扇區(qū)劈裂技術(shù)在中國聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

【摘? 要】4G的流量需求快速增長，這導(dǎo)致基站在滿配情況下仍不能滿足容量需求。扇區(qū)劈裂技術(shù)能高效、快速提升網(wǎng)絡(luò)容量，對該技術(shù)在中國聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用可行性、應(yīng)用場景進行分析、探討。重點介紹扇區(qū)劈裂技術(shù)的原理，通過案例從容量、覆蓋、干擾三方面對扇區(qū)劈裂前后的測試情況進行對比，最終確定該技術(shù)的部署策略及應(yīng)用場景。

【關(guān)鍵詞】扇區(qū);劈裂;4T4R;劈裂天線

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.08.009? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）08-0051-05

引用格式：頡斌. 扇區(qū)劈裂技術(shù)在中國聯(lián)通4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[J]. 移動通信， 2019，43（8）： 51-55.

[Abstract]?With the rapid growth of 4G traffic， base stations can not meet the capacity requirements even when they are fully loaded. Sector splitting technology can improve network capacity efficiently and quickly. This paper analyzes and discusses the feasibility and application scenarios of this technology in Unicom's 4G network. This paper focuses on the principle of sector splitting technology， compares the test results with/without sector splitting in terms of capacity， coverage and interference through cases， and finally the deployment strategies and application scenarios of this technology are determined.

[Key words]sector; split; 4T4R; splitting antenna

1? ?引言

工信部數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，中國移動用戶數(shù)為9.25億戶，其中4G用戶數(shù)為7.13億戶;中國聯(lián)通用戶數(shù)為3.2億戶，其中4G用戶數(shù)為2.2億戶;中國電信用戶數(shù)為3億戶，其中4G用戶數(shù)為2.4億戶。2018年全年用戶手機流量依然保持較快增長，移動互聯(lián)網(wǎng)接入月戶均流量達4.42 GB，是2017年的2.6倍。

隨著中國聯(lián)通無限量套餐和2I2C業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越大，中國聯(lián)通4G數(shù)據(jù)流量呈爆發(fā)式增長，2018年中國聯(lián)通用戶手機上網(wǎng)流量增長1.8倍，每人月均使用流量達6 GB。高清視頻、直播、游戲等業(yè)務(wù)的興起，用戶對網(wǎng)速的體驗要求也越來越高，用戶對移動網(wǎng)絡(luò)的依賴給現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大挑戰(zhàn)。受限于頻率資源，中國聯(lián)通4G基站目前最大配置能做到3載波：1.8G（30M）+2.1G（20M），隨著4G流量的迅猛增長，在部分熱點區(qū)域，即便是最大配置也已經(jīng)滿足不了容量需求。提升單站容量的技術(shù)包括載波合并、高階調(diào)制、4T4R、扇區(qū)劈裂等，這些技術(shù)目前在中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)均有應(yīng)用，本文重點從覆蓋、容量、干擾三個方面分析扇區(qū)劈裂技術(shù)。

2? ?扇區(qū)劈裂技術(shù)介紹

2.1? 技術(shù)原理

扇區(qū)劈裂顧名思義就是將原有常規(guī)天線覆蓋扇區(qū)，通過窄波束天線、劈裂天線、多波束天線進行分裂處理，將1個扇區(qū)分裂為兩個扇區(qū)。通過空間復(fù)用方式，在不增加站址和頻譜的前提下，最大限度地利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高頻譜使用效率、增加空口容量，最終達到提升網(wǎng)絡(luò)容量的效果。

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)典型的站點配置一般為三個扇區(qū)，每個扇區(qū)覆蓋角度為水平120°，通過劈裂技術(shù)在水平方向上將一個120°的扇區(qū)劈裂為兩個60°的扇區(qū)。這意味著：同一片區(qū)域原來使用一個扇區(qū)進行覆蓋，現(xiàn)在使用兩個扇區(qū)進行覆蓋，小區(qū)數(shù)目及空口資源加倍，從而獲得約1.6～1.8倍的容量提升。

扇區(qū)劈裂在大幅提升容量的同時，對覆蓋也有改善。劈裂后，天線波束變窄，能量集中，能有效提高覆蓋能力;而且扇區(qū)變窄，主覆蓋區(qū)域與邊緣覆蓋區(qū)域的覆蓋場強更加均勻。

2.2? 工程改造

目前扇區(qū)劈裂基站可分為2T2R和4T4R兩種模式。中國聯(lián)通目前4G網(wǎng)絡(luò)基站典型配置為2T2R+三扇區(qū)配置，采用65°半功率角天線，目前一般是基于2T2R基站進行劈裂。采用該技術(shù)，硬件方面需做如下改動：

（1）將普通65°半功率角天線更換為內(nèi)含兩個33°半功率角天線的特制劈裂天線或雙波束天線;

（2）將原有2T2R RRU替換為4T4R RRU或增加1個2T2R RRU。

3? ?案例介紹

下面以聯(lián)通基站為例，介紹采用扇區(qū)劈裂技術(shù)的硬件改造過程以及覆蓋、容量、干擾方面的測試對比。

3.1? 基站現(xiàn)狀

該站址目前有3G/4G設(shè)備，均為三扇區(qū)配置，采用愛立信設(shè)備，為L1800（30M）+UL2100（L： 10M、U： 10M），每扇區(qū)2個RRU（L1800 RRU+UL2100混模RRU），均為2T2R配置。從正北方向開始，三個扇區(qū)順序標記為A、B、C。

