宏微結合多頻異構網絡解決大型場館的覆蓋及容量

景輝，練成棟

（中國移動通信集團上海有限公司，上海 200060）

1 概述

上海國際賽車道，是世界一級方程式比賽賽道之一。上海F1國際賽道位于嘉定區，總面積5.3 km2，可容納20萬人；其中主體工程建筑的主看臺長400 m，寬40.6 m，面積是55684 m2，副看臺長320 m，寬90 m，建筑面積約23 324 m2，副看臺膜結構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，吸引了全世界無數的車迷前來。屆時這里就是車迷的歡樂海洋。

中國移動上海公司早在2014年就在F1上海賽場有針對性的部屬了F+D的TD-LTE的網絡，并迎來了第一次大事件高業務量的沖擊。經過了2014年的F1賽事保障，發現了網絡的一些不足，如：宏站部署位置受限，距離看臺、廣場等人群聚集區域的距離較遠，在650 m以上；開賽后用戶分布較為集中，導致相近宏站的嚴重擁塞，容量分布不平衡；僅靠建設宏站和室分方式無法滿足F1賽車場區域覆蓋及容量等情況。

因此，在傳統建網方式基礎上，2015年中國移動上海公司還需尋求新的組網方案，引入異構網思維，針對F1上海賽場的環境特點，積極優化網絡架構、采用新型設備并提升網絡優化手段，以保障F1賽事的超密集的容量需求。

2 異構網關鍵技術

2.1 一體化小基站

一體化小基站集成基帶和射頻單元，不僅僅是補盲補熱的重要手段，而且也是組成TD-LTE異構網的重要部分。一體化小基站一般具有下述優點：

（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、抱桿等多種室內外安裝方式。

（2) 與宏站相同的性能支持：與宏站一個扇區支持激活用戶數相當、先進的智能調度“Smart Scheduler”算法、支持MIMO技術、支持載波聚合CA、相同的未來演進路標，例如LTE-A、相同的維護管理。

（3) 發射功率可調（一般為250 mW～5 W），根據覆蓋需要靈活配置發射功率，對網絡進行精細化調整；

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

（5) 支持IP轉發，實現多個小基站或和宏站的傳輸級聯，減少傳輸物理資源。

2.2 多層網協同技術

F1賽事期間，人流密集，流量暴漲，必須構建多頻段，多層次網絡結構來滿足業務需求，而多層次網間的協同工作非常重要。主要分為兩個方面：

（1) D/E/F多頻段組網，宏站，小基站同時部署，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小區的雙載波。F宏站廣域覆蓋，D宏站，小基站熱點覆蓋，E室分解決室內覆蓋。通過多層網絡有效提升覆蓋廣度、強度和深度，同時大大提升網絡容量。

（2) 為了實現多頻段多網絡的有效協同，必須開啟小區負載均衡技術。小區負載均衡技術又分為空閑態下的負載均衡和基于UE測量的連接態下的異頻負載均衡兩種。前者是eNode B根據一定的門限值確定是否需要開啟空閑模式的負載均衡，可以通過小區重選或重定向兩種方式實現，使得空閑模式下的終端均勻分布在各個小區，避免某些小區由于用戶過多而過載。后者是通過各小區間交互負載信息，滿足負載均衡觸發條件時，選擇合適的用戶，將用戶從負載高的小區切換到負載低的小區，主動調整，達到小區下的負載均衡，帶來更好的用戶體驗。

2.3 負載調整策略及參數

由于本次是國內首次大規模異構組網，沒有現成經驗可以借鑒，一切都在實踐中摸索。確定開始的負載調整門限及時間窗口盡量設置高些，賽事期間根據實際情況現場調整。

3 F1賽車場異構網絡部署方案

為滿足F1賽車場比賽當天的用戶業務需求，中國移動上海公司通過網絡容量分析，采用了以小基站為主，輔以宏站+室分的方式進行F1賽車場4G異構網絡建設。通過異構組網，看臺區域、廣場、進出口全覆蓋，無盲點，而且同一區域的小區數得以增加，容量得到提升。表1為2015年F1上海賽場容量預估。

