大型體育場館5G網絡規劃設計研究

田彥豪，畢 猛，侯彥莊，吳 迪（中國鐵塔股份有限公司5G技術創新中心，河南鄭州 450000）

0 引言

隨著5G網絡的快速建設和行業應用的逐步普及，大型體育場館場景的5G 網絡規劃設計和建設需求也越來越突出，5G 網絡的獨特特點，使其面臨許多新的挑戰，亟需針對該重點場景的規劃設計方法進行分析研究，制定對應方案。

1 5G網絡規劃設計面臨的挑戰

大型體育場館在2G∕3G∕4G 時代主要面臨容量需求高和干擾控制難兩大難題。在5G 時代將面臨更多新的挑戰。以中國移動為例，主要面臨如下4 個方面的挑戰。

a）4G∕5G 容量協同要求高。中國移動有2 515～2 675 MHz 共160 MHz 的2.6 GHz 頻譜，既可用于4G，也可用于5G。針對大型體育場館這種高容量場景，既要保障4G 的容量，又要保障5G 的業務需求。160 MHz的頻率帶寬在4G 和5G 如何分配，直接影響頻率規劃和小區劃分，在4G∕5G容量的協同設計方面尤為重要。

b）新增4G 錨點站和5G 站的協同規劃。在非獨立組網（NSA）結構下，5G 的信令服務需要4G 錨點站提供，5G 基站要和4G 錨點站協同配合規劃，使5G 用戶在4G 錨點站易進難出，確保5G 用戶在5G 網絡的駐留。

c）同頻干擾控制難度大。移動網絡在4G 階段采用室內外異頻組網方案，但在5G階段采用室內外同頻組網，在5G方案設計時需要考慮做好物理隔離和覆蓋控制，降低場館內外部的同頻干擾。

d）垂直行業應用業務需求高。5G 網絡面對的不僅僅是普通個人客戶，面對的行業應用也越來越多，如4K 電視直播等，5G 網絡的規劃開始從基于網絡指標的設計向基于業務的設計轉變。

2 5G規劃設計應對方案

結合鄭州奧體中心體育場的5G 網絡規劃設計過程，研究總結具體的應對方案。鄭州奧體中心為2019年舉行的第十一屆全國少數民族傳統體育運動會的主辦場地，設體育場1 座，可容納觀眾50 000 人，是河南省單體建筑面積最大的公建項目。

2.1 總體規劃設計思路

體育場的規劃設計需考慮場館周邊主干道、場館進出區域及場館內部各功能區等不同區域的差異性覆蓋，總體設計思路為：主干道宏站覆蓋，場館進出區域微站吸熱，場館不同功能區采用無源室分和有源室分相結合的覆蓋方式。

宏站和微站的5G 規劃設計方法和4G 基本一致，下面主要就場館的5G網絡規劃設計方案進行介紹。

2.2 5G覆蓋規劃

綜合4G 和5G 的信源導頻功率、2.6 GHz 與2.3 GHz 頻段在饋線和無源器件插損差異、2.6 GHz 與2.3 GHz 頻段空間傳播損耗和穿透損耗差異等因素，在典型室分場景下，通過鏈路預算分析，2.6 GHz 頻段的5G覆蓋電平和2.3 GHz 頻段的4G 覆蓋電平差值在1 dB以內，具體計算過程如表1所示。

表1 2.6 GHz的5G和2.3 GHz的4G覆蓋電平差異計算表

在覆蓋規劃設計時，2.6 GHz 頻段的5G 點位按照傳統的2.3 GHz的4G進行規劃即可滿足5G覆蓋要求。

2.3 4G/5G容量協同規劃

體育場可容納觀眾50 000 人，按照中國移動用戶的滲透率70%，中國移動4G用戶滲透率為100%，保證單用戶下行速率1.5 Mbit∕s（高清視頻）和上行速率200 kbit∕s（即時通信）的業務體驗速率的情況下，預計需要168 個4G 小區才滿足移動4G 用戶接入需求；5G 網絡仍處在初期用戶發展階段，容量暫不存在瓶頸，重點保障5G用戶體驗質量。

結合體育場的3 層看臺結構，體育場1 層設計40個扇區、2 層設計30 個扇區、3 層設計22 個扇區，每個扇區規劃2 個4G 小區的雙載波，看臺區域共規劃4G小區數為（40+30+22）×2=184個，可滿足容量需求。中央草坪區域共規劃8 個扇區，16 個4G 小區，作為中間草坪有觀眾的演唱會等場景備用。

為保障容量均衡，將E1 20 MHz、E2 20 MHz、D3 20 MHz、FDD 1800 15 MHz 終端滲透率較高且帶寬較大的頻點作為主用頻點；D7 20 MHz、D8 20 MHz 終端滲透率偏低，E3 10 MHz、FDD 1800 10 MHz 帶寬較小，作為容量補充頻點。5G開通100 MHz帶寬小區。

根據以上分析，對4G∕5G的頻率規劃如表2所示。

表2 體育場頻率規劃表

隨著用戶業務特征的變化，可將中國移動2.6 GHz的160 MHz 頻率帶寬根據4G 和5G 的負荷靈活調整。比如在4G單用戶需求速率較高時，可將非關鍵區域的5G 小區帶寬由100 MHz 調整至60 MHz，4G 小區進行2.6 GHz 頻段擴容。另外，900 MHz 頻段也可用于FDD進行容量補充。

