4G深度覆蓋中城中村解決方案研究

毛岳波+周波+陳永強

【摘 要】為了加強4G在城中村場景下的覆蓋效果，通過對三種4G深度覆蓋中城中村解決方案進行分析，并結(jié)合室外光纖分布系統(tǒng)的案例分析，得出了室外光纖分布系統(tǒng)相對其他兩種解決方案的優(yōu)點，從而明確了室外光纖分布系統(tǒng)是4G深度覆蓋中城中村的最佳解決方案。

【關(guān)鍵詞】4G 深度覆蓋 城中村 光纖分布系統(tǒng)

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.24.001 中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2016）24-0003-05

1 引言

隨著智能終端的大規(guī)模普及，移動互聯(lián)網(wǎng)逐漸改變了人們的生活習(xí)慣，運營商的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生了爆發(fā)式增長。據(jù)中國移動2015年年報，中國移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入規(guī)模首次超過語音業(yè)務(wù)，占總收入比重達到52%，移動數(shù)據(jù)流量同比增長143.7%，無線上網(wǎng)收入同比增長30.5%。由于用戶對無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)已然成為運營商的重點任務(wù)。

在城市化的進程中，由于土地開發(fā)和城市建設(shè)無序，產(chǎn)生出一個特殊的場景，稱之為“城中村”，如圖1所示。城中村一般范圍較大，其中居住地、工業(yè)用地、商業(yè)用地相互交織，建筑物密集雜亂，多以5～7層樓房為主，且樓間距往往只有1～2 m，這就造成城中村內(nèi)無線傳播環(huán)境惡劣，信號衰減較大，低層弱覆蓋現(xiàn)場比較普遍。尤其是對于頻段偏高的4G網(wǎng)絡(luò)而言，城中村的4G覆蓋困難重重。城中村場景有何特點，采取何種解決方案能做到4G的深度覆蓋已經(jīng)成為運營商網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、建設(shè)部門的棘手問題。

2 城中村的特點

城中村雖然覆蓋困難，且以低端用戶為主，但卻是運營商的主要收入來源。尤其是對于4G等移動數(shù)據(jù)流量，其密度更是超過校園、商務(wù)區(qū)等場景。通過分析整理，筆者得出城中村的特點如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)價值高。城中村的低端用戶品牌忠誠度較低，更容易因為實際使用效果而變更運營商。而由于城中村的特殊環(huán)境導(dǎo)致各大運營商的覆蓋都較差，誰先改善了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，就能獲得更多的用戶。

（2）網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境惡劣。由于缺乏統(tǒng)籌的規(guī)劃設(shè)計，造成城中村的建筑物密集，“握手樓”、“一線天”現(xiàn)象明顯，道路狹長且蜿蜒曲折，對移動通信的信號造成極大的陰影衰落。并且建筑物內(nèi)部的隔間也較多，對無線信號的穿透損耗較大，因此室內(nèi)信號普遍很差。

（3）網(wǎng)絡(luò)覆蓋難點多。首先，由于城中村產(chǎn)權(quán)復(fù)雜、選址困難，加之居民缺乏正確的關(guān)于輻射的科學(xué)認知，造成宏基站選址建設(shè)困難；其次，由于城中村農(nóng)民房的承重能力不足，且很多能夠被利用的天面都已經(jīng)堆滿雜物，對施工造成了極大的困難；最后，由于目前大多數(shù)城中村的覆蓋都是采用同軸室分系統(tǒng)或者安裝直放站的方式來進行覆蓋補盲，難以對所有元器件及設(shè)備進行實時監(jiān)控，造成維護優(yōu)化的難度很大。

3 城中村4G深度覆蓋解決方案

基于城中村的無線傳播環(huán)境特點，結(jié)合傳統(tǒng)2G/3G城中村覆蓋的實際規(guī)劃設(shè)計經(jīng)驗和4G的覆蓋特點，目前主要采用如下方式來進行城中村的4G深度覆蓋：

3.1 宏基站解決方案

宏基站是目前最常見的城中村覆蓋方式，通過在城中村內(nèi)部或周邊選取合適位置架設(shè)鐵塔或抱桿，并采用宏基站RRU（Radio Remote Unit，遠端射頻單元）+定向天線的方式來進行信號覆蓋。通過對城中村環(huán)境特點的理論分析以及多年宏基站覆蓋的經(jīng)驗教訓(xùn)可知，宏基站可以有效地解決城中村高層區(qū)域的覆蓋，但若想解決城中村的底層覆蓋問題，只能縮小宏基站的站間距，這會造成建站成本高的同時產(chǎn)生嚴重的小區(qū)間干擾。

