宏微結(jié)合多頻異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)解決大型場(chǎng)館的覆蓋及容量

景輝，練成棟

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司，上海 200060）

1 概述

上海國(guó)際賽車道，是世界一級(jí)方程式比賽賽道之一。上海F1國(guó)際賽道位于嘉定區(qū)，總面積5.3 km2，可容納20萬(wàn)人；其中主體工程建筑的主看臺(tái)長(zhǎng)400 m，寬40.6 m，面積是55684 m2，副看臺(tái)長(zhǎng)320 m，寬90 m，建筑面積約23 324 m2，副看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)的頂蓬是相得益彰的26朵亭亭而立的“荷花”傘。每年在這里舉辦的F1上海站比賽，吸引了全世界無(wú)數(shù)的車迷前來(lái)。屆時(shí)這里就是車迷的歡樂(lè)海洋。

中國(guó)移動(dòng)上海公司早在2014年就在F1上海賽場(chǎng)有針對(duì)性的部屬了F+D的TD-LTE的網(wǎng)絡(luò)，并迎來(lái)了第一次大事件高業(yè)務(wù)量的沖擊。經(jīng)過(guò)了2014年的F1賽事保障，發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的一些不足，如：宏站部署位置受限，距離看臺(tái)、廣場(chǎng)等人群聚集區(qū)域的距離較遠(yuǎn)，在650 m以上；開賽后用戶分布較為集中，導(dǎo)致相近宏站的嚴(yán)重?fù)砣?，容量分布不平衡；僅靠建設(shè)宏站和室分方式無(wú)法滿足F1賽車場(chǎng)區(qū)域覆蓋及容量等情況。

因此，在傳統(tǒng)建網(wǎng)方式基礎(chǔ)上，2015年中國(guó)移動(dòng)上海公司還需尋求新的組網(wǎng)方案，引入異構(gòu)網(wǎng)思維，針對(duì)F1上海賽場(chǎng)的環(huán)境特點(diǎn)，積極優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、采用新型設(shè)備并提升網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化手段，以保障F1賽事的超密集的容量需求。

2 異構(gòu)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 一體化小基站

一體化小基站集成基帶和射頻單元，不僅僅是補(bǔ)盲補(bǔ)熱的重要手段，而且也是組成TD-LTE異構(gòu)網(wǎng)的重要部分。一體化小基站一般具有下述優(yōu)點(diǎn)：

（1) 一體化小基站，基帶和射頻集成在一起，小巧輕便，便于安裝（一般為7 kg/7 L）；天面要求低，可提供扣板天線一體化集成，也可以安裝分離天線，便于隱蔽安裝，解決選址難題；支持掛墻、抱桿等多種室內(nèi)外安裝方式。

（2) 與宏站相同的性能支持：與宏站一個(gè)扇區(qū)支持激活用戶數(shù)相當(dāng)、先進(jìn)的智能調(diào)度“Smart Scheduler”算法、支持MIMO技術(shù)、支持載波聚合CA、相同的未來(lái)演進(jìn)路標(biāo)，例如LTE-A、相同的維護(hù)管理。

（3) 發(fā)射功率可調(diào)（一般為250 mW～5 W），根據(jù)覆蓋需要靈活配置發(fā)射功率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整；

（4) 支持藍(lán)牙接口，用于本地配置管理，對(duì)于安裝于高處的設(shè)備，避免登高，提高了安全性、便利性。

（5) 支持IP轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)小基站或和宏站的傳輸級(jí)聯(lián)，減少傳輸物理資源。

2.2 多層網(wǎng)協(xié)同技術(shù)

F1賽事期間，人流密集，流量暴漲，必須構(gòu)建多頻段，多層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)滿足業(yè)務(wù)需求，而多層次網(wǎng)間的協(xié)同工作非常重要。主要分為兩個(gè)方面：

（1) D/E/F多頻段組網(wǎng)，宏站，小基站同時(shí)部署，D/E宏站開啟雙載波，室分充分利用大容量的BBU的能力，單站可開啟6小區(qū)的雙載波。F宏站廣域覆蓋，D宏站，小基站熱點(diǎn)覆蓋，E室分解決室內(nèi)覆蓋。通過(guò)多層網(wǎng)絡(luò)有效提升覆蓋廣度、強(qiáng)度和深度，同時(shí)大大提升網(wǎng)絡(luò)容量。