表3為擴容后的頻率規劃表，在1層看臺和2層看臺擴容2.6 GHz 頻段和FDD 900 MHz 的4G 小區，共增加60個4G小區。

表3 體育場4G網絡擴容后頻率規劃表

中國移動主要頻段對應的頻率如圖1所示。

圖1 中國移動主要頻段對應頻率圖

2.4 4G錨點和5G協同規劃

在NSA 組網場景下，一旦NSA 用戶接入非4G 錨點站，將導致無法添加NR（New Radio）輔載波，從而無法享有5G 業務。考慮到5G 終端對4G 錨點頻點的支持度、FDD 1 800 MHz 系統的大容量優勢及網絡維護復雜度等因素，目前中國移動以FDD 1 800 MHz 系統的4G 站點做錨點為主。FDD 1 800 MHz 的4G 錨點站和5G的協同規劃設計非常重要。

4G 錨點站的負荷過載也會影響5G 用戶的感知，在進行4G 業務均衡過程中，優先保障4G 錨點站的負荷不過載。

在空閑態，4G 錨點站和非錨點站通過專用小區重選優先級，來確保5G 終端能夠準確、穩定地駐留在4G錨點站上。在連接態，為讓5G 終端盡量保持在4G 錨點站，在4G錨點站和非錨點站對切換策略進行差異化設置，4G 錨點站側切換主要采用A2+A4 事件（用于4G 錨點站切向于非錨點站），同時設置較低的A2事件的觸發門限（如-105 dBm），難以啟動異頻∕異系統的測量，確保5G終端在4G錨點站信號較好時，較難觸發到非錨點站的切換；非錨點站側主要采用A1+A4 事件（用于非錨點站向4G錨點站之間），采用基于頻率優先級的切換，設置較低的A1 事件的觸發門限（如-110 dBm），易于啟動對錨點頻點的異頻測量，確保5G 終端在非錨點站進行業務時，較易觸發向4G 錨點站的切換。

2.5 干擾控制設計

在干擾控制方面從硬隔離和軟隔離2個維度來考慮規劃設計，硬隔離主要是利用建筑物結構進行同頻干擾的隔離，軟隔離主要是通過異頻交叉、天線合理選型精準覆蓋來進行干擾控制。

a）奧體中心體育場南北2 個區域都是非封閉結構，需協同考慮周邊宏站和微站的站址，避免宏站和微站的主瓣方向正對體育場的出入口，規避5G的室內外同頻干擾。

b）現階段5G 用戶相對4G 用戶較少，但5G 只能采取同頻組網。在對體育場看臺的頻率進行規劃時，4G 采用層間頻率交叉、同層A∕B 頻率交替的組網方式降低同頻干擾。5G 扇區部署密度在4G 的基礎上減半，加大物理隔離，降低同頻組網帶來的干擾（見圖2）。

圖2 體育場結構及4G∕5G扇區劃分示意圖

c）大型體育場館天線選型的重點是看臺區域天線的選型，其直接影響扇區覆蓋范圍和干擾分布。依據運營商的用戶量、滲透率、感知速率計算出來扇區覆蓋的用戶數，根據場館現場的座位密度和座位分布確定扇區需要覆蓋的長度和寬度。通過扇區邊界和天線可安裝位置，確定需要天線的波瓣角（3 dB 波瓣）。

如圖3 所示，以2 層看臺的天線選型為例，計算過程如下：天線所處的馬道距離看臺掛高約22 m，天線安裝點位垂直于覆蓋區域中線點，每個天線覆蓋范圍為22 m×22 m，所需天線水平波瓣角計算方法：DEGREES｛ATAN［（水平覆蓋寬度a∕2）∕天線到座位的垂直距離b］｝×2=DEGREES｛ATAN［（22∕2）∕22］｝×2=53.2°。同樣的方法計算垂直波瓣角也為53.2°。

根據天線廠家提供的天線信息，優選天線水平和垂直波瓣角接近53.2°的天線。

2.6 行業應用保障

考慮到各垂直行業對5G網絡的需求，在規劃設計階段，需向物業方、主辦方收集垂直行業的業務訴求，進行場景化的網絡設計。表4 為5G 典型行業應用對應的業務指標需求表。

表4 5G典型行業應用對應的業務指標需求表

大型體育場館涉及的行業應用主要為eMBB 業務，如電視直播、視頻回傳、VR 直播、5G 安防等。針對大型體育場館的行業應用，移動無線網絡保障的方法主要有：

a）行業應用區域設置獨立5G小區。

b）開通SA（StandAlone）網絡提升上行速率。

c）移動160 MHz 全帶寬CA（Carrier Aggregation）小區。

d）4.9 GHz頻段小區擴容等。

在本次體育場的行業應用保障中，涉及的5G行業應用及5G無線網規劃設計方案如下。

a）記者在全媒體指揮中心通過5G 網絡傳輸現場的新聞素材。5G 規劃設計方案：全媒體指揮中心單獨分裂一個5G室分小區。

b）位于體育場北側的5G 公交車現場直播高清電視，乘客免費體驗5G 速率；位于體育場東北的公安視頻監控攝像頭采集的高清視頻通過5G回傳到監控室。5G規劃設計方案：2個業務區各獨立規劃一個5G宏站小區。

針對安全隔離和時延要求高的行業應用需聯合核心網、承載網可采用網絡切片、移動邊緣計算等方案進行業務保障，具體保障手段需結合網絡結構和行業應用需求進行合理選擇。

3 結束語

大型體育場館的5G網絡規劃設計相比4G有很大的不同，本文結合5G 規劃設計的挑戰分析，給出了對應的解決方案，供類似場景的方案規劃設計參考。