異型網(wǎng)構(gòu)建高性能LTE深度覆蓋網(wǎng)絡(luò)的研究

劉博光，柳少良，賈然

1 引言

中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本完成連續(xù)覆蓋，未來(lái)關(guān)注點(diǎn)將轉(zhuǎn)向更好、更完善的深度覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋，努力打造全球領(lǐng)先的精品TD-LTE網(wǎng)絡(luò)[1]。但由于目前TD-LTE自身頻段限制，部分場(chǎng)景（如居民區(qū)、商鋪、購(gòu)物中心等相對(duì)封閉的場(chǎng)景）深度覆蓋（室外覆蓋或者室外覆蓋室內(nèi)）能力不足，主要表現(xiàn)在覆蓋缺失、用戶網(wǎng)速體驗(yàn)差或VoLTE效果不佳等。這些問(wèn)題主要是因?yàn)檫@些場(chǎng)景的自身特殊性，傳統(tǒng)的宏基站和室分覆蓋手段均由于技術(shù)、工程建設(shè)等原因無(wú)法高質(zhì)量滿足該類場(chǎng)景良好覆蓋。基于此，本文通過(guò)分析深度覆蓋場(chǎng)景特征和深度覆蓋需求特征，提出4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用微基站、光纖直放站[2-10]等異型網(wǎng)，從而有效提升4G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋性能。

2 深度覆蓋場(chǎng)景特點(diǎn)

深度覆蓋是目前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐漸推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)要求從有覆蓋的要求逐步提升到保證用戶感知的要求。LTE網(wǎng)絡(luò)的百兆級(jí)數(shù)據(jù)傳輸能力可以保證用戶無(wú)卡頓的享受高清視頻，高清語(yǔ)音更為用戶提供了更快的接通速度和通話質(zhì)量。但是LTE網(wǎng)絡(luò)的全部?jī)?yōu)勢(shì)必須建立在良好覆蓋基礎(chǔ)上，尤其是集中在建筑物內(nèi)部或一些阻擋較多的室內(nèi)外結(jié)合地帶場(chǎng)景，因此深度覆蓋的好壞直接決定了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的高低。

結(jié)合覆蓋目標(biāo)場(chǎng)景特征、覆蓋用戶需求和技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，將深度覆蓋場(chǎng)景分為單純室內(nèi)型和室內(nèi)外結(jié)合型兩類，具體如下：

（1）單純室內(nèi)型

單純室內(nèi)型深度覆蓋場(chǎng)景是指業(yè)務(wù)需求僅在室內(nèi)，用戶在室內(nèi)使用網(wǎng)絡(luò)。大多深度覆蓋場(chǎng)景主要是指單純的室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，覆蓋目標(biāo)為建筑物內(nèi)部。

單純室內(nèi)型場(chǎng)景建筑樓宇的劃分有多種方法，根據(jù)其建筑功能用途，主要包括居民住宅樓宇、辦公寫(xiě)字樓宇、企事業(yè)單位樓宇、黨政機(jī)關(guān)樓宇以及商場(chǎng)超市樓宇場(chǎng)景等；根據(jù)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為空曠型樓宇和多隔斷型樓宇；根據(jù)建筑物高度層數(shù)，可分為中低層樓宇和高層樓宇；根據(jù)建筑外部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為板狀樓宇和塔狀樓宇。其中，功能用途可用于規(guī)劃業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、高度層數(shù)以及外部結(jié)構(gòu)特征可用于規(guī)劃覆蓋技術(shù)和建設(shè)方式。

（2）室內(nèi)外結(jié)合型

室內(nèi)外結(jié)合型場(chǎng)景是指業(yè)務(wù)需求不僅限于室內(nèi)，還包含臨近建筑的室外部分或挑高較大的室內(nèi)部分。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，大型商業(yè)中心、會(huì)展中心、體育場(chǎng)館等井噴似建設(shè)。與傳統(tǒng)建筑樓宇相比，這些建筑樓宇內(nèi)或內(nèi)外交接地帶設(shè)置大量商鋪，或在樓宇群中建設(shè)大量銷售店鋪，其業(yè)務(wù)需求以建筑物為中心會(huì)在建筑物外一定半徑內(nèi)分布，所以此類建筑樓宇在進(jìn)行深度覆蓋中需協(xié)同考慮建筑樓宇覆蓋，即覆蓋目標(biāo)較單純室內(nèi)型要外擴(kuò)一定范圍。

