基于4G/5G協(xié)同的高密重載場景網(wǎng)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(jīng)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(wǎng)絡的覆蓋質(zhì)量及容量要求極高。此外，該類場景又普遍存在著建筑結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)絡提出了新的挑戰(zhàn)。

本文通過對4G/5G 協(xié)同組網(wǎng)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(jié)合5G 組網(wǎng)科學性驗證對室內(nèi)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(wǎng)開展4G 全頻段組網(wǎng)科學性評估，最后結(jié)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(wǎng)絡規(guī)劃提供技術(shù)參考。

1 高密重載場景下的4G/5G協(xié)同網(wǎng)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(jié)構(gòu)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(wǎng)絡規(guī)劃考慮的主要因素

建筑結(jié)構(gòu)：高密重載場景下的建筑結(jié)構(gòu)較為復雜，需要全面摸清建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)，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(jié)合用戶感知的最低速率門限要求，評估相應不同建筑結(jié)構(gòu)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(guān)，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(wǎng)絡規(guī)劃時，要充分考慮到網(wǎng)絡的彈性，為高效利用網(wǎng)絡資源創(chuàng)造有利條件。此外，還可以為后期網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)方式，打造“宏站、微站、室分”相結(jié)合的多層網(wǎng)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(wǎng)絡，達到結(jié)構(gòu)、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(wǎng)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(wǎng)，5G 建設區(qū)域內(nèi)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(wǎng)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(diào)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(wǎng)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(jié)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(guān)聯(lián)，將密集重載場景下的4G/5G 協(xié)同網(wǎng)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(jié)構(gòu)、覆蓋、容量、成本協(xié)同最優(yōu)的解決方案。

第一步：現(xiàn)網(wǎng)摸排，現(xiàn)網(wǎng)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(wǎng)方式以及建筑結(jié)構(gòu)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(jié)果，結(jié)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(wǎng)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(chǎn)品選型。產(chǎn)品選型主要包括載波規(guī)劃、組網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)合建筑結(jié)構(gòu)、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(diào)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(zhì)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(wǎng)絡優(yōu)化。在施工完成之后，需要進行開站入網(wǎng)優(yōu)化、現(xiàn)場測試與優(yōu)化、以及結(jié)合性能、SEQ 等相應指標和參數(shù)進行全面的優(yōu)化調(diào)整，發(fā)揮設備的最大能力，實現(xiàn)網(wǎng)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(jié)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(jīng)驗總結(jié)。經(jīng)驗總結(jié)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(shù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)絡重新規(guī)劃調(diào)整。相應詳細情況如圖5 所示。

圖5 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡演進以及相應賦形天線測試等多維度考慮，擬定相應產(chǎn)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(wǎng)，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(nèi)，預埋pRRU（4.9 G）線纜及安裝位置；室內(nèi)分布式Massive MIMO：有效解決室內(nèi)5G 多小區(qū)干擾問題，可有效提升網(wǎng)絡容量和客戶速率。

3）4G 全頻段引入，四頻組網(wǎng)，提升容量。

第四步，基于設備選型結(jié)果，我們結(jié)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(cè)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(wǎng)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(wǎng)方案及賦型天線仿真SINR值變化

圖7 三組頻點交叉組網(wǎng)方案及賦型天線仿真覆蓋和SINR圖

經(jīng)過方案實施、網(wǎng)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(wǎng)絡性能均實現(xiàn)兩個領(lǐng)先（領(lǐng)先競對，領(lǐng)先其他核心高鐵樞紐車站）。其中，5G網(wǎng)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(wǎng)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(jié)果

從該車站的實施結(jié)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(jié)，形成相應總結(jié)文檔，可有效推廣相應經(jīng)驗，為類似場景的網(wǎng)絡規(guī)劃提供有價值的參考。

3 結(jié)論

高密重載場景的網(wǎng)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(wǎng)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(guān)鍵場景之一。與此同時，高密重載場景的網(wǎng)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(wǎng)絡規(guī)劃仍需要深挖潛能，科學規(guī)劃與實施，認真總結(jié)相應經(jīng)驗和亮點，方能實現(xiàn)口碑與效益的雙豐收。