該站址覆蓋區(qū)域為高校園區(qū)，A、B扇區(qū)主要覆蓋教學(xué)樓與宿舍，用戶數(shù)較穩(wěn)定，C扇區(qū)主要覆蓋學(xué)校操場，用戶較少。基于容量方面的考慮，對該基站A、B扇區(qū)進行劈裂。

3.2? 硬件改造

A、B扇區(qū)新增2臺雙頻RRU（1.8+2.1雙頻2T2R RRU），原有UL混模設(shè)備僅作為U2100使用（C扇區(qū)不做劈裂），替換下來的單頻RRU可用于其他站點擴容?；九渲脧?扇區(qū)擴容至5扇區(qū)。LTE BBU單板目前可支持18個2T2R小區(qū)，滿足單站開啟3載波5扇區(qū)15小區(qū)的容量需求。天線由普通四端口天線更換為四端口雙波束天線，具體如圖2所示：

3.3? 測試結(jié)論及改進建議

（1）測試結(jié)論

采用劈裂技術(shù)，重點是為了提高扇區(qū)容量，首先從小區(qū)流量、用戶數(shù)、感知速率、利用率等方面了解一下相關(guān)容量指標方面的變化（如圖3所示）。

（a）A小區(qū)方向流量與PRB變化

（b）B小區(qū)方向流量與PRB變化

A、B小區(qū)劈裂后，小區(qū)流量均有提升，整體提升32.95%，PRB利用率下降11.70%。

A、B小區(qū)劈裂后，小區(qū)用戶感知速率均有提升。由之前的15.69 Mb/s提升至29.41 Mb/s，提升13.72 Mb/s。小區(qū)劈裂前后感知速率對比如圖4所示。

A、B小區(qū)劈裂后，最大RRC用戶數(shù)增加20%;平均RRC用戶數(shù)降為劈裂前一半左右。小區(qū)劈裂前后用戶數(shù)對比如圖5所示。

下面通過公式計算該基站扇區(qū)劈裂后較劈裂前的容量增益，計算公式如下：

容量增益=（（（劈裂后基站吞吐量÷劈裂后基站PRB利用率）÷（劈裂前基站吞吐量÷劈裂前基站PRB利用率））-1）×100% ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

通過計算可知A、B小區(qū)采用劈裂技術(shù)后，容量增益為51%左右。

從上面的測試結(jié)構(gòu)可看出，采用劈裂技術(shù)后，扇區(qū)容量得到提升。下面看一下劈裂技術(shù)對小區(qū)覆蓋、干擾方面的影響（如表1所示）。

（2）改進建議

從上述測試結(jié)論可看出，采用扇區(qū)劈裂技術(shù)確實能起到增加系統(tǒng)容量的效果，上述測試劈裂后系統(tǒng)容量增加51%左右，但也帶來了干擾增大的問題，SINR均值降低0.13。扇區(qū)劈裂技術(shù)理論上空口資源增加一倍，但由于小區(qū)分裂后交疊區(qū)域增大，導(dǎo)致干擾增加，這也是不可避免的。針對干擾問題帶來的影響及改進建議如下：

1）干擾的產(chǎn)生，是由于扇區(qū)交疊引起的，降低干擾重點就是減少扇區(qū)交疊區(qū)域，可從以下方面著手：

2）由干擾帶來的不良后果就是用戶感知的下降包括用戶速率，但受干擾的用戶僅是少量分布在小區(qū)邊緣的用戶，從上述測試可看出，在干擾增加的情況下，小區(qū)用戶平均感知速率整體是提升的，可以認為是利大于弊。由于無法準確定位用戶位置，整體容量提升與局部干擾帶來的負面影響之間無法定量分析、定性分析，建議如下：

4? ?劈裂基站部署策略分析

基于上述實際測試結(jié)果得出，劈裂技術(shù)在提高小區(qū)容量方面能起到較大的作用，但由于小區(qū)之間的交疊區(qū)域增加，不可避免地導(dǎo)致干擾增大，這是在采用劈裂技術(shù)時要重點考慮的問題。

針對劈裂基站的部署有如下建議：

（1）4G基站容量提升技術(shù)有載波合并、高階調(diào)制、4T4R、小區(qū)劈裂等多種，由于小區(qū)劈裂需要硬件改造并會帶來干擾，因此劈裂技術(shù)適用于基站擴容已達滿配，仍無法滿足容量需求，且在周邊新建熱點分裂宏站、微站、室分較困難場景。

（2）分裂前扇區(qū)覆蓋方向上用戶分布應(yīng)該較為平均，避免出現(xiàn)用戶集中于劈裂后某一個33°波瓣的情況，導(dǎo)致分裂后兩個小區(qū)忙閑不均，系統(tǒng)指標反而惡化。

（3）劈裂基站要盡量避開高速移動場景，如高鐵、高速公路等，防止頻繁切換導(dǎo)致實際感知和網(wǎng)絡(luò)指標下降。

（4）采用劈裂技術(shù)要考慮劈裂前后功率分配的一致性問題，避免由于通道總功率的不足，導(dǎo)致覆蓋范圍的下降。

（5）劈裂后基站扇區(qū)增加到6個，因此同站下一定會有兩個小區(qū)的PCI碼模3相同，因此要將模3相同的兩個PCI碼分配給兩個背向小區(qū)，盡量避開模3干擾。

5? ?結(jié)束語

每種容量提升技術(shù)都有其適用性以及局限性，扇區(qū)劈裂技術(shù)更適用于宏站覆蓋較為集中的非連續(xù)高流量場景。對于連續(xù)高流量場景，需要權(quán)衡站點擁塞程度和劈裂后多扇區(qū)擴容帶來的重疊覆蓋和小區(qū)間干擾增加的問題。

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