室內(nèi)外結(jié)合型場(chǎng)景建筑樓宇的劃分也有多種方法，根據(jù)建筑功能用途，主要包括商業(yè)購(gòu)物中心、商業(yè)步行街、體育場(chǎng)館以及交通樞紐等場(chǎng)景；根據(jù)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為整體空曠型和分割空曠型；根據(jù)建筑內(nèi)部層高，可分為高縱深型和低縱深型；根據(jù)建筑內(nèi)外結(jié)合方式，可分為獨(dú)立帶外圍型和群體帶外圍型。其中，功能用途可用于規(guī)劃業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、層高以及內(nèi)外結(jié)合方式可用于規(guī)劃覆蓋技術(shù)和建設(shè)方式。

3 深度覆蓋需求特點(diǎn)

用戶對(duì)于業(yè)務(wù)需求的特點(diǎn)主要包括兩方面：語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。語(yǔ)音業(yè)務(wù)一般被認(rèn)為是傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，在非4G時(shí)代是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的主要承載業(yè)務(wù)，隨著強(qiáng)調(diào)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的LTE網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模興建以及各種OTT（Over The Top）業(yè)務(wù)、手機(jī)應(yīng)用程序的大規(guī)模興起，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為目前網(wǎng)絡(luò)的主要承載對(duì)象。但是LTE網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，可提供優(yōu)于傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的高清語(yǔ)音業(yè)務(wù)，只不過(guò)與數(shù)據(jù)覆蓋要求相比，尤其針對(duì)深度覆蓋場(chǎng)景，要想達(dá)到高清語(yǔ)音覆蓋需提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋指標(biāo)。

（1）語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求為主

無(wú)論場(chǎng)景的業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)有何不同，語(yǔ)音承載一般是需要保障的首要業(yè)務(wù)，只不過(guò)區(qū)別在于該物業(yè)點(diǎn)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)在總體業(yè)務(wù)的占比。考慮到目前用戶終端并不是均支持LTE高清語(yǔ)音，在進(jìn)行LTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的同時(shí)需要保證有一張托底的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行基本業(yè)務(wù)保障。

對(duì)于語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主的場(chǎng)景，一般認(rèn)為此場(chǎng)景用戶終端小部分支持LTE高清語(yǔ)音且數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不大來(lái)考慮，因此在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)LTE網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)主要承載以及語(yǔ)音輔助承載，同時(shí)補(bǔ)以2G或其他網(wǎng)絡(luò)作為語(yǔ)音承載。

（2）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求為主

對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的場(chǎng)景，一般認(rèn)為此場(chǎng)景用戶終端大部分支持LTE高清語(yǔ)音且數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求大來(lái)考慮，因此在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)LTE網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及語(yǔ)音業(yè)務(wù)的主要承載，同時(shí)補(bǔ)以2G或其他網(wǎng)絡(luò)作為輔助承載。

4 異型網(wǎng)在深度覆蓋中的應(yīng)用

異型網(wǎng)是指異于傳統(tǒng)宏站與信源的組網(wǎng)形態(tài)，從另一個(gè)角度可認(rèn)為是補(bǔ)充連接宏站與信源的網(wǎng)絡(luò)。異型網(wǎng)的發(fā)射功率一般介于宏站與信源站之間，覆蓋范圍小于宏站但大于傳統(tǒng)室分天線覆蓋范圍。根據(jù)目前異型網(wǎng)自身是否具備容量功能，可分為容量型異型網(wǎng)和非容量型異型網(wǎng)，其中非容量型異型網(wǎng)又可稱為覆蓋型異型網(wǎng)。

