王 新 宋 峻 張國(guó)光 湯浩然

中國(guó)聯(lián)通江蘇省南京分公司

0 研究背景

無(wú)人機(jī)燈光表演為2019年青奧藝術(shù)燈會(huì)最大亮點(diǎn)，600架無(wú)人機(jī)騰空而起，五彩的燈光秀展示了南京長(zhǎng)江大橋、莫愁女、雙子樓、古城墻等南京標(biāo)志性符號(hào)，為南京市民和外地游客奉上一場(chǎng)視覺盛宴。此次無(wú)人機(jī)燈光秀由南京聯(lián)通獨(dú)家提供網(wǎng)絡(luò)資源，為有效保障本次活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且能最大化地節(jié)省成本，需在保障過(guò)程中應(yīng)用新手段、新技術(shù)。

1 保障過(guò)程

1.1 保障面臨的挑戰(zhàn)

保障主要面臨以下三個(gè)方面的挑戰(zhàn)：

（1）高并發(fā)：600架無(wú)人機(jī)同時(shí)升空并進(jìn)行動(dòng)作變換、燈光變化等一系列指令，業(yè)務(wù)并發(fā)率達(dá)100%；青奧眼景點(diǎn)游客眾多，且有大量聯(lián)通用戶觀看燈光秀，加劇了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

（2）高干擾：無(wú)人機(jī)表演高度達(dá)100米以上，高空信號(hào)雜亂，質(zhì)量差；青奧眼周邊站點(diǎn)密集，同頻干擾大；青奧眼周邊樓宇密集，無(wú)線環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋高。

（3）低時(shí)延：無(wú)人機(jī)動(dòng)作要求整齊劃一，對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延要求較高，要求同步誤差低于10ms；觀眾觀看燈光秀時(shí)進(jìn)行圖片發(fā)送、視頻直播等網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，要保證感知流暢，網(wǎng)絡(luò)零卡頓。

1.2 保障優(yōu)化思路

為應(yīng)對(duì)燈光秀帶來(lái)的挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)從業(yè)務(wù)高并發(fā)、質(zhì)量高干擾、感知低時(shí)延等方面針對(duì)性地提升優(yōu)化區(qū)域內(nèi)的4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量和質(zhì)量，以確保燈光秀期間4G網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。

1.2.1 利用RF優(yōu)化解決下行重疊覆蓋

如圖1所示，用戶1和用戶2都位于小區(qū)A、B的邊緣交界區(qū)域，且同時(shí)使用相同的頻段。用戶1正在接收基站A為其發(fā)送的下行有用數(shù)據(jù)，由于基站B也正在用相同的頻段為用戶2發(fā)送下行數(shù)據(jù)，因此基站B此時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)就成為了用戶1的下行干擾。可通過(guò)RF優(yōu)化手段控制覆蓋，嚴(yán)格控制人流密集區(qū)主控小區(qū)的覆蓋范圍，規(guī)避重疊覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，優(yōu)化速傳時(shí)延，改善用戶感知。

圖1 RF優(yōu)化方案示意圖

1.2.2 利用異頻組網(wǎng)解決高并發(fā)業(yè)務(wù)

如圖2所示，多用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)時(shí)，并發(fā)情況高，相互間產(chǎn)生的干擾也更大，造成PRB（Physical Resource Block，物理資源塊）利用率高，影響小區(qū)下所有用戶感知。就解決方案來(lái)說(shuō)，可以利用異頻組網(wǎng)分擔(dān)用戶。多載波組網(wǎng)分流密集區(qū)主控小區(qū)的用戶承載，規(guī)避因用戶數(shù)集中造成的互相干擾，提升網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)，改善用戶感知。

圖2 異頻組網(wǎng)解決高并發(fā)示意圖

1.2.3 利用小區(qū)間協(xié)調(diào)干擾技術(shù)解決高干擾

ICIC（Inter-Cell Interference Coordination小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)）是解決同頻組網(wǎng)時(shí)，小區(qū)間干擾問(wèn)題的技術(shù)。概括來(lái)說(shuō)是一種根據(jù)LTE各小區(qū)無(wú)線資源（PRB的時(shí)域資源、頻域資源、功率資源）的使用情況及小區(qū)邊緣的負(fù)荷情況，協(xié)調(diào)分配本小區(qū)與鄰區(qū)的時(shí)頻資源并控制信號(hào)發(fā)射功率的技術(shù)。ICIC能夠有效地規(guī)避、降低小區(qū)間存在的同頻干擾問(wèn)題，提高小區(qū)邊緣速率、覆蓋及信噪比。

ICIC主要使用軟頻率復(fù)用技術(shù)（SFR）來(lái)解決小區(qū)邊緣的干擾問(wèn)題。SFR核心的思想是將頻率復(fù)用和功率控制相結(jié)合，小區(qū)中心的用戶可以使用全部的頻帶資源，但是要對(duì)其功率加以控制；小區(qū)邊緣的用戶可以全功率使用全部的頻譜資源。

