皮基站深度覆蓋應用*

程奎淋，王原廣，韓 飛，曾品英

（中國電信股份有限公司四川分公司，四川 成都 610015）

0 引 言

4G網絡成熟穩定運行，為用戶提供了良好的通信服務。但是，隨著業務的發展，用戶對深度覆蓋提出了更高要求。目前，深度覆蓋主要采用室內分布解決，但受物業協調、配套建設等多方面制約，實施難度不斷加大。皮基站微形化、低功率，采用IP寬帶回傳，基本無需物業協調和配套工程建設，部署快、成本低，是4G網絡末梢解決深度覆蓋的有效補充手段[1]。為更好地應用LTE皮基站，進一步提升4G網絡深度覆蓋水平，特開展皮基站深度覆蓋應用研究。

1 組網架構

1.1 系統網元

皮基站系統主要網元包括皮基站、皮基站網關、皮基站網管、AAA服務器、時鐘服務器以及初始化服務器等。各網元主要功能如下。

（1）皮基站主要具備無線資源管理、移動性管理、物理層處理、收發機功能和設備狀態監控等功能，支持通過皮基站網管進行遠程軟件版本升級，參數配置/查詢，狀態監控/查詢，故障管理，支持將相關信息上報給皮基站網管。

（2）皮基站網關包括安全網關和信令網關兩個網元。安全網關主要負責皮基站建立安全隧道和鑒權，實現與皮基站之間的雙向認證，同時完成數據業務的匯聚、轉發；信令網關實現信令的匯聚、轉發功能。

（3）皮基站網管負責皮基站參數配置、性能管理、告警管理以及軟件升級等，各廠家皮基站設備具備支持統一網管的能力。

（4）AAA服務器負責皮基站設備認證等。

（5）時鐘服務器負責皮基站提供網絡時鐘同步信息。

（6）初始化服務器的基本功能是將皮基站設備網管IP地址、安全網關IP地址（信令網關IP地址由皮站網管下發）、AAA證書服務器IP地址通過信息交互發送給皮基站。

1.2 網絡架構

皮基站應用主要有兩種組網架構。第一種是皮基站通過網關接入EPC，由網關統一進行業務和信令的匯聚和轉發。采取這種架構基站傳輸主要采用PON接入方式。皮基站也可不經過網關直接接入核心網，這種架構基站傳輸主要采用IPRAN接入，也可先通過PON接入，再轉接到IPRAN匯入核心網。第二種組網方式與現網宏站接入架構相同。

為簡化皮基站部署，方便維護管理，實際應用中，皮基站主要采用第一種架構，即采取PON+網關方式接入網絡，充分發揮寬帶接入部署快、成本低等優點，如圖1和圖2所示。

圖1 皮基站PON+網關接入示意

圖2 皮基站PON+網關接入結構

1.3 皮基站產品

皮基站是一種小型化、低功率、低功耗微蜂窩基站，典型設備形態可分為企業級2×125 mW和家庭級2×50 mW，支持2.1 GHz/1.8 GHz/800 MHz等多種頻段，如圖3所示。

圖3 皮基站

家庭級產品支持至少8個激活態用戶和24個RRC連接態用戶；企業級產品支持至少32個業務并發用戶和96個RRC連接態用戶。

2 應用場景

2.1 覆蓋能力

無線電波傳播會產生傳播損耗，經過不同墻體或建筑物，不同頻段無線傳播信號損耗也不相同[2]，具體如表1所示。

表1 典型穿透損耗

通過鏈路預算和實際測試，2.1 GHz頻段皮基站典型覆蓋半徑在20～50 m。家庭級皮基站主要適用200 m2以內的場景，企業級皮基站主要適用200～600 m2的場景。800 MHz頻段皮基站覆蓋能力基本為2.1 GHz皮基站的2倍。

2.1.1 成都某住宅小區地下停車場覆蓋測試

某住宅小區地下停車場面積超2×104m2，如圖4所示。為了滿足客戶對停車場電梯和出入口等重點部位的覆蓋需求，試點安裝一個2.1 GHz企業級皮基站，驗證局部區域信號的覆蓋情況。

圖4 某住宅小區地下停車場

如圖5所示，根據實測，以RSRP達到-110 dBm為要求，覆蓋距離可達45 m左右。停車場相對封閉，信號純凈，SINR較好。

2.1.2 成都某寫字樓地下停車場覆蓋測試

寫字樓地下停車場共兩層，單層面積約1 000 m2，在地下一層中間部位安裝一個800 MHz皮基站，如圖6所示。

如圖7所示，從實際測試看，單個皮基站即可滿足該地下兩層停車場的基本覆蓋需求。

圖5 某住宅小區2.1 GHz覆蓋測試

圖6 某寫字樓地下停車場

圖7 寫字樓地下停車場800 MHz覆蓋測試

2.2 應用定位

LTE皮基站主要定位局部小區域、低容量需求區域覆蓋補盲，需要避免產生高容量負荷問題[3]。

優先在封閉或半封閉場所使用，優先采用2.1 GHz相對較高頻段的設備，降低設備插花組網對大網的影響和干擾，具體如表2所示。

如圖8所示，皮基站設備主要部署于室內。根據場景封閉特征，室內場景可進一步細分為：大型開間場景，如商場、賣場以及停車場等；隔間場景，如公寓宿舍、酒店等；開間隔間混合場景，如辦公區等。