3.2 微基站解決方案

由于微基站具有集成度高、配套建設(shè)要求少、隱蔽性強、安裝方便等特點，因此在4G時代其被廣泛應(yīng)用在城區(qū)街道站等深度覆蓋要求較高的場景。根據(jù)城中村的樓宇特點及覆蓋區(qū)域的實際情況，通過采購不同類型的微基站可以實現(xiàn)不同的建設(shè)方案，具體如下：

（1）安裝在樓體的底部，充分利用路燈桿、水泥桿、監(jiān)控桿、電線桿等市政資源，實現(xiàn)對城中村建筑物底層以及建筑物間狹窄道路的覆蓋。

（2）安裝在樓體的中間層，采用正負下傾角，實現(xiàn)對建筑物高層、中層、低層的室內(nèi)深度覆蓋。

（3）安裝在樓頂，實現(xiàn)對城中村建筑物的深度覆蓋。

3.3 室外光纖分布系統(tǒng)解決方案

室外光纖分布系統(tǒng)解決方案主要是將信源信號轉(zhuǎn)換后的光信號通過光纖傳輸?shù)叫枰采w的各個角落，然后通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成射頻信號后再通過天線發(fā)射出去。其主要解決了復(fù)雜環(huán)境對無線信號造成的衰落，通過損耗較小的光纖將無線信號微損地傳輸?shù)礁采w目的地。室外光纖分布系統(tǒng)具有小型化、微功率輸入、核定功率輸出特性，并且采用光纖互聯(lián)的方式，具有組網(wǎng)靈活、布線方便等特點，加之室外光纖分布系統(tǒng)的擴展單元與遠端單元尺寸小，具有物業(yè)簡單、用戶接受程度高、租金低等優(yōu)點，因此采用室外光纖分布系統(tǒng)可以使施工進度加快，減少布網(wǎng)周期。

3.4 城中村4G深度覆蓋解決方案對比

通過對以上三種城中村4G深度覆蓋解決方案的分析，總結(jié)出三種策略的性能特點如表1所示。

4 室外光纖分布系統(tǒng)案例分析

通過對城中村4G深度覆蓋三個解決方案性能特點的多維度綜合分析，得出最佳的解決方案是室外光纖分布系統(tǒng)。為了對以上的理論分析進行驗證，筆者在福建省某地市的一個用戶投訴較多的城中村進行了室外光纖分布系統(tǒng)的試點工程。

4.1 場景描述

該城中村位于老城區(qū)，周邊有大量的商業(yè)區(qū)，由于城中村低廉的房租，吸引著周邊務(wù)工人員在此居住，人口十分密集，該村占地面積13.6萬平方米，樓間距為4～8 m，樓高為5～7層，共有樓宇253棟，居住人口約3500人。同時，村內(nèi)樓房密集且巷道狹窄，建筑缺乏整體規(guī)劃，尤其是建筑物低層存在大量的弱覆蓋區(qū)域。由于城中村旁邊新建設(shè)了一批高樓，導(dǎo)致附近宏基站覆蓋效果惡化，嚴重影響移動用戶使用感知，造成用戶投訴量大。通過測試人員的測試，試點前該城中村的2G網(wǎng)絡(luò)在戶外有信號，但是一旦進入室內(nèi)，部分區(qū)域甚至無法撥通電話或干擾嚴重；4G信號覆蓋極差，基本上無法使用4G業(yè)務(wù)。并且由于弱覆蓋區(qū)域主要集中在1～4層，特別是在2層出現(xiàn)掉話，即使大量興建室外宏站也難以有效解決該城中村的弱覆蓋問題。

4.2 試點方案

本次試點采用的室外光纖分布系統(tǒng)包括MU（Main Unit，主單元）、EU（Extension Unit，擴展單元）和RU（Remote Unit，遠端單元）3個主要的有源部件，以光纖為傳輸介質(zhì)，通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)2G和4G的融合接入。室外光纖分布系統(tǒng)三層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

（1）主單元：進行2G/4G移動信號的耦合接入，并完成數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為光信號輸出到擴展單元。

（2）擴展單元：負責(zé)接收主單元的數(shù)字光信號，并向下連接遠端單元。擴展單元的電源就近市電引入。

（3）遠端單元：負責(zé)發(fā)射末端射頻信號至室外天線，遠端單元體積小巧，天線外置安裝。遠端單元的電源通過光電復(fù)合纜從擴展單元處直流取電。

通過對該城中村的現(xiàn)場勘查，本試點方案采用1+5+35的模式（即1臺主單元、5臺擴展單元、35臺遠端單元）進行覆蓋，設(shè)備分布圖如圖3所示：

具體說明如下：

（1）主單元安裝于信源機房的綜合柜上，從綜合柜中的電源分配單元上取電，并從指定扇區(qū)耦合射頻信號（GSM+TD）到主單元相應(yīng)SMA接口。光纖傳輸需從該信源機房布放5根24芯光纜到各擴展單元處。

