基于4G/5G協(xié)同的高密重載場景網絡規(guī)劃方法

刁楓，劉航

（中國移動通信集團四川有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

隨著經濟、社會的持續(xù)發(fā)展，高端大型建筑越來越多，例如高鐵站、大型場館、地鐵、機場等，此類場景人流密集，既是運營商品牌形象的窗口，也是市場競爭的價值高地。此類高密重載（用戶密度高、業(yè)務負載重）場景業(yè)務量分布不均，人流量較大，存在潮汐效應，對4G/5G 網絡的覆蓋質量及容量要求極高。此外，該類場景又普遍存在著建筑結構復雜、信號覆蓋和干擾控制難度大等問題[1～3]。因此，為了面向未來網絡演進和增強客戶體驗滿意度，這些都對高密重載下的4G/5G 協(xié)同網絡提出了新的挑戰(zhàn)。

本文通過對4G/5G 協(xié)同組網方式、4G/5G 頻率分組規(guī)劃、容量評估模型、覆蓋策略等方面進行研究，同時，結合5G 組網科學性驗證對室內賦形天線與5G 單小區(qū)上下行吞吐能力進行測試，以及對4G 不同方式的多頻點組網開展4G 全頻段組網科學性評估，最后結合實際案例給出此類場景下具體應用建議，為解決當前高密重載場景4G/5G 協(xié)同網絡規(guī)劃提供技術參考。

1 高密重載場景下的4G/5G協(xié)同網絡規(guī)劃

1.1 高密重載場景下4G/5G協(xié)同規(guī)劃主要考慮的因素

高密重載場景具有人流密集且流動性大、單體建筑面積大、建筑結構復雜等特性，針對高密重載場景特性，在4G/5G 協(xié)同規(guī)劃時著重需要考慮主要因素如圖1 所示[4～5]：

圖1 高密重載場景下網絡規(guī)劃考慮的主要因素

建筑結構：高密重載場景下的建筑結構較為復雜，需要全面摸清建筑結構、材質，通過模擬測試、理論評估等多維手段評估天線部署的密度以及位置，并結合用戶感知的最低速率門限要求，評估相應不同建筑結構下的極限覆蓋能力。

業(yè)務量：高密重載場景下的業(yè)務量與相應用戶密度密切相關，而用戶往往呈現(xiàn)聚集效應，在特定的子場景下的業(yè)務量尤其高，這迫切需要做好精細化規(guī)劃，盡可能提升高業(yè)務量區(qū)域的資源配置，以滿足客戶感知和體驗。

潮汐效應：一般情況下，高密重載場景下的人群存在一定的潮汐效應，如圖2 所示。因此，在進行網絡規(guī)劃時，要充分考慮到網絡的彈性，為高效利用網絡資源創(chuàng)造有利條件。此外，還可以為后期網絡運維、節(jié)電等創(chuàng)造有利條件。

圖2 高密重載場景下的潮汐效應

頻率劃分：考慮到有限的頻譜資源，需要根據(jù)人流量、業(yè)務量呈現(xiàn)區(qū)域聚集的特點，有針對性地整體進行頻率劃分和規(guī)劃，確保頻率在合理復用的前提下，盡可能滿足業(yè)務量需求，同時，適當考慮部分冗余，以確保滿足潛在的業(yè)務量增長。

組網方式：針對高密重載場景，需要建立低成本場景化的分層組網方式，打造“宏站、微站、室分”相結合的多層網絡，形成廣域覆蓋、深度覆蓋、容量覆蓋的多層次宏微協(xié)同分層立體網絡，達到結構、覆蓋、容量、成本協(xié)同最優(yōu)。

4G/5G 協(xié)同：當前4G 業(yè)務發(fā)展仍然迅猛，不限流量套餐持續(xù)推廣帶來數(shù)據(jù)流量呈爆發(fā)式增長，基于業(yè)務預測全網年底日均流量將增長120%，4G 容量需求依舊旺盛，且隨著5G 站點陸續(xù)入網，5G 建設區(qū)域內4G D 頻段退頻后，形成4G 容量缺口。在新增投資及資源極度短缺的現(xiàn)實情況下，在高密重載場景下如何解決因流量增長及D 頻段退頻后導致容量缺口成為網絡規(guī)劃建設亟需解決的問題。通過5G 反向開通3D-MIMO 快速補齊容量短板，實現(xiàn)4G/5G 協(xié)同的資源精準投放。

