肖平　徐瑜

為了解決當前校園無線網(wǎng)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(lián)多小區(qū)技術，提出一種基于鏈式小區(qū)的校園移動網(wǎng)絡解決方案。在分析傳統(tǒng)室內分布系統(tǒng)的不足的基礎上，通過對實際案例的覆蓋規(guī)劃、容量規(guī)劃，設計了符合案例場景的基于鏈式小區(qū)的室內分布系統(tǒng)組網(wǎng)方式，并通過分析覆蓋效果、指標情況，以及分析與傳統(tǒng)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(wǎng)絡的規(guī)劃、建設提供了思路。

校園無線網(wǎng)絡 室內分布系統(tǒng) 鏈式小區(qū) RSRP 傳輸資源

1 引言

校園屬于無線網(wǎng)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(shù)據(jù)資費較低，造成了校園內及周邊基站無線利用率、單小區(qū)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(guī)劃一張優(yōu)秀的校園移動網(wǎng)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(tǒng)解決方案

2.1 傳統(tǒng)室內分布系統(tǒng)介紹

校園區(qū)域有大量面積超過5000 m2的建筑，無線網(wǎng)絡用戶多、業(yè)務密度及無線資源消耗大。由于第四代通信網(wǎng)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(tǒng)是解決網(wǎng)絡覆蓋的必要手段。室內分布系統(tǒng)一般采用BBU+RRU的組網(wǎng)形式，BBU置于機房，RRU室于用戶側，RRU的射頻信號發(fā)射與接收通過饋線連接的天線完成。傳統(tǒng)的室內分布系統(tǒng)組網(wǎng)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(qū)，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(tǒng)室內分布系統(tǒng)的局限

（1）單小區(qū)最大在線用戶數(shù)

TD-LTE在線用戶數(shù)為保持RRC連接的用戶數(shù)，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(tài)，如需要進行數(shù)據(jù)傳輸，須重新發(fā)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(shù)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(shù)據(jù)傳輸。在TD-LTE系統(tǒng)的多用戶調度共享上下行業(yè)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(shù)據(jù)業(yè)務，理論上系統(tǒng)所支持的用戶數(shù)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(qū)可以支持的最大激活用戶數(shù)。中國移動通信集團的LSFT2（The Second Stage of Large Scale Field Test，大規(guī)模現(xiàn)場測試第二階段）提出單小區(qū)400個激活態(tài)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(fā)上網(wǎng)的需求。

（2）建設資源投入大

以單小區(qū)支持400并發(fā)用戶為標準，一個覆蓋場景的理論小區(qū)數(shù)Ncells為：

Ncells=Nsub/400 （1）

其中，Nsub為并發(fā)上網(wǎng)需求用戶數(shù)。

現(xiàn)有各廠商1臺BBU，光口數(shù)為6個，一個覆蓋場景的理論BBU需求數(shù)NBBU為：

NBBU=Ncells/6 （2）

傳統(tǒng)室分一個小區(qū)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(shù)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(fā)率，則有3276位用戶同時處于激活態(tài)。若建設傳統(tǒng)室分，綜合公式（1）、（2）、（3），則需要至少9個小區(qū)、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(fā)率的增加，可能會有更多的用戶同時處于激活態(tài)，則需要進行擴容，需要小區(qū)分裂。當增加至總數(shù)超過12個小區(qū)，傳統(tǒng)小區(qū)在增加RRU的同時需增加BBU，且每增加1個小區(qū)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(shù)情況無法完成光纜敷設及布放。

3 基于鏈式小區(qū)的室內分布系統(tǒng)

3.1 方案設計

將多臺RRU串接起來，1臺RRU配置為1個小區(qū)，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(qū)，且多個小區(qū)只需要2芯光纜資源，隨著用戶數(shù)增加，需要小區(qū)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(qū)技術，但不同制式、不同廠商網(wǎng)絡設備有所不同，需根據(jù)具體配置和參數(shù)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(wǎng)絡設備的網(wǎng)絡規(guī)劃進行討論。

（1）組網(wǎng)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(guī)劃三條鏈式小區(qū)，第一條鏈式小區(qū)為3個小區(qū)，分別為1棟北、4棟南、4棟北；第二條鏈式小區(qū)為4個小區(qū)，2棟南、2棟北、6棟南、6棟北；第三條鏈式小區(qū)為4個小區(qū)，8棟南、8棟北、10棟南、10棟北。

（2）覆蓋規(guī)劃

TD-LTE以RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率）值來衡量小區(qū)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(qū)覆蓋范圍大小。對于高校區(qū)域，要求TD-LTE覆蓋邊緣的RSRP大于-105 dBm。

根據(jù)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(xiàn)取值范圍為2320～2370 MHz（取2330 MHz）。

根據(jù)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(jù)大量測試數(shù)據(jù)分析，常見建筑體的衰落余量取值如表2所示：

根據(jù)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(qū)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(qū)組網(wǎng)規(guī)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(guī)劃

結合組網(wǎng)方式與覆蓋要求，該公寓設置11個小區(qū)，按公式（1）計算，可支持4400個處于激活態(tài)的并發(fā)用戶，大于3276的用戶需求數(shù)，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(qū)室分系統(tǒng)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(guī)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(qū)指標均在正常值范圍內，以鏈1第1小區(qū)為例，忙時KPI指標如圖6所示。

（2）與傳統(tǒng)室分對比分析

若采用傳統(tǒng)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(qū)分裂，需新增BBU或擴展板）；采用鏈式小區(qū)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(jù)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(qū)的室內分布系統(tǒng)，串接基站各個小區(qū)，在保證一定系統(tǒng)余量的前提下，可以規(guī)劃、建設出符合場景需求的高效校園移動網(wǎng)絡，最大程度節(jié)約光纜纖芯資源、設備投資，且降低了網(wǎng)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(qū)域應用并取得良好效果。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部. YD/T 5120-2005 無線通信系統(tǒng)室內覆蓋工程設計規(guī)范[S]. 2005.

[2] 中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部. YD/T 5213-2015 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)TD-LTE無線網(wǎng)工程設計暫行規(guī)定[S]. 2015.

[3] 肖寒春，宋海龍. TD-LTE室內分布系統(tǒng)建設研究[J]. 數(shù)字技術與應用， 2013（10）： 106.

[4] 肖清華，林棟. TD-LTE室內分布業(yè)務模型分析[J]. 移動通信， 2013，37（17）： 44-48.

[5] 肖清華. TD-LTE系統(tǒng)吞吐量能力定量分析[J]. 郵電設計技術， 2013（3）： 16-21.

[6] 元泉. LTE輕松進階[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2012.

[7] 陳宇恒，肖竹，王洪. LTE協(xié)議棧與信令分析[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2013.

[8] 汪丁鼎，景建新，肖清華，等. LTE FDD/EPC網(wǎng)絡規(guī)劃涉及與優(yōu)化[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[9] 張守國，張建國，李曙海，等. LTE網(wǎng)絡無線優(yōu)化實踐[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2014.

[10] 孫宇彤. LTE教程：原理和實現(xiàn)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2014.

[11] 孫宇彤. LTE教程：機制和流程[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2015. ★