不同場景業務應用與業務特性各不相同。例如：小型賣場類，業務容量需求一般；酒店類場景，業務穩定且有一定容量需求；停車場類，滿足薄覆蓋即可，容量需求不高。皮基站主要應用于中低容量覆蓋類場景的深度覆蓋需求，如表3所示。

為了達到更好的覆蓋效果，皮基站安裝位置應根據實際布放，盡量置于開闊處，靠近使用客戶，如表4所示。

表2 皮基站覆蓋應用場景分類

圖8 皮基站深度覆蓋典型應用場景

表3 皮基站典型頻段應用

表4 皮基站布放典型位置

2.3 深度覆蓋解決方案對比

對比不同深度覆蓋解決方案，基站主要應用于覆蓋面積小、容量要求低的孤點場景[4]，對比情況如表5所示。

表5 不同深度覆蓋解決方案對比

2.4 典型場景應用舉例

2.4.1 VIP家庭

場景特點：用戶數量少，對網絡質量十分敏感，話務量和業務數據量大，要求有穩定的信號覆蓋質量和較快的數據傳輸速率，覆蓋面積100～200 m2，有一定宏站或室分信號覆蓋，但需要補強加深。

覆蓋方案：建議選用1 800/2 100 MHz頻段家庭級皮基站，單臺設備自帶全向天線覆蓋半徑約10 m，合理安排放裝位置，可確保各房間覆蓋場強和信號質量，可就近使用家用寬帶回傳核心網，開通簡便快速。

2.4.2 臨街中小型商鋪

場景特點：覆蓋區用戶流動性大，平均流量不高，重點滿足移動支付業務需求。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小和人流量，選擇1 800/2 100 MHz頻段企業級皮基站，單臺設備自帶全向天線覆蓋半徑約10～15 m，與附近宏站/室分站配置切換關系后，可實現同頻、異頻S1接口切換及重選，保證用戶體驗順暢，建議吊頂倒立安裝，就近使用寬帶回傳。

2.4.3 中小型辦公室/會議室

場景特點：開放式或少隔斷的辦公室，用戶容量一般，對信號穩定性要求高，平均流量適中。

覆蓋方案：建議選用1 800/2 100 MHz頻段企業級皮基站，建議吊頂倒立安裝或掛墻安裝。

2.4.4 智能抄表系統

場景特點：電表、水表、氣表等多集中安裝于寫字樓/住宅地下室或一樓強電機房/水房內，只需網絡業務且流量小，要求在有限范圍內覆蓋。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積和數據大小，選用800 MHz頻段家庭級/企業級皮基站，配置5 MHz帶寬FDD～LTE即可滿足流量需求；800 MHz頻段穿透、繞射效果好，適合大面積覆蓋，建議使用寬帶回傳，開通便捷，便于物業維護。

2.4.5 營業廳

場景特點：覆蓋區用戶流動性大，峰值流量大，代表網絡形象。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小和人流量，選擇1 800/2 100 MHz頻段企業級皮基站，保證用戶體驗順暢，建議吊頂倒立安裝，可就近使用寬帶回傳。

2.4.6 地下停車場

場景特點：停車場面積空曠，用戶數和峰值流量都不大，滿足基本覆蓋即可，重點滿足停車費支付應用。

覆蓋方案：考慮覆蓋面積大小，選用800 MHz頻段企業級皮基站，配置5 MHz帶寬FDD～LTE即可滿足流量需求；800 MHz頻段穿透、繞射效果好，適合大面積覆蓋，使用寬帶回傳，開通便捷，便于物業維護。

3 基站開通

3.1 與核心網和網關對接配置

皮基站不經過網關直接接入EPC的開通方式與傳統宏站一樣，與MME直接對接，配置主要包括MME負載均衡、IPSEC開關以及MME地址等參數。

皮基站采取PON+網關接入EPC時，無需配置MME地址，直接與網關對接成功即可，主要進行網關對接配置，包括鑒權、安全網關、信令網關、基站時鐘運行模式以及網管地址等參數。

