校园5G室分Lampsite建设方案仿真分析

李晋英，祁育仙，王俊峰，张逢飞

（1.山西信息规划设计院有限公司，山西 太原 030012；2.山西世恒铁路技术有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

据工信部发布的通信业统计公报显示，2020年我国全部已开通5G基站超过71.8万个，5G网络已覆盖全国地级以上城市及重点县市。随着5G基站部署，学校校园、大型商业购物中心、五星级宾馆酒店等场景的口碑楼宇5G覆盖成为通信网络覆盖的重点[1]。2019年3月，上海联通、上海工程技术大学已携手建成满足3GPP NSA架构的“3.5GHz 5G+人工智能应用联合创新实验室”并正式投入使用，该校园共部署5G室外宏站5个，室内型微基站1个，实现校园、办公区、科研区、宿舍区的5G信号覆盖，使上海工程技术大学成为全国首个实现5G网络深度覆盖的高校，加快了校园5G覆盖进程，如何进行校园5G覆盖已成为通信网络覆盖的一大焦点[2]。而历年来室分各种建筑物覆盖一般先挑选试点进行设计，施工开通后测试覆盖效果，再根据试点测试结果，推广到类似场景建筑物的方案设计。采用经验性的方案设计有可能存在弱覆盖区域需要整改，使得工程项目建设成本、工期增加。

如何对覆盖区域一次性做好覆盖是所有设计员应该认真考虑的问题之一。而Ranplan软件可以在设计施工前对建筑物进行建模仿真，通过调整信源功率、天线数量等方式对各种制式的网络进行设计，以达到比较好的覆盖效果。针对校园4G、5G网络覆盖，对某校园宿舍楼3#使用Ranplan软件进行仿真，通过展示在不同的信源发射功率、不同设备数量安装下该宿舍楼4G、5G网络的覆盖质量指标，分析了校园宿舍路区域的容量需求，进而提出一些校园5G Lampsite覆盖方案建议，为校园5G室分Lampsite方案设计提供一些参考[3]。

2 校园网络仿真分析

2.1 校园仿真建模

目前主流的传播模型有COST 231-Hata和3GPP TR38.901中采用的ITU传播模型，COST 231-Hata模型是COST工作委员会开发的Okumura-Hata模型的扩展版本，适用于2GHz以下频率范围，3GPP TR38.901中采用的ITU传播模型频率使用范围是0.5GHz-100GHz。Ranplan仿真软件采用的传播模型正是基于3GPP TR38.901的ITU传播模型，是一款室内外联合仿真工具，可以实现宏基站、常规DAS室分系统、新型室分系统的建模与仿真。

现在支持4G-1800M+5G-3500M制式的PRRU产品的发射功率有250mW和500mW两种，基于这两种发射功率的PRRU信源，采用Ranplan仿真软件对该宿舍楼3#进行建模。图1、图2分别是某校园宿舍楼3#的1F、2F-6F的建筑结构图。

图1 宿舍楼3#-1F建筑结构图

图2 宿舍楼3#-（2F-6F）建筑结构图

2.2 校园不同发射功率下的4G、5G网络仿真结果及分析

在宿舍楼3#每层安装布放3个PRRU，采用光电复合缆连接到RHUB，在250 mW和500 mW两种不同的发射功率下，采用Ranplan仿真软件对该宿舍楼3#添加Lampsite分布系统后的建筑建模覆盖平面图如图3、图4所示：

图3 宿舍楼3#-1F建筑建模覆盖平面图

图4 宿舍楼3#-（2F-6F）建筑建模覆盖平面图

PRRU发射功率为250mW时，校园宿舍楼3#的4G、5G网络覆盖质量指标仿真结果如图5-图8所示：

图5与图6显示：宿舍楼3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95.53%，满足联通口碑场景4G覆盖要求（RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95%）。

图5 宿舍楼3#-1F-4G RSRP仿真结果-250mW

图6 宿舍楼3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真结果-250mW

图7与图8显示：宿舍楼3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大为86.26%，小于90%，不满足联通5G室分系统目标网指标（RSRP≥-110 dBm的占比要大于等于95%），图中空白区域是收不到5G信号的区域。

图7 宿舍楼3#-1F-5G SS RSRP仿真结果-250mW

图8 宿舍楼3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真结果-250mW

PRRU发射功率为500mW时，宿舍楼3#的4G、5G网络覆盖质量指标仿真结果如图9-图12所示：

图9与图10显示：宿舍楼3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于97.08%，满足联通口碑场景4G覆盖要求。PRRU设备数量相同时，PRRU为250mW时，4G覆盖满足要求，PRRU功率增大1倍，4G的覆盖肯定也满足要求，软件的仿真结果符合常理。