表1 2015年F1上賽場容量預估

通過分析人流分布情況，對上海賽場主看臺、副看臺和廣場等重點區域采用宏站、小基站和室分等多種站型共同部署、協同覆蓋。其中，宏基站主要完成上海賽場及周邊區域的廣域覆蓋，通過對周邊宏基站進行升級改造，形成10個F+D的宏站覆蓋；小基站主要達到補盲和容量吸收的作用，在人流密集區域共計部署17個小基站，并盡量采用偽裝射燈天線以達到隱蔽效果；室內覆蓋基站主要用于吸收上海賽場室內話務和流量，通過對原有3G室內站點升級支持4G，共計部署4個E頻段室分站點，并開啟雙載波。通過實際路測驗證，主看臺與副看臺絕大部分區域RSRP在-85 dBm以上，覆蓋性能良好。

4 網絡性能驗證

4.1 業務承載分布

取2015年4月12日F1正賽日數據，如圖1所示，F1賽場區域全天下行流量最高時在開賽前的1個小時，單小時的下行流量達到54.35 GB，在比賽進行的14、15 h內，下行流量依然保持在單小時50 GB左右。上行流量最高時在比賽剛開始的14 h，上行流量達到20.16 GB，在此時段內上下行流量比達到1:2.5。另一方面，主副看臺區域的業務，從上午10 h開始隨著觀眾的入場而快速增加，在13 h和14 h達到峰值，在賽事結束后迅速回落。水景廣場地鐵口及停車場，在整個賽事期間始終保持較高的業務量，特別是在16 h，賽事結束后，觀賽人員在此逗留、等待地鐵等，導致此區域的業務量大幅增加，這個區域的業務量占整個F1區域的一半以上。

圖1 F1賽車場區域業務流量分布

4.2 小基站性能

通過對小基站的接入能力、切換成功率以及最大下行吞吐率等網絡指標測試分析得出，小基站業務承載能力可達到宏站水平，圖2為小基站性能統計。

4.3 接入控制效果

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

4.4 負載均衡效果

如圖4所示，負載均衡切換隨著RRC連接數的增加而增加，說明小區啟用了負載均衡功能，當負載超過門限時，啟動了負載均衡切換，來降低小區負載，并且負載均衡切換成功率為100%。

5 總結及展望

通過一體化小基站、F/D頻段宏站、E頻段室內站的部署，在F1賽車場形成D/E/F三頻組網、宏微結合、室內外結合場景。F宏站廣域覆蓋，D宏站，小基站熱點覆蓋，E室分解決室內覆蓋，形成一個多層網典型覆蓋場景，為重大賽事的建網和保障提供了可行性方法并積累了寶貴經驗，總結如下。

（1） 采用異構網的部署方案，宏微結合兼顧覆蓋與容量，重點保障主看臺、副看臺等用戶激增的大事件典型區域。

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

圖2 小基站性能統計

圖3 接入控制效果

圖4 負載均衡效果

（3） 多層、多頻段組網有效加強覆蓋，提升容量。

（4） 采用負載均衡功能，平衡基站間的負荷，提高網絡承載效率的同時提升用戶體驗。

（5） 通過雙載波、小區分裂等方式提升網絡承載能力，單小區支持最大600個激活用戶數。

隨著4G網絡快速部署，用戶數和數據流量的激增，今后對于大型場館或賽事的保障越來越重要。因此，基于本文的研究成果，今后還需重點研究方向可能有：

（1) 密集的基站部署會導致小區間的重疊覆蓋嚴重、干擾加強，對上下行業務將產生更為嚴重的影響，后續將進一步加強站點間的干擾協調和干擾消除的研究及應用。

（2) 后續將加強大話務場景下網絡參數配置的研究，結合不同重大場景特點，提煉出最優的參數調整方案。

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