一種基于鏈式小區的校園移動網絡解決方案

肖平　徐瑜

為了解決當前校園無線網絡的高負荷、傳輸資源不足、設備投資大、擴容困難等問題，運用新型的串聯多小區技術，提出一種基于鏈式小區的校園移動網絡解決方案。在分析傳統室內分布系統的不足的基礎上，通過對實際案例的覆蓋規劃、容量規劃，設計了符合案例場景的基于鏈式小區的室內分布系統組網方式，并通過分析覆蓋效果、指標情況，以及分析與傳統室分的投資大小、維護難易程度的比較，論證了該方案的可行性，為校園無線網絡的規劃、建設提供了思路。

校園無線網絡 室內分布系統 鏈式小區 RSRP 傳輸資源

1 引言

校園屬于無線網絡覆蓋中的人口密集型場景，由于當前4G市場策略的傾斜，語音、數據資費較低，造成了校園內及周邊基站無線利用率、單小區PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）利用率較高，相應的傳輸資源緊張，如何規劃一張優秀的校園移動網絡來解決以上矛盾，提升用戶感知，也是運營商需要研究的一大課題。

2 傳統解決方案

2.1 傳統室內分布系統介紹

校園區域有大量面積超過5000 m2的建筑，無線網絡用戶多、業務密度及無線資源消耗大。由于第四代通信網絡LTE普遍采用的頻段高，無線電波穿透封閉性好的大型建筑能力相對2G/3G時代的900 M、1800 M較弱，陰影效應明顯，建設室內分布系統是解決網絡覆蓋的必要手段。室內分布系統一般采用BBU+RRU的組網形式，BBU置于機房，RRU室于用戶側，RRU的射頻信號發射與接收通過饋線連接的天線完成。傳統的室內分布系統組網如圖1所示：

BBU每1個光口連接1個RRU，每個RRU為1個室分小區，BBU與RRU之間敷設配套光纜，BBU每個光口與RRU光口之間通過2芯光纜纖芯資源連接。

2.2 傳統室內分布系統的局限

（1）單小區最大在線用戶數

TD-LTE在線用戶數為保持RRC連接的用戶數，包括激活用戶（保持上行同步）和非激活用戶（不保持上行同步）。非激活用戶，處于上行失步狀態，如需要進行數據傳輸，須重新發起隨機接入過程，以建立上行同步；非激活用戶需要在eNodeB中保存UE上下文，但并不占用空口資源，決定最大非激活用戶數的主要因素是eNodeB的內存大小。激活用戶保持RRC連接和上行同步，可以在上下行共享信道進行數據傳輸。在TD-LTE系統的多用戶調度共享上下行業務信道傳輸模式下，對于不要求GBR（Guaranteed Bit Rate，保證比特速率）和延遲性能的數據業務，理論上系統所支持的用戶數目是不受限制的，但實際eNodeB在每個子幀中需要完成用戶調度、基帶處理的全部流程，要求調度、基帶處理的能力強、時延短，限制了小區可以支持的最大激活用戶數。中國移動通信集團的LSFT2（The Second Stage of Large Scale Field Test，大規模現場測試第二階段）提出單小區400個激活態用戶、1200個在線用戶的測試需求，即要求滿足同時提供400個用戶并發上網的需求。

（2）建設資源投入大

以單小區支持400并發用戶為標準，一個覆蓋場景的理論小區數Ncells為：

Ncells=Nsub/400 （1）

其中，Nsub為并發上網需求用戶數。

現有各廠商1臺BBU，光口數為6個，一個覆蓋場景的理論BBU需求數NBBU為：

NBBU=Ncells/6 （2）

傳統室分一個小區需要至少2芯光纜纖芯資源，一個覆蓋場景的理論纖芯需求數NFiber為：

NFiber=2Ncells （3）

以湘潭大學（簡稱“湘大”）琴湖學生公寓為例，該公寓有11棟樓宇，約5200位住戶，考慮90%的用戶滲透率、70%的并發率，則有3276位用戶同時處于激活態。若建設傳統室分，綜合公式（1）、（2）、（3），則需要至少9個小區、2個BBU、18芯光纜資源。

（3）后期擴容復雜

隨著住戶增加、用戶滲透率提高、并發率的增加，可能會有更多的用戶同時處于激活態，則需要進行擴容，需要小區分裂。當增加至總數超過12個小區，傳統小區在增加RRU的同時需增加BBU，且每增加1個小區需要增加2芯光纜資源。當前光纜資源屬于珍貴資源，施工、布放難度大，而高校通常不可采用明線敷設，需利用既有管道資源；但既有管道資源有限、容量有限，多數情況無法完成光纜敷設及布放。