3.2 傳輸配置

皮基站直接接入EPC時，傳輸配置方式與傳統宏站一樣，主要由IPRAN承載。

皮基站采取PON+網關架構時，皮基站需要與網關互通，傳輸主要由PON承載，需指定H端口。

傳輸網絡質量直接影響基站運行和用戶體驗，傳輸網絡質量指標包括時延、丟包率、網絡抖動和帶寬等，站點開通前必須對傳輸網絡進行測試。

如表6所示，不同業務對網絡指標要求也有差異，VoLTE業務要求端到端時延小于等于100 ms，丟包率小于等于10-6；如果需要滿足所有業務，端到端時延小于等于50 ms（實時游戲），丟包率小于等于10-6。

表6 皮基站傳輸網絡性能要求

3.3 基站配置

基站配置主要包括PLMNID、RF狀態、頻點、帶寬、TAC、eNodeB ID、Cell ID、PhyCellId（PCI）以及功率參數等。

皮基站不通過網關直接接入EPC時，TAC、eNodeB ID和Cell ID參數需與大網宏站規劃一致。

采取PON+網關架構時，因網關尋呼容量問題，皮基站TAC必須單獨規劃，不能與大網宏站相同。如果皮基站與大網宏站采用相同TAC，則相同TAC下所有基站（宏站與皮基站）的尋呼均會通過皮基站網關，可能會導致網關處理停頓而影響業務。采取PON+網關架構時，皮基站TAC與大網宏站TAC屬于插花配置，要求皮基站主要應用于相對封閉的覆蓋場景，盡量減少與大網的頻繁切換，以避免影響網絡質量。

皮基站TAC、eNodeB ID和Cell ID規劃原則如下。

（1）采用PON+網關架構的皮基站，TAC和eNodeB ID單獨規劃，與大網不同，如圖9所示。直接接入EPC架構的皮基站TAC和eNodeB ID規劃應與大網一致。

圖9 皮基站TAC規劃

（2）皮基站TAC與特服分區對應，應嚴格按照規劃實施。

（3）建議單TAC不超過500個皮基站。

（4）為節約使用eNodeB ID碼號資源，地理位置接近的多個皮基站原則上應規劃相同的eNodeB ID，通過不同的CELL ID予以彼此區分。為方便管理，CellID分配1～15共計15個，即單個eNodeBID可供15個皮基站共同使用，如圖10所示。

（5）單個eNodeB ID碼只能歸屬于1個TAC，禁止跨TAC進行CELL ID規劃，如圖11所示。

4 網絡優化

4.1 鄰區配置

皮基站可開啟SON功能，自動添加鄰區。

皮基站主要采用S1切換，比較適合于對切換要求不高的單點覆蓋場景。對連續覆蓋要求高、切換頻繁的場景，不建議部署皮基站。

4.2 重選和切換

皮基站重點應用于深度覆蓋問題解決，用戶駐留和切換策略建議采用皮基站優先原則，如表7所示。

圖10 皮基站CellID規劃

圖11 皮基站TAC和CellID規劃要求

表7 皮基站典型重選和切換優化

基站開通并完成參數設置后，現場應及時測試驗證，驗證手機駐留、數據業務和VoLTE業務功能是否正常，測試終端重選和切換性能是否正常，確保網絡質量滿足客戶需求，如圖12所示。

圖12 皮基站切換測試

5 網絡質量要求

皮基站主要應用于容量要求不高的局部單點弱覆蓋場景，實際應用中需要做好現場查勘和分析，確保方案設計合理。

基站開通后需要及時測試，確保質量指標達標，滿足用戶良好的業務體驗[5]。

皮基站質量指標要求，如表8所示。

表8 皮基站質量指標要求

皮基站網管可以開展基站告警監控，也可提取接通率、掉話率、流量以及RRC用戶連接數等關鍵性能指標，方便網絡質量分析和優化。

6 試點應用

成都某辦公區因周邊基站站址難協調，室內屬于信號盲區，客戶反映強烈，嚴重影響用戶辦公和業務聯系。辦公區質量指標，如表9所示。

表9 某辦公區質量指標

經現場查勘分析，它基本屬于無線信號盲區，辦公區有隔斷和過道，客戶容量要求一般，皮基站可滿足信號覆蓋距離。

基站開通后現場測試，信號質量滿足客戶需要，業務功能和網絡切換正常。

辦公區皮基站應用效果對比情況，如圖13所示。

圖13 辦公區皮基站應用效果對比

7 結 語

皮基站充分利用固定光纖寬帶接入方式，安裝簡單，寬帶裝維人員或基站代維人員均可勝任基站安裝和開通工作，只需做好流程管控、參數規劃和性能質量管理等工作，即可以低成本建設方式有效提升深度覆蓋質量。皮基站深度覆蓋解決方案應用，有效提升典型場景無線網深度覆蓋質量，有較強實踐性和操作性，可根據場景實際推廣應用。