在異型網(wǎng)開(kāi)始階段往往只支持一種網(wǎng)絡(luò)，但無(wú)線接入設(shè)備發(fā)展到今天，異型網(wǎng)已經(jīng)可以同時(shí)提供多種網(wǎng)絡(luò)接入能力，便于適應(yīng)不同覆蓋需求的多種組網(wǎng)策略。

4.1 容量型異型網(wǎng)

（1）容量型異型網(wǎng)概念及規(guī)劃思路

容量型異型網(wǎng)主要是指各種微基站、皮站、飛站以及單制式發(fā)射功率小于30 W等的各種有自主容量能力的接入設(shè)備。根據(jù)支持網(wǎng)絡(luò)制式、頻段，容量型異型網(wǎng)設(shè)備可分為單模設(shè)備和多模設(shè)備。容量型異型網(wǎng)設(shè)備一般具備容量動(dòng)態(tài)可調(diào)、發(fā)射功率較傳統(tǒng)室分方式大的特點(diǎn)，目前LTE單載波發(fā)射功率可達(dá)到2 W、5 W甚至10 W。除此之外，其還具備隱蔽性強(qiáng)、美化程度高、安裝靈活、便于實(shí)施的特點(diǎn)。

對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量大、潮汐效應(yīng)明顯且建筑物結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)則，無(wú)線傳播條件較好的場(chǎng)景，可優(yōu)先使用容量型異型網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，尤其適用于成片的室內(nèi)外協(xié)同規(guī)劃場(chǎng)景，這類場(chǎng)景包括高檔居民區(qū)、辦公寫(xiě)字樓、商業(yè)中心等。在選用設(shè)備時(shí)，可采用僅支持LTE的單模設(shè)備覆蓋，也可采用支持LTE和GSM的雙模設(shè)備覆蓋。前一種方案能以較小的成本滿足LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的需求，而后一種雙模設(shè)備在略抬升成本的基礎(chǔ)上除了完成LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)外，還同時(shí)完成了GSM對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋，提高了覆蓋的可靠性。

（2）容量型異型網(wǎng)實(shí)際案例

某高檔住宅小區(qū)共12座30層以上居民樓，同時(shí)具備2G和4G覆蓋需求。如果使用傳統(tǒng)平層方式進(jìn)行覆蓋，由于天線只能布放在走廊等公共區(qū)域而不能入戶，對(duì)用戶活躍區(qū)域不能形成良好的覆蓋；如果使用傳統(tǒng)對(duì)打方式進(jìn)行覆蓋，由于每個(gè)RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）功率限制會(huì)導(dǎo)致樓層中段不能形成良好的覆蓋，并且很難實(shí)現(xiàn)MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）效果。

針對(duì)這種場(chǎng)景，為了使用戶更好地體驗(yàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，使用雙模分布式微基站進(jìn)行覆蓋會(huì)達(dá)到更好的效果。分布式微基站內(nèi)置雙極化天線可滿足LTE網(wǎng)絡(luò)MIMO需求，并且雙模分布式微基站同時(shí)支持2G和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，其TD-LTE實(shí)現(xiàn)方式為本身自帶容量部分，2G信號(hào)通過(guò)內(nèi)置直放站方式實(shí)現(xiàn)。其LTE發(fā)射功率一般為5 W～10 W每載波，覆蓋效果遠(yuǎn)高于一般射燈天線覆蓋能力。除此之外，分布式微基站具有很強(qiáng)的美化偽裝能力，可利用路燈桿或安裝于屋頂、單元大堂頂?shù)确绞剑捎檬彝鈱?duì)打方式對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行覆蓋。對(duì)于室內(nèi)電梯和走廊部分，可通過(guò)補(bǔ)充傳統(tǒng)分布系統(tǒng)方式進(jìn)行覆蓋。由于分布式微基站與傳統(tǒng)微基站可共BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）建設(shè)，因此在不增加BBU的條件下可對(duì)住宅小區(qū)進(jìn)行全方位覆蓋，具體規(guī)劃方式如圖1所示。