（2）擴展單元位于主單元與遠端單元中間，考慮就近選擇220 V市電引入。為了將擴展單元的信號傳輸?shù)礁鬟h端單元處，需要在擴展單元與每個遠端單元中布放一條12芯的光纖進行傳輸。

（3）遠端單元位于最靠近用戶的覆蓋區(qū)域終端，通過12芯光電混合纜與擴展單元連接，不需就近取電。其中，遠端單元占用2芯，剩余10芯可用來做備用及發(fā)展其余光纜業(yè)務(wù)，如ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）、視頻監(jiān)控等。

通過詳細設(shè)計得出試點方案的物料清單如表2所示：

4.3 效果分析

經(jīng)過一個月的方案實施后，通過對投訴最為嚴重的城中村低層室內(nèi)進行CQT（Call Quality Test，呼叫質(zhì)量撥打測試）測試后發(fā)現(xiàn)，2G/4G的覆蓋率都有較大的上升幅度，尤其是4G。如表3所示，高接收場強區(qū)域如序號1—3的分段，試點后采樣點占比要比試點前都有較大的提升，分別提升14.22%、35.77%和26.52%；而低接收場強區(qū)域如序號4—5的分段，試點后采樣點占比要比試點前都得到了減少，分別減少28.56%和47.95%。

4.4 造價分析

通過本次試點方案的結(jié)算，本方案共投資33.9萬元。經(jīng)過方案討論，如若對試點城中村實行全部覆蓋，共需3個宏基站，且只能對城中村的中上層有較好的覆蓋，而對城中村的底層尤其是室內(nèi)仍難以實行有效覆蓋。按照常規(guī)宏基站的投資估算，對室外光纖分布系統(tǒng)和宏基站這兩種覆蓋方式進行造價對比，如表4所示：

由表4可知，采用室外光纖分布系統(tǒng)的總造價只有3個宏基站的60%，卻能實現(xiàn)比3個宏基站更好的覆蓋效果，因此室外光纖分布系統(tǒng)的覆蓋方式兼具覆蓋與成本兩項優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

本文通過對4G深度覆蓋中城中村場景的解決方案進行研究，對城中村的網(wǎng)絡(luò)價值、環(huán)境特點與覆蓋難點進行闡述，明確城中村是4G深度覆蓋中最有覆蓋價值且難度又最大的場景。在此基礎(chǔ)上，對城中村場景中的三種解決方案進行分析，得出室外光纖分布系統(tǒng)解決方案是城中村場景下最有效的解決方案，并通過在福建省某地市一城中村進行的試點方案，驗證了室外光纖分布系統(tǒng)在4G深度覆蓋城中村場景中的有效覆蓋。

參考文獻：

[1] 周波，張敏，陳永強. 4G深度覆蓋中街道站解決方案研究[J]. 湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2015，14（3）： 1-3.

[2] 郭曉峰. 三大運營商2015年日賺3.8億 中移動仍一家獨大[EB/OL]. （2016-03-24）[2016-09-05]. http：//tech.qq.com/a/20160324/007834.htm.

[3] 周承誠. 光分布系統(tǒng)在城中村無線網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的實踐與應(yīng)用[J]. 郵電設(shè)計技術(shù)， 2013（9）： 64-68.

[4] 陳安華. 密集型城中村TD-LTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋方案探討[J]. 移動通信， 2015，39（8）： 14-18.

[5] 劉歡歡，于磊. LTE網(wǎng)絡(luò)城中村覆蓋解決方案探討[J]. 信息通信， 2014（11）： 231-232.

[6] 高博，孔明明. 光纖分布系統(tǒng)及應(yīng)用分析[J]. 電信技術(shù)， 2012（S2）： 35-39.

[7] 貝艷芳，賀良貞，黃文勇. 城中村信號覆蓋五類線解決方案探討[J]. 數(shù)字通信世界， 2013（1）： 74-75.

[8] 朱學(xué)偉. CDMA2000 1xEVDO網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[D]. 南京： 南京郵電大學(xué)， 2013.

[9] 劉金科，黎建波. LTE微基站應(yīng)用分析[J]. 移動通信， 2015，39（7）： 32-36.

[10] 北京裕源大通科技有限公司. 有源光纖分布系統(tǒng)與部署[EB/OL]. （2014-10-11）[2016-09-05]. http：//max.book118.com/html/2014/1011/9828756.shtm.