如圖3所示，用戶A1和E1在小區(qū)的邊緣交界區(qū)域，為避開干擾，基站A為UEA1分配f3頻率，基站B為UEB1分配f2頻率。由于小區(qū)邊緣距離小區(qū)中心較遠(yuǎn)，基站為UEA1和UEB1提供較高的發(fā)射功率；而UEB3位于基站B的小區(qū)中心，基站B為UEB3分配和UEA1一樣的頻率f3，只要基站B將f3頻率的發(fā)射功率低于一個(gè)閾值，就不會(huì)產(chǎn)生同頻干擾。此外，由于小區(qū)與小區(qū)中心之間的距離一般都比較遠(yuǎn)，處于各自小區(qū)中心的UEA2和UEB2也可以使用基站低功率發(fā)射的相同f1頻率，而不必?fù)?dān)心小區(qū)之間形成干擾。

圖3 軟頻率復(fù)用技術(shù)方案示意圖

1.2.4 專網(wǎng)承載解決容量問(wèn)題

只讓無(wú)人機(jī)承載在專網(wǎng)小區(qū)，其它觀眾用戶不能接入專網(wǎng)小區(qū)，但無(wú)人機(jī)能接入觀眾接入的小區(qū)，從而保證了飛行過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，避免由于現(xiàn)場(chǎng)觀眾突發(fā)占用無(wú)線資源造成無(wú)人機(jī)無(wú)資源可用。

1.3 優(yōu)化方案

優(yōu)化方案主要有以下幾個(gè)方面：

（1）容量?jī)?yōu)化:如圖4所示，鐵塔金沙江西街C扇區(qū)擴(kuò)容L2100小區(qū)，作為專用扇區(qū)覆蓋200米高空域，同時(shí)對(duì)鐵塔金沙江西街A/C扇區(qū)以及鐵塔城南水泥廠北綠化帶A扇區(qū)擴(kuò)容L180020+10M多載波，增加網(wǎng)絡(luò)容量。

圖4 覆蓋空中區(qū)域硬件擴(kuò)容示意圖

（2）專網(wǎng)承載:協(xié)調(diào)核心網(wǎng)，部署專用TAC位置區(qū)，并將600架無(wú)人機(jī)SIM信息配置于專屬TAC，設(shè)置普通用戶禁止接入。

（3）參數(shù)優(yōu)化:針對(duì)青奧眼周邊5個(gè)干擾小區(qū)，進(jìn)行功率參數(shù)優(yōu)化，合理控制范圍，收縮覆蓋范圍，減小對(duì)主控小區(qū)的干擾；針對(duì)3個(gè)服務(wù)小區(qū)，適當(dāng)提升功率，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)空域的信號(hào)強(qiáng)度，提升無(wú)線質(zhì)量。

（4）射頻優(yōu)化:調(diào)整金沙江西街A/B/C小區(qū)，控制覆蓋范圍并加強(qiáng)燈光秀區(qū)域覆蓋；調(diào)整果園路一期LDA/B小區(qū)、江心洲小學(xué)B小區(qū)、青奧能源中心A/C小區(qū)，減少重疊覆蓋，提升質(zhì)量；優(yōu)化調(diào)整后區(qū)域內(nèi)重疊覆蓋率降低到5%以下，無(wú)線質(zhì)量得到明顯提升。

1.4 創(chuàng)新保障手段

1.4.15 G應(yīng)用無(wú)人機(jī)測(cè)試，構(gòu)筑通信產(chǎn)業(yè)低空數(shù)字化

隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，無(wú)人機(jī)的創(chuàng)新應(yīng)用與通信

圖5 無(wú)人機(jī)測(cè)試組網(wǎng)和3D覆蓋效果圖

1.4.2 5G VR直播，提高品牌價(jià)值

采用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行VR現(xiàn)場(chǎng)直播無(wú)人機(jī)燈光秀是“VR直播”業(yè)務(wù)的又一次成功應(yīng)用，讓部分員工可以足不出戶就能欣賞青奧燈光秀的壯美。

5G網(wǎng)絡(luò)以用戶為中心，通過(guò)CoMP、Massive MIMO、網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)，保證用戶隨處體驗(yàn)100Mbps，5G大帶寬、低時(shí)延、大連接的特性使能萬(wàn)物互聯(lián)的同時(shí)，將推動(dòng)智慧生活的進(jìn)一步發(fā)展，VR業(yè)務(wù)將在互動(dòng)教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面具有較大的應(yīng)用空間。南京聯(lián)通作為江蘇省內(nèi)國(guó)家發(fā)改委5G唯一落地試點(diǎn)城市，江北新區(qū)、長(zhǎng)江大橋、玄武湖、雨花臺(tái)、南京眼、產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出緊密結(jié)合的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)管、航線規(guī)范，促進(jìn)空域的合理利用，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。同時(shí)，5G技術(shù)具備的超高帶寬、低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋、大連接等特性如果進(jìn)一步與無(wú)人機(jī)特性相結(jié)合，將構(gòu)建出強(qiáng)大的低空數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域，促使通信生產(chǎn)效率大幅提升。江蘇聯(lián)通網(wǎng)優(yōu)中心協(xié)同網(wǎng)建部、南京分公司，攜手華為在南京眼進(jìn)行無(wú)人機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試應(yīng)用研究，重點(diǎn)測(cè)試傳統(tǒng)路測(cè)無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，記錄不同高度的5G覆蓋、質(zhì)量、速率、時(shí)延、誤碼等關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，開展水域、空間立體覆蓋網(wǎng)絡(luò)研究分析,為國(guó)內(nèi)各家運(yùn)營(yíng)商中首次應(yīng)用。

