2019年度“嘉环杯”获奖论文二等奖基于无人机灯光秀创新保障及5G应用无人机测试优化研究

2020-04-12张国光汤浩然

江苏通信 2020年1期

王新宋峻张国光汤浩然

中国联通江苏省南京分公司

0 研究背景

无人机灯光表演为2019年青奥艺术灯会最大亮点，600架无人机腾空而起，五彩的灯光秀展示了南京长江大桥、莫愁女、双子楼、古城墙等南京标志性符号，为南京市民和外地游客奉上一场视觉盛宴。此次无人机灯光秀由南京联通独家提供网络资源，为有效保障本次活动的网络环境，并且能最大化地节省成本，需在保障过程中应用新手段、新技术。

1 保障过程

1.1 保障面临的挑战

保障主要面临以下三个方面的挑战：

（1）高并发：600架无人机同时升空并进行动作变换、灯光变化等一系列指令，业务并发率达100%；青奥眼景点游客众多，且有大量联通用户观看灯光秀，加剧了网络负荷。

（2）高干扰：无人机表演高度达100米以上，高空信号杂乱，质量差；青奥眼周边站点密集，同频干扰大；青奥眼周边楼宇密集，无线环境复杂，导致网络重叠覆盖高。

（3）低时延：无人机动作要求整齐划一，对网络时延要求较高，要求同步误差低于10ms；观众观看灯光秀时进行图片发送、视频直播等网络互动，要保证感知流畅，网络零卡顿。

1.2 保障优化思路

为应对灯光秀带来的挑战，团队从业务高并发、质量高干扰、感知低时延等方面针对性地提升优化区域内的4G网络覆盖、容量和质量，以确保灯光秀期间4G网络的稳定。

1.2.1 利用RF优化解决下行重叠覆盖

如图1所示，用户1和用户2都位于小区A、B的边缘交界区域，且同时使用相同的频段。用户1正在接收基站A为其发送的下行有用数据，由于基站B也正在用相同的频段为用户2发送下行数据，因此基站B此时发送的数据就成为了用户1的下行干扰。可通过RF优化手段控制覆盖，严格控制人流密集区主控小区的覆盖范围，规避重叠覆盖，提升网络质量，优化速传时延，改善用户感知。

图1 RF优化方案示意图

1.2.2 利用异频组网解决高并发业务

如图2所示，多用户进行业务时，并发情况高，相互间产生的干扰也更大，造成PRB（Physical Resource Block，物理资源块）利用率高，影响小区下所有用户感知。就解决方案来说，可以利用异频组网分担用户。多载波组网分流密集区主控小区的用户承载，规避因用户数集中造成的互相干扰，提升网络容量的同时，改善用户感知。

图2 异频组网解决高并发示意图

1.2.3 利用小区间协调干扰技术解决高干扰

ICIC（Inter-Cell Interference Coordination小区间干扰协调）是解决同频组网时，小区间干扰问题的技术。概括来说是一种根据LTE各小区无线资源（PRB的时域资源、频域资源、功率资源）的使用情况及小区边缘的负荷情况，协调分配本小区与邻区的时频资源并控制信号发射功率的技术。ICIC能够有效地规避、降低小区间存在的同频干扰问题，提高小区边缘速率、覆盖及信噪比。

ICIC主要使用软频率复用技术（SFR）来解决小区边缘的干扰问题。SFR核心的思想是将频率复用和功率控制相结合，小区中心的用户可以使用全部的频带资源，但是要对其功率加以控制；小区边缘的用户可以全功率使用全部的频谱资源。

如图3所示，用户A1和E1在小区的边缘交界区域，为避开干扰，基站A为UEA1分配f3频率，基站B为UEB1分配f2频率。由于小区边缘距离小区中心较远，基站为UEA1和UEB1提供较高的发射功率；而UEB3位于基站B的小区中心，基站B为UEB3分配和UEA1一样的频率f3，只要基站B将f3频率的发射功率低于一个阈值，就不会产生同频干扰。此外，由于小区与小区中心之间的距离一般都比较远，处于各自小区中心的UEA2和UEB2也可以使用基站低功率发射的相同f1频率，而不必担心小区之间形成干扰。