在進(jìn)行覆蓋后經(jīng)過(guò)測(cè)試，分布式微基站達(dá)到了覆蓋效果，并支持更好的用戶體驗(yàn)，LTE平均下載速率為40 Mb/s，具體指標(biāo)如圖2所示。

容量型異型網(wǎng)具備MIMO能力，可提升用戶體驗(yàn)；多模容量型異型網(wǎng)還具備異廠家的網(wǎng)絡(luò)支持能力，可靈活地選擇2G信源安裝位置，在提升用戶滿意度的同時(shí)一次布放了2張網(wǎng)絡(luò)，提升了運(yùn)營(yíng)商的冗余可靠性。

4.2 非容量型異型網(wǎng)

（1）非容量型異型網(wǎng)概念及規(guī)劃思路

非容量型異型網(wǎng)主要是指各類數(shù)字直放站設(shè)備。直放站在進(jìn)行2G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)期曾經(jīng)大規(guī)模使用，以較低的成本提升單基站的覆蓋范圍。直放站設(shè)備經(jīng)歷了從模擬設(shè)備到數(shù)字設(shè)備、從無(wú)線傳輸?shù)焦饫w傳輸?shù)陌l(fā)展歷程。但是在進(jìn)行3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間，由于直放站自身的時(shí)延性，而TD-SCDMA又是時(shí)延敏感系統(tǒng)，所以在3G時(shí)期直放站慢慢淡出了人們的視線。隨著4G時(shí)期的到來(lái)，由于LTE網(wǎng)絡(luò)本身對(duì)時(shí)延容忍度的提升，直放站又以一種新的方式——數(shù)字光纖分布系統(tǒng)重新出現(xiàn)在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的洪流中。與傳統(tǒng)2G時(shí)期的直放站相比，數(shù)字光纖分布系統(tǒng)可同時(shí)支持2G/4G，是一種多模數(shù)字光纖直放站，并且對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，其還可以提供雙路MIMO效果，并能對(duì)所承載的載頻進(jìn)行一定程度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。雖然其對(duì)上行噪聲抬升的缺點(diǎn)依然存在，但是由于制造工藝和技術(shù)的發(fā)展，其上行噪聲引入已大幅度降低。就其發(fā)射功率來(lái)說(shuō)，可提供500 mW、2 W甚至16 W的發(fā)射功率，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供多種選擇。

圖1 某小區(qū)分布式微基站規(guī)劃選址圖

圖2 覆蓋效果測(cè)試圖

對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求相對(duì)較小或穩(wěn)定、無(wú)線傳播環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的深度覆蓋場(chǎng)景，可應(yīng)用非容量型異型網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行覆蓋，包括一般住宅區(qū)、企事業(yè)辦公樓、工業(yè)園區(qū)等場(chǎng)景。這些場(chǎng)景往往需要2G/4G同時(shí)進(jìn)行覆蓋，一定時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)需求相對(duì)穩(wěn)定、變化不大，此時(shí)可采用數(shù)字光纖分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，以相對(duì)較低的成本達(dá)到較好的深度覆蓋效果。

（2）非容量型異型網(wǎng)實(shí)際案例

某多層小區(qū)共15棟7層居民樓，小區(qū)部分被周邊宏基站覆蓋，但存在2G/4G深度覆蓋不足的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)基站業(yè)務(wù)跟蹤，附近基站可承擔(dān)深度覆蓋業(yè)務(wù)。綜合以上情況，規(guī)劃采用500 mW的數(shù)字光纖分布系統(tǒng)利用周圍已有基站的信號(hào)對(duì)小區(qū)進(jìn)行深度覆蓋，這樣可在不引入過(guò)多基站信號(hào)的情況下既解決了深度覆蓋不足的問(wèn)題，又提升了周圍基站的業(yè)務(wù)量。將光分布系統(tǒng)設(shè)備以美化形式安裝在小區(qū)樓宇外墻，通過(guò)外打方式完成覆蓋，具體覆蓋目標(biāo)及設(shè)備安裝形式如圖3所示。其中，黃色區(qū)域?yàn)楸敬胃采w目標(biāo)，紅色為周圍基站。