（2) 為了實(shí)現(xiàn)多頻段多網(wǎng)絡(luò)的有效協(xié)同，必須開啟小區(qū)負(fù)載均衡技術(shù)。小區(qū)負(fù)載均衡技術(shù)又分為空閑態(tài)下的負(fù)載均衡和基于UE測(cè)量的連接態(tài)下的異頻負(fù)載均衡兩種。前者是eNode B根據(jù)一定的門限值確定是否需要開啟空閑模式的負(fù)載均衡，可以通過(guò)小區(qū)重選或重定向兩種方式實(shí)現(xiàn)，使得空閑模式下的終端均勻分布在各個(gè)小區(qū)，避免某些小區(qū)由于用戶過(guò)多而過(guò)載。后者是通過(guò)各小區(qū)間交互負(fù)載信息，滿足負(fù)載均衡觸發(fā)條件時(shí)，選擇合適的用戶，將用戶從負(fù)載高的小區(qū)切換到負(fù)載低的小區(qū)，主動(dòng)調(diào)整，達(dá)到小區(qū)下的負(fù)載均衡，帶來(lái)更好的用戶體驗(yàn)。

2.3 負(fù)載調(diào)整策略及參數(shù)

由于本次是國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模異構(gòu)組網(wǎng)，沒(méi)有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，一切都在實(shí)踐中摸索。確定開始的負(fù)載調(diào)整門限及時(shí)間窗口盡量設(shè)置高些，賽事期間根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。

3 F1賽車場(chǎng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)部署方案

為滿足F1賽車場(chǎng)比賽當(dāng)天的用戶業(yè)務(wù)需求，中國(guó)移動(dòng)上海公司通過(guò)網(wǎng)絡(luò)容量分析，采用了以小基站為主，輔以宏站+室分的方式進(jìn)行F1賽車場(chǎng)4G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。通過(guò)異構(gòu)組網(wǎng)，看臺(tái)區(qū)域、廣場(chǎng)、進(jìn)出口全覆蓋，無(wú)盲點(diǎn)，而且同一區(qū)域的小區(qū)數(shù)得以增加，容量得到提升。表1為2015年F1上海賽場(chǎng)容量預(yù)估。

表1 2015年F1上賽場(chǎng)容量預(yù)估

通過(guò)分析人流分布情況，對(duì)上海賽場(chǎng)主看臺(tái)、副看臺(tái)和廣場(chǎng)等重點(diǎn)區(qū)域采用宏站、小基站和室分等多種站型共同部署、協(xié)同覆蓋。其中，宏基站主要完成上海賽場(chǎng)及周邊區(qū)域的廣域覆蓋，通過(guò)對(duì)周邊宏基站進(jìn)行升級(jí)改造，形成10個(gè)F+D的宏站覆蓋；小基站主要達(dá)到補(bǔ)盲和容量吸收的作用，在人流密集區(qū)域共計(jì)部署17個(gè)小基站，并盡量采用偽裝射燈天線以達(dá)到隱蔽效果；室內(nèi)覆蓋基站主要用于吸收上海賽場(chǎng)室內(nèi)話務(wù)和流量，通過(guò)對(duì)原有3G室內(nèi)站點(diǎn)升級(jí)支持4G，共計(jì)部署4個(gè)E頻段室分站點(diǎn)，并開啟雙載波。通過(guò)實(shí)際路測(cè)驗(yàn)證，主看臺(tái)與副看臺(tái)絕大部分區(qū)域RSRP在-85 dBm以上，覆蓋性能良好。

4 網(wǎng)絡(luò)性能驗(yàn)證

4.1 業(yè)務(wù)承載分布

取2015年4月12日F1正賽日數(shù)據(jù)，如圖1所示，F(xiàn)1賽場(chǎng)區(qū)域全天下行流量最高時(shí)在開賽前的1個(gè)小時(shí)，單小時(shí)的下行流量達(dá)到54.35 GB，在比賽進(jìn)行的14、15 h內(nèi)，下行流量依然保持在單小時(shí)50 GB左右。上行流量最高時(shí)在比賽剛開始的14 h，上行流量達(dá)到20.16 GB，在此時(shí)段內(nèi)上下行流量比達(dá)到1:2.5。另一方面，主副看臺(tái)區(qū)域的業(yè)務(wù)，從上午10 h開始隨著觀眾的入場(chǎng)而快速增加，在13 h和14 h達(dá)到峰值，在賽事結(jié)束后迅速回落。水景廣場(chǎng)地鐵口及停車場(chǎng)，在整個(gè)賽事期間始終保持較高的業(yè)務(wù)量，特別是在16 h，賽事結(jié)束后，觀賽人員在此逗留、等待地鐵等，導(dǎo)致此區(qū)域的業(yè)務(wù)量大幅增加，這個(gè)區(qū)域的業(yè)務(wù)量占整個(gè)F1區(qū)域的一半以上。