3 基于鏈式小區的室內分布系統

3.1 方案設計

將多臺RRU串接起來，1臺RRU配置為1個小區，在BBU傳輸帶寬、處理能力允許的情況下，一個BBU光口可承載多個小區，且多個小區只需要2芯光纜資源，隨著用戶數增加，需要小區分裂，只要在原有光纜上新開接頭，利舊在用2芯纖資源插入新RRU即可，如圖2所示。

目前各設備供應商均已支持同鏈多小區技術，但不同制式、不同廠商網絡設備有所不同，需根據具體配置和參數微調方案。仍以湘潭大學琴湖學生公寓為例，針對實際采用的諾基亞TD-LTE網絡設備的網絡規劃進行討論。

（1）組網方式

為充分利舊原有資源，琴湖公寓采用原址GSM天饋合路的形式，原GSM為室外射燈天線。如圖3所示，規劃三條鏈式小區，第一條鏈式小區為3個小區，分別為1棟北、4棟南、4棟北；第二條鏈式小區為4個小區，2棟南、2棟北、6棟南、6棟北；第三條鏈式小區為4個小區，8棟南、8棟北、10棟南、10棟北。

（2）覆蓋規劃

TD-LTE以RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率）值來衡量小區的覆蓋能力。RSRP是一個表示接收信號強度的絕對值，在一定程度上可反映移動臺距離基站的遠近，度量小區覆蓋范圍大小。對于高校區域，要求TD-LTE覆蓋邊緣的RSRP大于-105 dBm。

根據電磁波自由空間傳播損耗公式，空間損耗Ls的計算方式如下：

Ls=20lg（F）+20lg（D）+32.4 （4）

上式中D為傳播距離，單位為km；F為電磁波頻率，單位為MHz，F取值范圍為2320～2370 MHz（取2330 MHz）。

根據公式（4）可計算出2330 MHz信號的可視空間傳播損耗，如表1所示：

總的路徑損耗L為：

L=Ls+M （5）

其中，Ls為空間損耗，M為衰落余量。

根據大量測試數據分析，常見建筑體的衰落余量取值如表2所示：

根據實際覆蓋場景采用公式（6）估算距天線最遠處的覆蓋邊緣區用戶接收點信號場強電平：

Pr=Pt+Ga-PL-M （6）

其中，Pr為接收點信號強度，Pt為天線口信號強度，Ga為天線的增益，PL為路徑損耗，M為隔墻損耗及衰落余量。

以最弱天線接口輸入信號強度-14 dBm為準，琴湖公寓室內最遠處距該天線為40 m，射燈天線的增益為14 dBi，信號最多穿越兩堵磚墻（實際有大量窗戶存在，信號衰減小于兩堵墻的陰影衰落），按式（6）計算該覆蓋邊緣場強為Pr=-102 dBm，大于-105 dBm。

由此可見，上述鏈式小區組網規劃信號強度可滿足琴湖公寓通信要求，符合設計初衷。

（3）容量規劃

結合組網方式與覆蓋要求，該公寓設置11個小區，按公式（1）計算，可支持4400個處于激活態的并發用戶，大于3276的用戶需求數，保有一定余量，符合設計要求。

3.2 實施效果評估

（1）覆蓋效果及指標情況

鏈式小區室分系統開通后，測試的覆蓋信號強度RSRP值在室外為-95 dBm～-70 dBm，室內-105 dBm～-85 dBm，在規劃設計門限值內，室外/室內RSRP強度測試如圖4、圖5所示：

日忙時、夜忙時各小區指標均在正常值范圍內，以鏈1第1小區為例，忙時KPI指標如圖6所示。

（2）與傳統室分對比分析

若采用傳統室內分布，想要達到同樣的覆蓋效果與容量，湘潭大學琴湖公寓需要22芯光纜資源，諾基亞TD-LTE設備至少需要兩臺BBU（與設備廠家BBU能力有關，諾基亞TD-LTE設備若后期進行小區分裂，需新增BBU或擴展板）；采用鏈式小區只占用6芯傳輸資源，兩臺BBU。具體投資對比分析如表3所示：

4 結束語

根據校園內樓宇和用戶的實際分布，結合文中總結的覆蓋、容量分析及計算方法，靈活應用基于鏈式小區的室內分布系統，串接基站各個小區，在保證一定系統余量的前提下，可以規劃、建設出符合場景需求的高效校園移動網絡，最大程度節約光纜纖芯資源、設備投資，且降低了網絡復雜度，便于后期硬件擴容及維護，提高了資源利用率及投資回報率。本方案已在多所高校區域應用并取得良好效果。

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