數(shù)字有源室分pRRU 縮頻覆蓋技術(shù)研究

李超杰

（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，鄭州 450000）

1 室內(nèi)覆蓋

經(jīng)過多年大力建設(shè)，目前移動(dòng)、電信、聯(lián)通各運(yùn)營商均已建成一張高低頻協(xié)同的全覆蓋4G 網(wǎng)絡(luò)，但是，4G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋仍有不足，高校、高密度住宅區(qū)和高流量商業(yè)區(qū)，用戶感知有差距。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重點(diǎn)已從面覆蓋轉(zhuǎn)向點(diǎn)提質(zhì)的精耕細(xì)作階段。因此，各運(yùn)營商應(yīng)立足現(xiàn)網(wǎng)、基于投資效益，運(yùn)用大數(shù)據(jù)手段精準(zhǔn)建設(shè)，重點(diǎn)保障高校、高密度住宅區(qū)和高流量商業(yè)區(qū)等業(yè)務(wù)場景的需求，解決VoLTE 業(yè)務(wù)端到端問題，打造一張全新體驗(yàn)的VoLTE 網(wǎng)絡(luò)，打造優(yōu)質(zhì)的4G 網(wǎng)絡(luò)，確保用戶對(duì)4G 網(wǎng)絡(luò)的全新的業(yè)務(wù)感知。

室內(nèi)覆蓋是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的難點(diǎn)，其場景十分復(fù)雜，不同場景的覆蓋手段也靈活多變。無線網(wǎng)室內(nèi)覆蓋建設(shè)應(yīng)按照“創(chuàng)新、高效、節(jié)約”總體原則的要求，因地制宜靈活采用多種手段開展建設(shè)，其中有源室分系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新型的解決方案，可以較好的滿足超高密度流量熱點(diǎn)的市場需求，對(duì)于其他采用無源室分系統(tǒng)建設(shè)方式存在進(jìn)場難或施工難的場景也可采用有源室分系統(tǒng)的建設(shè)方式，以達(dá)到快速實(shí)現(xiàn)覆蓋，及時(shí)支撐市場發(fā)展的目的。

2 數(shù)字有源室分介紹

有源室分系統(tǒng)也稱為毫瓦級(jí)分布式小基站，由基帶單元（BBU）、擴(kuò)展單元（RHub）和遠(yuǎn)端單元（pRRU）組成，基帶單元與擴(kuò)展單元通過光纖連接，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元通過網(wǎng)線連接，遠(yuǎn)端單元通過POE 供電?；鶐卧膳c室外站共用，單個(gè)擴(kuò)展單元可連接8個(gè)遠(yuǎn)端單元，擴(kuò)展單位最多支持4級(jí)級(jí)聯(lián)，遠(yuǎn)端單元可實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)處理功能，支持內(nèi)置天線或外接天線。新型有源室分組網(wǎng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 有源室分組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

目前，有源室分系統(tǒng)產(chǎn)品主要包括中興的Qcell、華為的LampSite 和愛立信的Radio Dot System 三種。本次研究測試采用華為的LampSite 設(shè)備。具體華為的新型有源室分具體設(shè)備參數(shù)如圖2所示。

3 縮頻覆蓋技術(shù)研究

pRRU 縮頻是通過減小LTE 小區(qū)帶寬，提升小區(qū)導(dǎo)頻信號(hào)參考功率，進(jìn)而提升單pRRU 覆蓋能力的一種新型覆蓋解決方案。覆蓋能力一般是由導(dǎo)頻信號(hào)功率決定的，導(dǎo)頻信號(hào)在LTE 協(xié)議中規(guī)定，僅占LTE 子幀中的1/1200（20M 帶寬小區(qū)），同時(shí)可考慮對(duì)于2 通道或者4 通道天線PA/PB={-3，1}，那么一個(gè)pRRU發(fā)射功率為100mW（20dBm）時(shí)，導(dǎo)頻信號(hào)的功率則為：20-10lg1200+10lg（1+PB）=20-10lg1200+10lg（1+1）=-7.7dBm。減小小區(qū)的帶寬，如從20MHz 帶寬減少到10MHz 時(shí)，導(dǎo)頻信號(hào)則占子幀中的1/600，則導(dǎo)頻信號(hào)功率變?yōu)?0-10lg600+10lg（1+1）=-4.7dBm，這樣會(huì)獲得3dB 的導(dǎo)頻信號(hào)功率提升增益，從而也得到了3dB 的覆蓋提升增益，依次類推，如果小區(qū)帶寬減小到5MHz 的話，還可以再獲得3dB 覆蓋增益。