图3 软频率复用技术方案示意图

1.2.4 专网承载解决容量问题

只让无人机承载在专网小区，其它观众用户不能接入专网小区，但无人机能接入观众接入的小区，从而保证了飞行过程的稳定性和安全性，避免由于现场观众突发占用无线资源造成无人机无资源可用。

1.3 优化方案

优化方案主要有以下几个方面：

（1）容量优化:如图4所示，铁塔金沙江西街C扇区扩容L2100小区，作为专用扇区覆盖200米高空域，同时对铁塔金沙江西街A/C扇区以及铁塔城南水泥厂北绿化带A扇区扩容L180020+10M多载波，增加网络容量。

图4 覆盖空中区域硬件扩容示意图

（2）专网承载:协调核心网，部署专用TAC位置区，并将600架无人机SIM信息配置于专属TAC，设置普通用户禁止接入。

（3）参数优化:针对青奥眼周边5个干扰小区，进行功率参数优化，合理控制范围，收缩覆盖范围，减小对主控小区的干扰；针对3个服务小区，适当提升功率，加强无人机空域的信号强度，提升无线质量。

（4）射频优化:调整金沙江西街A/B/C小区，控制覆盖范围并加强灯光秀区域覆盖；调整果园路一期LDA/B小区、江心洲小学B小区、青奥能源中心A/C小区，减少重叠覆盖，提升质量；优化调整后区域内重叠覆盖率降低到5%以下，无线质量得到明显提升。

1.4 创新保障手段

1.4.15 G应用无人机测试，构筑通信产业低空数字化

随着无人机产业的飞速发展，无人机的创新应用与通信

图5 无人机测试组网和3D覆盖效果图

1.4.2 5G VR直播，提高品牌价值

采用5G网络进行VR现场直播无人机灯光秀是“VR直播”业务的又一次成功应用，让部分员工可以足不出户就能欣赏青奥灯光秀的壮美。

5G网络以用户为中心，通过CoMP、Massive MIMO、网络切片等技术，保证用户随处体验100Mbps，5G大带宽、低时延、大连接的特性使能万物互联的同时，将推动智慧生活的进一步发展，VR业务将在互动教学、远程医疗等方面具有较大的应用空间。南京联通作为江苏省内国家发改委5G唯一落地试点城市，江北新区、长江大桥、玄武湖、雨花台、南京眼、产业呈现出紧密结合的发展趋势。无人机可以实现设备监管、航线规范，促进空域的合理利用，产生巨大的经济价值。同时，5G技术具备的超高带宽、低时延、高可靠、广覆盖、大连接等特性如果进一步与无人机特性相结合，将构建出强大的低空数字化技术领域，促使通信生产效率大幅提升。江苏联通网优中心协同网建部、南京分公司，携手华为在南京眼进行无人机无线网络测试应用研究，重点测试传统路测无法到达的区域，记录不同高度的5G覆盖、质量、速率、时延、误码等关键指标参数，开展水域、空间立体覆盖网络研究分析,为国内各家运营商中首次应用。

对南京眼大桥中心半径400米范围内不同高度空域进行测试，分别在20米、40米、60米、80米、100米五种不同高度的空域进行无人机覆盖评估，测试组网和效果图如图5所示。从3D覆盖图可以直观地看出不同高度的网络信号覆盖情况，不仅为4G网络提供研究数据，还为5G业务空域信号分析提供了很高的参考意义。新街口等区域都已部署了5G网络覆盖，测试速率达2.6Gbp。

1.4.3 引入RPA工具，实现智能监控

为了能够快速、多频次的了解无人机编排飞行任务期间的移动网络负荷、用户数、用户感知等KPI指标，江苏联通组织专业团队，探索AI工人智能领域，并自主研发RPA(Robotic Process Automation，机器人流程自动化)工具。如图6所示，RPA定时从专业网管获取指标数据，并通过自动化程序进行数据分析，按不同场景、粒度，通过大屏与微信发布指标结合地理化信息呈现。