图9 宿舍楼3#-1F-4G RSRP仿真结果-500mW

图10 宿舍楼3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真结果-500mW

图11与图12显示：该宿舍楼3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大为89.19%，亦小于90%，也不满足联通5G室分系统目标网指标。

图11 宿舍楼3#-1F-5G SS RSRP仿真结果-500mW

图12 宿舍楼3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真结果-500mW

以上测试结果说明PRRU发射功率为500mW相比250mW，4G RSRP占比在-60dBm到-40dBm区间提升最明显，占比至少提升2.57%，大于等于-105dBm占比95%以上整体至少提升1.55%；5G SS RSRP占比在-70 dBm到-50dBm的区间内提升幅度最大，SS RSRP值大于-110dBm的占比至少提升2.50%。由此可见，PRRU发射功率提升1倍，4G、5G网络的覆盖质量都有所提升，且5G的覆盖质量提升效果优于4G。

2.3 校园不同设备数量下的仿真结果及分析

基于5G覆盖效果不能达到联通运营商要求，修改了宿舍楼3#的PRRU设备布放数量，每层增加1个，每层平均安装布放4个，建筑建模并添加Lampsite分布系统后的覆盖平面图如图13、图14所示：

图13 宿舍楼3#-1F建筑建模覆盖平面图

图14 宿舍楼3#-（2F-6F）建筑建模覆盖平面图

PRRU发射功率为250mW时，校园宿舍楼3#的4G、5G网络的覆盖质量指标仿真结果如图15-图18所示：

由图15-图18可知：每层增加1个PRRU，4G的弱覆盖区域明显得到了改善，覆盖更均匀。与图5-图8相比，5G SS RSRP大于等于-110dBm值的占比大幅提升，覆盖更加均匀，与图9-图12相比，5G SS RSRP值更高，且图中无信号的空白区域明显减少。

图15 宿舍楼3#-1F-4G RSRP仿真结果-250mW

图18 宿舍楼3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真结果-250mW

3 校园容量分析

腾讯王卡、冰激凌套餐等不限流量产品的迅速发展使得校园网络面临巨大的容量和负荷压力。

为了验证上述仿真校园为高负荷校园，对该校园进行了日均话务量和流量统计，统计结果表明：该校园日均流量3769.39GB，日均话务量2663.18Erl，最大用户数4664，平均PRB利用率77.73%，RRC最大连接用户数大于50，根据目前5G校园网建设原则可判定该校园为4G高负荷站点。而校园中宿舍楼区域是流量话务量需求最大的区域，可见该校园中宿舍楼区域为高负荷区域，那么该校园宿舍楼区究竟需要配置多少容量可以满足需求？该校园共有8栋宿舍楼，共居住学生4000人，联通市场占有率为40%，根据后台指标统计，忙时用户RRC激活率为60%，下行占空比为15%。按4G下行5Mb/s、5G下行50 Mb/s的速率保障用户感知的情况下，该区域共需要配置14.4个20MHz带宽的4G载扇和9个100 MHz带宽的5G载扇。表1、表2是对该校园8栋宿舍楼区域的4G、5G容量预测结果。

图16 宿舍楼3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真结果-250mW

表1 宿舍楼区域4G容量配置需求预估

表2 宿舍楼区域5G容量配置需求预估

目前该校园宿舍楼区域开通6个20MHz带宽的4G载扇、7个100MHz带宽的5G载扇，4G、5G容量均需要进一步提升。采用Lampsite的覆盖方式，可以按每个RHUB划分1个小区或者几个RHUB合并划分1个小区，后期有可能扩展到每个PRRU划分1个小区，方便提升校园容量。

4 结束语

由以上分析可知：增加1倍的PRRU发射功率，会改善4G和5G网络覆盖质量，但增加PRRU的数量，弱覆盖和无信号区域会更明显得到改善，区域覆盖更加均匀。可见对于校园宿舍楼，增加PRRU数量比增加PRRU的发射功率覆盖质量效果会更好，但校园宿舍楼5G覆盖要达到联通5G室分系统目标网指标（RSRP≥-110dBm的占比要大于等于95%）的要求会比较困难。可见，对校园宿舍楼做5G覆盖的Lampsite方案设计时，对于长度为60m的宿舍楼，横向至少应放置4个PRRU设备，才可以更好地实现5G覆盖。该结论能够对校园楼宇的5G Lampsite方案设计提供一些参考，也能够对多隔段的宾馆酒店、商业购物区等覆盖场景的5G Lampsite方案设计提供一定依据。