施工難度：充分考慮重密重載場景人流流動情況，合理進行規(guī)劃與設計，達到施工快速、方便，且能夠達到預期的覆蓋效果。

干擾：在高密重載場景下，用戶高度集中，同頻干擾問題較為突出，嚴重影響用戶感知，如圖3 所示。需要采用合理的小區(qū)劃分、控制重疊區(qū)域、功率控制等手段降低干擾對用戶的影響；隨著5G 終端的普及，用戶逐步增多，在頻率重疊區(qū)域5G 同樣會對4G 造成上行干擾。最后，需要著重考慮系統(tǒng)間的干擾，包括雜散干擾、互調干擾、阻塞干擾、屏蔽器/偽基站干擾及其他干擾源。

圖3 高密重載場景下干擾對SINR與速率的影響

設備選型：根據(jù)頻率劃分、組網方式、業(yè)務量、干擾、以及施工難度等綜合進行考慮，將高密重載場景劃分為多個子場景，針對子場景給出差異化的設備選型策略。

2.2 高密重載場景下4G/5G協(xié)同規(guī)劃方法

根據(jù)高密重載場景的特點，結合上述4G/5G 協(xié)同規(guī)劃時需要著重考慮的主要因素，我們在進行多次論證和現(xiàn)場測試的基礎上，給出了高密重載場景下的4G/5G 協(xié)同規(guī)劃方法與流程，如圖4 所示。

圖4 高密重載場景下的4G/5G協(xié)同規(guī)劃方法與流程

該方法與流程大致分為九個步驟，通過相互之間的關聯(lián)，將密集重載場景下的4G/5G 協(xié)同網絡規(guī)劃主要考慮的因素分別融入到相應過程之中，從而實現(xiàn)結構、覆蓋、容量、成本協(xié)同最優(yōu)的解決方案。

第一步：現(xiàn)網摸排，現(xiàn)網摸排主要包括：密集重載場景下的KPI 指標、容量、業(yè)務量、高覆蓋、弱覆蓋等情況，并對現(xiàn)有的建設方式、組網方式以及建筑結構特點進行全面梳理和分析，整理輸出覆蓋目標區(qū)域業(yè)務量需求分級評估結果，結合現(xiàn)場查勘與測試、以及人流量聚集分布情況進行場景細化，實現(xiàn)子場景差異化的網絡規(guī)劃。

第二步：容量預估，根據(jù)劃分建立的子場景，建立分場景下的容量預估模型，準確評估子場景下的容量需求。

第三步：產品選型。產品選型主要包括載波規(guī)劃、組網方式、4G/5G 協(xié)同、設備選型等多重因素，并根據(jù)子場景制定差異化的設備選型策略。

1）設備選型。根據(jù)不同子場景的特點以及現(xiàn)網設備、分布系統(tǒng)情況，有針對性地選擇相應主設備及建設方式，同時，進一步考慮到覆蓋能力，選擇合適的賦形天線產品。在此基礎上，對所選擇的賦形天線進行仿真驗證，以確定最佳的天線間距和天線掛高，確保覆蓋達到預期效果。

2）載波規(guī)劃。綜合考慮干擾、容量、覆蓋等原因，釋放頻段全部能力，充分利用LTE 3 載波組合、4 載波組合，5G NR 2.6 G+4.9 G 組合，實現(xiàn)干擾小、容量大、覆蓋優(yōu)的載波規(guī)劃方案。

3）組網方式。隨著頻率的不斷演進，5G 終端數(shù)不斷增多，綜合各方因素，以4G/5G 協(xié)同組網方式進行考慮，避免后續(xù)5G 帶來的二次改造。

第四步：方案定制。結合建筑結構、人流密集情況、潮汐效應、機房情況、電力情況等現(xiàn)場查勘情況，制定合理的改造或者新建方案，然后組織多部門進行聯(lián)合評審，確定方案的科學性和可靠性。