圖1 F1賽車場(chǎng)區(qū)域業(yè)務(wù)流量分布

4.2 小基站性能

通過(guò)對(duì)小基站的接入能力、切換成功率以及最大下行吞吐率等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)測(cè)試分析得出，小基站業(yè)務(wù)承載能力可達(dá)到宏站水平，圖2為小基站性能統(tǒng)計(jì)。

4.3 接入控制效果

如圖3所示，通過(guò)設(shè)置小基站接入高優(yōu)先級(jí)，使得用戶優(yōu)先駐留于小站，可以看到在F1開賽的這段時(shí)間內(nèi)小基站的上下行PRB利用率明顯高于宏站，起到了很好的容量承載作用。

4.4 負(fù)載均衡效果

如圖4所示，負(fù)載均衡切換隨著RRC連接數(shù)的增加而增加，說(shuō)明小區(qū)啟用了負(fù)載均衡功能，當(dāng)負(fù)載超過(guò)門限時(shí)，啟動(dòng)了負(fù)載均衡切換，來(lái)降低小區(qū)負(fù)載，并且負(fù)載均衡切換成功率為100%。

5 總結(jié)及展望

通過(guò)一體化小基站、F/D頻段宏站、E頻段室內(nèi)站的部署，在F1賽車場(chǎng)形成D/E/F三頻組網(wǎng)、宏微結(jié)合、室內(nèi)外結(jié)合場(chǎng)景。F宏站廣域覆蓋，D宏站，小基站熱點(diǎn)覆蓋，E室分解決室內(nèi)覆蓋，形成一個(gè)多層網(wǎng)典型覆蓋場(chǎng)景，為重大賽事的建網(wǎng)和保障提供了可行性方法并積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下。

（1） 采用異構(gòu)網(wǎng)的部署方案，宏微結(jié)合兼顧覆蓋與容量，重點(diǎn)保障主看臺(tái)、副看臺(tái)等用戶激增的大事件典型區(qū)域。

（2） 發(fā)揮小基站小巧輕便部署靈活的特點(diǎn)，配合使用美化天線，因地制宜，選擇覆蓋最好的安裝地點(diǎn)。

圖2 小基站性能統(tǒng)計(jì)

圖3 接入控制效果

圖4 負(fù)載均衡效果

（3） 多層、多頻段組網(wǎng)有效加強(qiáng)覆蓋，提升容量。

（4） 采用負(fù)載均衡功能，平衡基站間的負(fù)荷，提高網(wǎng)絡(luò)承載效率的同時(shí)提升用戶體驗(yàn)。

（5） 通過(guò)雙載波、小區(qū)分裂等方式提升網(wǎng)絡(luò)承載能力，單小區(qū)支持最大600個(gè)激活用戶數(shù)。

隨著4G網(wǎng)絡(luò)快速部署，用戶數(shù)和數(shù)據(jù)流量的激增，今后對(duì)于大型場(chǎng)館或賽事的保障越來(lái)越重要。因此，基于本文的研究成果，今后還需重點(diǎn)研究方向可能有：

（1) 密集的基站部署會(huì)導(dǎo)致小區(qū)間的重疊覆蓋嚴(yán)重、干擾加強(qiáng)，對(duì)上下行業(yè)務(wù)將產(chǎn)生更為嚴(yán)重的影響，后續(xù)將進(jìn)一步加強(qiáng)站點(diǎn)間的干擾協(xié)調(diào)和干擾消除的研究及應(yīng)用。

（2) 后續(xù)將加強(qiáng)大話務(wù)場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置的研究，結(jié)合不同重大場(chǎng)景特點(diǎn)，提煉出最優(yōu)的參數(shù)調(diào)整方案。

[1]Harri Holma.LTE-Advanced：面向IMT-Advanced的3GPP解決方案[M].呂召彪, 譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.