：网络盲区、弱区覆盖

在保证网络结构的合理性和稳定性的前提下，采用“滴灌”组网理念[5]，结合多种站型、设备类型并考虑干扰规避，灵活使用“RRU拉远”“室外路灯杆”“楼面美化杆塔”等部署方式，从而有效解决城区室内、外局部无覆盖与弱覆盖问题，达到严控干扰、提升网络性能的目的。

1.2.3 吸热层：容量热点区域覆盖

为了保障容量热点区域用户感知，采用多载波聚合、扇区分裂、室分外引、Small Cell等手段，遵循“按需而建”的原则，建立宏微协同的异构网络，灵活快速解决热点区域的业务扩容和分流问题，以达到密集城区网络覆盖互补、负荷分担的效果。

1.2.4 室内层：建筑物内部覆盖

考虑城区建筑物结构特征及布局分布，采用灵活的室内分布系统和室内、外综合覆盖方式，使用光纤分布系统、Lampsite、QCell等技术手段来解决室内深度覆盖及周边信号覆盖的问题，从而达到改善室内及建筑外围信号覆盖的目的。

2 技术要求及应用场景

2.1 覆盖能力分析

从网络分层看，“异构化”组网的布局层、补盲层、吸热层、室内层对应的主要设备形态为宏站、杆站、微站和室分，如分布式基站、Small Cell、Book RRU、Lamp Site等，其常见设备形态及典型特点如表1所示。

表1 密集城区常见设备形态及典型特点

从覆盖场景特征来看，密集城区人口稠密、建筑物纵横交错且业务类型丰富，往往涉及楼面抱杆安装、地面杆塔安装、建筑壁挂安装及室内分布覆盖等部署方式。结合覆盖场景及链路预算结果，考虑到4G网络的频段、覆盖目标及业务承载等因素[6]，在密集城区场景中，典型的宏基站覆盖范围为200 m以上、杆站覆盖范围为100～300 m，微基站覆盖范围为50～100 m、皮基站及室分的覆盖范围为10～50 m，其典型覆盖能力如图2所示。

图2 典型场景覆盖能力示意图

2.2 组网技术要求

从工程建设角度分析，提出网络结构、数据回传、数据安全及设备供电的技术要求。

2.2.1 网络组网要求

首先，站址应选在视距范围内、用户密集区的临街建筑、街道等站址上，进一步聚焦用户密集区，采用宏微协同、立体组网策略[7]，推进密集城区深度覆盖，实现用户良好感知和体验。

其次，结合网络数字化、宽频化及多网融合等技术特点，构建网元可扩展、前后兼容、智能管理的异构化网络[8]，为后期4G网络扩容和5G网络演进搭建稳健的网络架构。

此外，采用微基站、室内外综合覆盖和新型室分覆盖系统等灵活的组网方式，零站址敏捷建站，并与周围环境更加和谐和隐蔽，微基站典型组网结构如图3所示。

图3 微基站典型组网结构

2.2.2 数据回传技术

密集城区往往具备较为良好的传输光缆资源，主要采取有线传输回传接入、基于PON的共享回传接入、无线回传接入等数据回传技术[9]，值得指出的是，微基站常采取基于PON的共享回传接入方式，通过OLT等设备上联传输网络连接至IP承载网。

2.2.3 数据安全技术

为保障通信数据安全和防止非法入侵，通常在城域网和核心网之间部署安全网关，负责基站与核心网设备交互数据转发和加解密的安全防护。另外，基于PON的共享回传接入的微基站和安全网关之间建立起IPSec隧道，保护流经接入网和城域网数据流量的保密性和完整性。

2.2.4 设备供电技术

对于布局层、补盲层设备，往往采用BBU集中放置+RRU拉远方式，BBU设备应集中放置于机房或机柜中，电源供电采取-48 V直流供电或UPS供电的方式，RRU拉远端视具体情况可考虑采取直流供电、交流供电、直流远供等技术进行设备供电。