在進(jìn)行覆蓋后經(jīng)過(guò)測(cè)試，數(shù)字光纖分布系統(tǒng)達(dá)到了覆蓋效果，并支持更好的用戶體驗(yàn)，LTE平均下載速率可達(dá)到62.47 Mb/s，體現(xiàn)了MIMO的優(yōu)越性，具體指標(biāo)如圖4所示。

非容量型異型網(wǎng)也具備MIMO能力，可提升用戶體驗(yàn)；多模非容量型異型網(wǎng)還具備異廠家的網(wǎng)絡(luò)支持能力，可靈活地選擇2G/4G信源，提升信源利用率；在提升用戶滿意度的同時(shí)一次布放了2張網(wǎng)絡(luò)，提升了網(wǎng)絡(luò)的冗余可靠性。

5 異型網(wǎng)其他優(yōu)勢(shì)

（1）網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)優(yōu)勢(shì)

5G已計(jì)劃在未來(lái)商用，目前5G擬采用的最高頻段為3.5 GHz，這個(gè)頻段的信號(hào)傳統(tǒng)分布系統(tǒng)已經(jīng)不能有效承載。由于異型網(wǎng)的整體架構(gòu)為有源設(shè)備，其中間傳輸部分為光信號(hào)，因此其對(duì)射頻信號(hào)頻段傳輸損耗不敏感，將來(lái)升級(jí)時(shí)可軟件升級(jí)或更換射頻模塊即可。此外，其發(fā)射功率的可控性也能更好地適應(yīng)將來(lái)5G高密度組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。因此，異型網(wǎng)能以更小的成本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

（2）低干擾高容量特性

圖3 某小區(qū)數(shù)字光纖分布系統(tǒng)覆蓋目標(biāo)及設(shè)備安裝形式

圖4 覆蓋測(cè)試指標(biāo)

異型網(wǎng)由于在應(yīng)用時(shí)可充分做到室內(nèi)外協(xié)同規(guī)劃，降低目標(biāo)覆蓋區(qū)域的小區(qū)及基站數(shù)量，從而減少由于技術(shù)限制造成的不必要小區(qū)劃分及切換設(shè)置，帶給用戶更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。此外，深度覆蓋場(chǎng)景的用戶大部分在TM1下，即使小區(qū)開(kāi)啟了多載波，也僅僅是提升了小區(qū)同時(shí)支持用戶的數(shù)量，但對(duì)于每用戶的最大使用速率并沒(méi)有改變。而異型網(wǎng)由于支持雙路MIMO，在不開(kāi)啟小區(qū)多載波或載波聚合功能下，可提升單個(gè)用戶的最大使用速率，充分利用LTE網(wǎng)絡(luò)提升小區(qū)吞吐性能及用戶感知。

（3）可監(jiān)控性

傳統(tǒng)深度覆蓋手段基本為搭建不可監(jiān)控的“啞資源”，喪失了對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)的“最后一公里”有效監(jiān)測(cè)。但由于異型網(wǎng)為有源設(shè)備，可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并定位，提升故障處理效率，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，保證良好的用戶體驗(yàn)。

6 結(jié)論

異型網(wǎng)由于其組網(wǎng)的靈活性、支持網(wǎng)絡(luò)的多樣性，可適應(yīng)深度覆蓋中VoLTE語(yǔ)音、高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。根據(jù)場(chǎng)景業(yè)務(wù)特點(diǎn)選擇滿足其要求的異型網(wǎng)進(jìn)行覆蓋，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求高且變化大的區(qū)域可優(yōu)先選擇容量型異型網(wǎng)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較低或穩(wěn)定的區(qū)域可優(yōu)先選擇非容量型異型網(wǎng)。此外，異型網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)、容量干擾和可監(jiān)控等方面也具備巨大的優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)行深度覆蓋建設(shè)時(shí)應(yīng)打破陳舊觀念，靈活運(yùn)用異型網(wǎng)，以達(dá)到更好的深度覆蓋效果。

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