圖2 有源室分設(shè)備介紹

本解縮頻覆蓋技術(shù)中，pRRU 覆蓋能力得到一定的提升，同時(shí)導(dǎo)致單小區(qū)上下行速率的下降。其主要目標(biāo)是在滿足目前業(yè)務(wù)及市場發(fā)展需求的前提下，減少遠(yuǎn)端pRRU 使用數(shù)量，節(jié)省投資。此技術(shù)是通過減小小區(qū)帶寬獲得了一定的覆蓋增益，但小區(qū)帶寬減少后，小區(qū)的容量及吞吐率將有所降低。

3.1 縮頻與覆蓋半徑關(guān)系

毫瓦級(jí)RRU 的應(yīng)用場景主要是室內(nèi)覆蓋和視距覆蓋，本次覆蓋評(píng)估采用Keenan-Motley 模型

式中，PL（d0）為距天線d0處的自有空間路徑衰減，d0一般取1米；d 為傳播距離，單位m；Nwj，NFi分別表示穿過不同類型的墻和地板的數(shù)目（本次不考慮穿墻與地板）；Lwj，LFi分別表示穿過不同類型的墻和地板的損耗因子，單位dB（本次不考慮穿墻與地板）；j，i 分別表示墻和地板的類型數(shù)目（本次不考慮穿墻與地板）。

邊緣覆蓋概率95%，衰落儲(chǔ)備查表值為13；邊緣覆蓋概率90%，衰落儲(chǔ)備查表值為10。下面對(duì)該模型進(jìn)行簡化和校準(zhǔn)，本次工程將Keenan-Motley 模型簡化為：

根據(jù)某車庫可視范圍CQT 測試數(shù)據(jù)，RSRP 與距離變化趨勢分析如圖3所示。

圖3 RSRP與距離變化趨勢關(guān)系

模型校準(zhǔn)之后，鏈路預(yù)算模型修正為：

根據(jù)鏈路預(yù)算測算，pRRU 覆蓋范圍與帶寬縮減關(guān)系分析如表1所示。

備注：表中半阻擋損耗取值10dB，全阻擋損耗取值20dB。

對(duì)于全阻擋場景，縮頻對(duì)于擴(kuò)大覆蓋作用有限；而對(duì)于空曠場景，通過縮頻可大幅增大覆蓋半徑，尤其在低頻段800M 作用明顯。具體各頻段縮頻對(duì)應(yīng)覆蓋半徑測算如圖4所示。

表1 縮頻與覆蓋半徑關(guān)系

3.2 縮頻與容量估算

綜合LTE 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占比及業(yè)務(wù)速率需求，平均業(yè)務(wù)模型為1Mb/s-2Mb/s。本文基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶1Mb/s 速率需求推算不同帶寬條件下，每小區(qū)可以支持的覆蓋范圍內(nèi)在線用戶數(shù)量如表2所示。

表2 每小區(qū)支持的在線用戶數(shù)量

為標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，1.8G 和2.1G 用戶密度按2.1G 覆蓋能力推算，在空曠狀態(tài)下，測算給出各帶寬條件下可以支持的人流分布密度如表3所示。

中點(diǎn)速率Mb/s 15 30 45 60遠(yuǎn)點(diǎn)速率Mb/s 5 10 15 20平均速率Mb/s（均勻分布） 13.35 26.7 40.05 53.4覆蓋范圍內(nèi)數(shù)據(jù)用戶數(shù) 13 26 40 53