第五步：方案仿真。為了進一步評估方案的科學性和覆蓋預期效果，需要開展仿真工作，通過模擬仿真方式評估整體的覆蓋狀況，進一步對方案進行優(yōu)化和調整，確保方案實施達到最優(yōu)效果。

第六步：方案實施。方案實施主要基于最終修訂和完善的設計方案，按照設計圖紙進行施工，并保證現(xiàn)場施工工藝、流程符合標準規(guī)范，選用的配套材料質量達標，相應天線與各個子場景匹配，最后，對施工進行相應驗收。

第七步：網絡優(yōu)化。在施工完成之后，需要進行開站入網優(yōu)化、現(xiàn)場測試與優(yōu)化、以及結合性能、SEQ 等相應指標和參數(shù)進行全面的優(yōu)化調整，發(fā)揮設備的最大能力，實現(xiàn)網絡性能最優(yōu)。

第八步：效果驗證。效果驗證環(huán)節(jié)是對實施結果開展后評估分析，針對覆蓋、性能是否達到預期，以及相應工程造價進行全面綜合評估。

第九步：經驗總結。經驗總結則是在后評估的基礎上，將相應成果進行固化，在類似的高密重載場景進行推廣，為后期規(guī)劃與建設提供技術參考，有效提升類似場景的規(guī)劃與建設效率，實現(xiàn)方案最佳、效果最佳、成本最優(yōu)、較好支持網絡演進，以及滿足5G 用戶發(fā)展和業(yè)務量需求。

2.3 實例分析

基于上述高密重載場景下的4G/5G 協(xié)同規(guī)劃方法與流程，我們以某大型火車站為例。

按照高密重載場景下的4G/5G 協(xié)同規(guī)劃方法與流程，第一步，我們首先對該車站進行現(xiàn)網摸排分析。發(fā)現(xiàn)存在兩大難題：

（1）候車廳原使用pRRU5927 外接窄波束天線+RRU3182-fad 外接普通板狀天線的方式間隔覆蓋檢票口區(qū)域，其中RRU3182 配置F+A 頻段作為底層覆蓋，pRRU 配置D1-D8E1-E3FDD1800 分組異頻組網作為容量層，整個候車廳共配置104 個小區(qū)。但是業(yè)務量大，自忙時平均下行PRB 利用率仍高達55%。

（2）建筑結構較為復雜，A/B 兩排檢票口間距僅30 m，干擾嚴重SINR 低。隨著5G 網絡部署，若候車廳4G 清退D 頻段100 M 后，可用頻點數(shù)量將從15 個減少至10，頻率更難規(guī)劃。因此，需要進行4G/5G 協(xié)同的網絡重新規(guī)劃調整。相應詳細情況如圖5 所示。

圖5 內部結構及測試摸排情況

我們按照規(guī)劃方法與流程中的第二步進行容量預估。首先，基于第一年（預測起點年份）春節(jié)話務模型整體候車廳按照20 000 人預測；第二，基于業(yè)務類型及時長占比分析，4G 單用戶綜合下行保障速率為2.1 Mbps；基于微信視頻體驗分析，4G 單用戶上行保障速率為1 Mbps 進行預測。

按照表1 計算出需求總載波數(shù)4G 145 個，5G 3 個。

表1 典型子場景下的載波需求測算

第三步，我們針對三類子場景的容量需求、網絡演進以及相應賦形天線測試等多維度考慮，擬定相應產品選型策略如下：

1）分布式皮站+傳統(tǒng)室分+賦形天線混合組網，分布式皮站提供5G（2.6 G 100 M）及4G 三組頻率，傳統(tǒng)室分提供F/A 頻段，并采用賦形天線精準控制覆蓋范圍，降低干擾。

2）5G 采用2.6 G+4.9 G 開通雙百兆帶寬，5G（2.6 G）：2.6 G 采用支持160 M 4T4R 的5961 系列分布式皮站，開通100 M 5G 業(yè)務；5G（4.9 G）：同步開通AAU（4.9 G）覆蓋室內，預埋pRRU（4.9 G）線纜及安裝位置；室內分布式Massive MIMO：有效解決室內5G 多小區(qū)干擾問題，可有效提升網絡容量和客戶速率。