对于吸热层、室内层设备，主要设备形态为微基站、RRU独立拉远、分布系统设备等，现场通常不具备配置稳定的直流供电条件，视具体情况可考虑采取交流供电、直流远供、POE供电等技术进行设备供电。

2.3 工程应用场景

从工程建设角度分析，结合密集城区网络评估数据及上述覆盖策略，定位密集城区弱覆盖问题点，针对“布局层”“补盲层”“吸热层”及“室内层”的不同特点及技术要求，进一步提出分层分场景覆盖、宏微协同覆盖的综合解决方案。

① 宏站以覆盖范围广、容量高、配套资源要求高等特点，可用来解决城区布局层信号覆盖；

② 灯杆站以灵活美观的路灯或景观塔的方式弥补宏站在配套和物业上的不足来实现城区弱覆盖补盲；

③ 微站以覆盖范围和容量偏小、设备体积小、无需机房配套等特点，部署灵活快速，适用于精准补盲和吸热，更是密集城区深度覆盖的主要覆盖手段；

④ 室分系统则是实现小区楼宇深度覆盖及公共活动绿地覆盖的重要手段。

此外，从设备形态上分析，解决密集城区深度覆盖和业务吸热的典型建设方式包括微基站覆盖、室内外综合覆盖和新型室分覆盖系统等，其主要应用场景如下。

2.3.1 微基站覆盖

利用Small Cell、Book RRU等微基站形式，可实现宏蜂窝网络的资源互补和部署模式转变，进一步解决密集城区深度覆盖和吸热分流的业务需求[10]，从而，实现低成本、快速、有效地解决密集城区深度覆盖的目标。微基站部署方式灵活，可挂杆、壁挂、入盒等方式安装，其主要应用场景如下：

① 难以解决基站的站址且小范围信号弱区、临街商铺等场景的精准覆盖、热点区域高业务分流；

② 临街商铺、步行街等场景的精准覆盖或空间受限，不适合安装天线的场景；

③ 小范围信号弱区、临街商铺、城中村、室内VIP覆盖点等场景的精准覆盖。

2.3.2 室内外综合覆盖

在密集城区覆盖中，可利用优势物业，采用室分外引的方式，解决高层住宅楼层覆盖的难题[11]，同时，解决附近高层建筑特别是外围建筑的室内信号覆盖，其主要应用场景如下：

① 高层联排楼宇聚集、物业协调困难、边缘覆盖弱的密集住宅小区；

② 利用楼宇已部署的室分系统，信号外引实现小区内互打。

2.3.3 新型室分覆盖系统

结合建筑物及人员聚集的特点，细化室内覆盖场景，针对各种场景的覆盖困难问题，通过灵活应用光纤分布系统、Lampsite、QCell等新型室分覆盖系统解决密集城区深度覆盖问题[12]，其主要应用场景如下：

① 高端用户聚集，人流量大且集中的商务办公区、高档住宅区、交通枢纽等；

② 单层面积大，内部结构复杂的大型购物区、交通枢纽楼、会展中心等；

③ 地处繁华地带，靠近交通干线的商业步行街、商业购物区、地铁候车厅等。

3 工程应用案例

以一个城市密集城区三元小区Book RRU深度覆盖项目为例进行解决方案分析。

3.1 无线环境概况

三元小区位于江南区核心商圈内，属于典型的密集住宅小区，共辖5个组团(A～E组团)，楼宇纵横交错(100多栋)，楼间距较密(10～15 m)。经现场查勘，该小区外围已部署了路灯杆基站和楼面杆塔基站，小区外围住宅楼宇信号良好，然而，由于物业多纠纷且业主对电磁敏感，小区内的传统室外站址获取困难，长期无法落地，在小区中心区域A5栋周边，楼宇4层以下信号较弱且不稳定，常接到客户投诉，因而，亟需通过全新灵活的建站模式来加强小区深度覆盖。