圖4 各場景下頻段縮頻對(duì)應(yīng)的覆蓋半徑

表3 各帶寬條件下可以支持的人流分布密度

4 測試案例分析

本文測試中，把pRRU 設(shè)置頻段為2.1G，發(fā)射功率為2×100mW 時(shí)，pRRU 縮頻方案相關(guān)案例CQT 測試如表4所示。

表4 pRRU縮頻方案相關(guān)案例CQT測試指標(biāo)

根據(jù)CQT 測試數(shù)據(jù)，各個(gè)案例測試數(shù)據(jù)分析如表5所示。

表5 pRRU縮頻方案相關(guān)測試案例分析

根據(jù)CQT 測試數(shù)據(jù)分析，pRRU 縮頻后，覆蓋率、RSRP、SINR 等關(guān)鍵指標(biāo)均有一定的提升；同時(shí)，由于帶寬縮小、容量減小，上/下行速率也出現(xiàn)了一定下降。

5 應(yīng)用場景建議

對(duì)于采用有源室分系統(tǒng)建設(shè)的場景，需要綜合考慮業(yè)務(wù)容量和覆蓋需求確定pRUU 縮頻解決方案對(duì)應(yīng)帶寬及覆蓋半徑，如對(duì)于機(jī)場、高鐵站、火車站、地鐵站廳、客運(yùn)站廳、會(huì)展、電影院侯影區(qū)，該區(qū)域雖然空曠無遮擋，但容量需求巨大，故需重點(diǎn)考慮容量需求來合理布放遠(yuǎn)端pRRU。具體各場景覆蓋分析如表6所示。

表6 縮頻覆蓋方案應(yīng)用場景建議

5M 20dB 19 19宿舍樓、辦公樓，存在較多墻體，考慮覆蓋全阻擋10M 20dB 13 13宿舍樓、辦公樓，存在較多墻體，容量需求相對(duì)少縣級(jí)以下醫(yī)院私人醫(yī)院，賓館酒店住宿區(qū)，觀光電梯，電影院影廳 政府辦公樓及高檔寫字樓根據(jù)實(shí)際環(huán)境設(shè)置20M 20dB 9 9宿舍樓、辦公樓，教學(xué)樓，門診，住院部等存在較多墻體，大容量需求三甲醫(yī)院、縣級(jí)以上醫(yī)院、大學(xué)校園、工業(yè)園區(qū)

6 結(jié)束語

對(duì)于室內(nèi)深度覆蓋，應(yīng)結(jié)合建筑物的面積、用戶規(guī)模和業(yè)務(wù)特征等因素，區(qū)分場景，進(jìn)行有針對(duì)性的規(guī)劃。對(duì)于高校、大型場館、交通樞紐等具有高價(jià)值、高流量特點(diǎn)的A 類場景，宜發(fā)揮有源室分“自帶容量、部署靈活”，以及“可管、可控、可演進(jìn)”的優(yōu)勢，可優(yōu)先考慮采用有源室分系統(tǒng)。

對(duì)于采用有源室分系統(tǒng)建設(shè)且業(yè)務(wù)量需求不高的的場景，如新建寫字樓、酒店、醫(yī)院、商場超市、工業(yè)園等初期業(yè)務(wù)需求無法預(yù)測的區(qū)域，以及已經(jīng)有Wi-Fi 接入場景，可以考慮采用pRUU 縮頻解決方案；后期根據(jù)用戶發(fā)展情況及價(jià)值、高流量特點(diǎn)確定是否進(jìn)行擴(kuò)容改造。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)考慮縮頻前后的覆蓋和容量需求，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，預(yù)留pRRU 及rHUB設(shè)備的安裝位置，便于后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況進(jìn)行擴(kuò)容改造。

特別是在5G 時(shí)代，因?yàn)闊o源器件頻段支持和流量密度的原因，有源室分將逐漸取代無源室分而成為室內(nèi)覆蓋的主要組網(wǎng)方式，且5G 頻段更高，在中低流量開闊場景，縮頻技術(shù)將具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。