3）4G 全頻段引入，四頻組網，提升容量。

第四步，基于設備選型結果，我們結合現(xiàn)場查勘、施工環(huán)境、原有系統(tǒng)改造難易、工程造價等綜合考慮，制定相應詳細實施方案。我們針對子場景差異化的特點給出4G/5G 協(xié)同解決方案，相應整體規(guī)劃設計方案如圖6 所示：

圖6 火車站候車廳整體規(guī)劃設計方案

布置方式：候車廳主要旅客區(qū)域由原有的間隔布放方式改為逐個布放方式。

設備選型：56 臺5961H+54 面賦型天線+2 面高密天線（高密天線覆蓋西廣場1F 安檢區(qū)及A1 候車區(qū)）。VIP美食區(qū)等區(qū)域采用43 個PRRU5961G。4.9 G AAU 設備安裝在北側中部二樓，共劃分兩個扇區(qū)，分別交錯往東西廣場方向覆蓋。

頻率規(guī)劃：采用E1/D3、E2/D7、E3/D8/FDD1800，三組交錯覆蓋避免頻率干擾，每個檢票口開通2 組，共部署54 組，最大可開通個134 個載波。同時利舊RRU3182+利舊窄波束天線+衰減器開通雙路F/A，F(xiàn)/A 14 個RRU 分裂為14 個小區(qū)，共14*2=28 個頻點；整改候車廳區(qū)域部署162 個載波。NR 每12 個PRRU 共小區(qū)，開通5 個2.6 G 小區(qū)，2 個4.9 G 小區(qū)，容量完全滿足預測需求，如表2 所示。

表2 火車站候車廳頻率劃設計方案

第五步，為了進一步評估方案的科學性和覆蓋預期效果，我們采用仿真工具對4G 多頻段和不同賦型天線組網進行仿真評估，最終推薦選擇華為27013842 賦型天線和3 組頻點，以達到精準覆蓋和干擾控制，如圖7、表3所示。

表3 三組頻點交叉組網方案及賦型天線仿真SINR值變化

圖7 三組頻點交叉組網方案及賦型天線仿真覆蓋和SINR圖

經過方案實施、網絡優(yōu)化步驟之后，該場景下的整體指標情況如下，該車站4G/5G 網絡性能均實現(xiàn)兩個領先（領先競對，領先其他核心高鐵樞紐車站）。其中，5G網絡SSB RSRP 均值-72.5 dBm，5G（4.9 G）下行平均速率為855 Mbps，5G（2.6 G）下行平均速率為727 Mbps；4G 網絡的總載波數(shù)從103 個提升至142 個，系統(tǒng)容量提升37.9%，路測平均下載速率達到45.9 Mbps，提升35.9%，平均上傳速率達到14.87 Mbps，提升43.8%，日均流量提升26.8%；5G 客戶占比最高達8.6%，5G 分流比最高達14.2%，效益明顯，4G/5G 客戶感知明顯提升。改造前后4G/5G 視頻流媒體有效下載速率提升顯著，相應對比如圖8 所示：

圖8 改造前后4G/5G視頻流媒體有效下載速率對比結果

從該車站的實施結果來看，整體提升較為明顯，充分論證了高密重載場景下的4G/5G 協(xié)同規(guī)劃方法與流程的科學性和有效性。

通過對本案例的進一步提煉與總結，形成相應總結文檔，可有效推廣相應經驗，為類似場景的網絡規(guī)劃提供有價值的參考。

3 結論

高密重載場景的網絡規(guī)劃與實施面臨諸多挑戰(zhàn)，如何給出最優(yōu)的解決方案并考慮網絡演進方向等問題是各大運營商均需要面臨的重大課題之一，同時也是各大運營商塑造良好口碑的關鍵場景之一。與此同時，高密重載場景的網絡規(guī)劃與實施還需要考慮到投資預算等成本問題，以及應對潮汐效應如何降低后期運營維護成本等問題。在多重因素的影響下，高密重載場景的網絡規(guī)劃仍需要深挖潛能，科學規(guī)劃與實施，認真總結相應經驗和亮點，方能實現(xiàn)口碑與效益的雙豐收。