3.2 覆盖解决方案

结合前期物业谈判和现场无线传播环境分析，可考虑规避在小区内建设楼面杆塔、安装常规天线的建设模式，建议采用Book RRU部署方式来解决小区内信号覆盖问题。Book RRU具有小巧、美观、易伪装的特点，通过抱杆安装、壁挂安装等方式快速实现居民区、商业街、校园网等场景的大规模部署。结合该站点情况，提出具体解决方案如下:

① 设备架设方式：考虑到前期物业谈判及小区居民对电磁敏感的实际情况，采用将新增Book RRU设备安装在小区内A5栋居民房5楼阳台侧壁上，从室内向室外辐射，分别向2个弱覆盖目标区域进行LTE网络信号覆盖，重点解决小区低层楼宇的室内信号弱覆盖和不稳定问题；

② 传输回传方式：Book RRU设备支持IPRAN、xPON、xDSL等有线方式以及微波无线方式来进行传输信号回传，考虑小区部署实际及现有资源状况，本站建议采用“Book RRU设备—ODM—传输线路—ODF—传输上联” 的有线传输回传方式;

③ 供电方式：直接利用业主提供的交流电，采用交流配电箱对Book RRU设备进行交流供电;

④ 频率规划：与周边宏基站采取同频规划和设置。

3.3 建设前后效果对比

通过对密集城区三元小区基站开通前后的覆盖效果对比发现，在A5栋部署的Book RRU基站可有效解决目标楼宇周边200 m范围内信号覆盖及数据承载问题，达到了预期的规划效果，具体指标效果如下：

① 对开通后基站进行室内CQT测试，CSFB成功率达到100%。同时，数据业务体验良好并达到规划门限指标要求，其中，小区下行峰值速率达到148.60 Mbps，均值速率达到144.99 Mbps；小区上行峰值速率达到49.85 Mbps，均值速率达到49.17 Mbps，如图4所示。

② 对开通后的基站进行室外DT测试，目标覆盖区域的RSRP指标、SINR指标、数据业务速率指标等均达到规划门限指标要求。其中，如表2所示，RSRP指标≥-100 dBm比例，提升了9.24%；SINR指标≥-5 dBm，比例提升了9.49%，开通前后上/下行数据速率均达到规划指标要求，并得到大幅提升，平均下载速率达到74.10 Mbps，平均上行速率达到45.66 Mbps。

图4 Book RRU基站开通后室内CQT测试效果

表2 Book RRU基站开通后室外DT测试效果对比

指标名称单位门限值设定开通前指标/%开通后指标/%效果对比/%参考信号接收功率RSRPdBm≥-10090.76100.009.24参考信号信噪比SINRdB≥-590.51100.009.49小区边缘上行速率kbps1 02495.55100.004.45小区边缘下行速率kbps4 09685.18100.0014.82

在Book RRU基站开通后对小区道路进行DT测试发现，室外RSRP指标由-96.85 dBm提升到-78.71 dBm；同时，对小区内楼宇进行CQT测试，室内信号RSRP指标均值为-78.7 dBm，平均下载速率体验达74.1 Mbps(提升3倍)，Speed Test定点测试的峰值下载速率更是突破143 Mbps，CSFB成功率100%。总体来看，Book RRU基站开通后，达到了预期规划目的，小区信号覆盖得到了显著提升，用户体验得到了显著改善，具体指标测试效果如图5所示。

图5 Book RRU基站开通后室外DT测试效果

4 结束语

长期以来，因覆盖场景复杂、服务用户众多以及业务承载比重大，密集城区4G网络深度覆盖问题始终是运营商面临的最棘手问题。区别于覆盖场景分析法，本文主要以网络分层和网络演进为切入点，抓住各网络层的业务承载特征及覆盖特点，提出了针对性的“面”“线”“点”层面的组网策略和覆盖方案，有效解决了密集城区深度覆盖、业务承载和流量分流等重要问题，更为后期5G网络超密集、异构化组网打下良好基础。