對(duì)南京眼大橋中心半徑400米范圍內(nèi)不同高度空域進(jìn)行測(cè)試，分別在20米、40米、60米、80米、100米五種不同高度的空域進(jìn)行無(wú)人機(jī)覆蓋評(píng)估，測(cè)試組網(wǎng)和效果圖如圖5所示。從3D覆蓋圖可以直觀地看出不同高度的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋情況，不僅為4G網(wǎng)絡(luò)提供研究數(shù)據(jù)，還為5G業(yè)務(wù)空域信號(hào)分析提供了很高的參考意義。新街口等區(qū)域都已部署了5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，測(cè)試速率達(dá)2.6Gbp。

1.4.3 引入RPA工具，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控

為了能夠快速、多頻次的了解無(wú)人機(jī)編排飛行任務(wù)期間的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、用戶數(shù)、用戶感知等KPI指標(biāo)，江蘇聯(lián)通組織專業(yè)團(tuán)隊(duì)，探索AI工人智能領(lǐng)域，并自主研發(fā)RPA(Robotic Process Automation，機(jī)器人流程自動(dòng)化)工具。如圖6所示，RPA定時(shí)從專業(yè)網(wǎng)管獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過(guò)自動(dòng)化程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，按不同場(chǎng)景、粒度，通過(guò)大屏與微信發(fā)布指標(biāo)結(jié)合地理化信息呈現(xiàn)。

圖6 智能監(jiān)控原理圖

2 保障效果

2.1 網(wǎng)絡(luò)保障效果

本次保障使600駕無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)和燈光控制信息零重傳，無(wú)人機(jī)間的同步誤差控制在10ms以內(nèi)；下行單用戶平均速率5Mbps以上，上行單用平均速率1Mbps以上；游客發(fā)送圖片、視頻感知良好，無(wú)卡頓現(xiàn)象。具體可以從以下三個(gè)方面指標(biāo)看出：

（1）負(fù)載均衡：經(jīng)過(guò)精細(xì)的參數(shù)優(yōu)化，反復(fù)的均衡策略驗(yàn)證和無(wú)人機(jī)專網(wǎng)承載，實(shí)現(xiàn)了合理分流。無(wú)人機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間段是18:00-20:00，起飛實(shí)際點(diǎn)為20:15，飛行歷程共計(jì)10分鐘，從圖7平均用戶變化趨勢(shì)圖來(lái)看，策略很好地把控了飛行區(qū)域占用的用戶數(shù)，而又不影響觀賞區(qū)用戶；

（2）干擾控制：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際無(wú)線環(huán)境，優(yōu)化周邊同頻鄰區(qū)干擾，且實(shí)施異頻組網(wǎng)后，保障區(qū)域內(nèi)主服務(wù)小區(qū)下行SINR值良好，上行底噪干擾值最忙時(shí)約-105dbm左右，用戶感知良好；

（3）感知速率：實(shí)施合理負(fù)載均衡策略方案且有效控制干擾質(zhì)差等問(wèn)題，使得整個(gè)活動(dòng)期間單用戶速率良好，600駕無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)和燈光控制信息零重傳。下行單用戶平均速率5Mbps以上，上行單用平均速率1Mbps以上。

圖7 平均用戶變化趨勢(shì)圖

2.2 保障的經(jīng)濟(jì)效益

本次保障首創(chuàng)項(xiàng)目模式運(yùn)作，并且首次展開了商務(wù)領(lǐng)域的談判，通過(guò)與主辦方多次的溝通、協(xié)商，明確雙方權(quán)利職責(zé)。對(duì)內(nèi)來(lái)看，本次保障首次對(duì)成本進(jìn)行逐項(xiàng)摸底排查，形成保障項(xiàng)目報(bào)價(jià)清單，最后達(dá)成了合同協(xié)議，直接為公司創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

3 經(jīng)驗(yàn)分享

3.1 用戶特點(diǎn)

無(wú)人機(jī)保障與其他聚會(huì)型保障最大的區(qū)別是并發(fā)業(yè)務(wù)高，用戶100%并發(fā)，且對(duì)時(shí)延要求極強(qiáng)。另外保障區(qū)域不屬于傳統(tǒng)的地面覆蓋，而是高空環(huán)境，對(duì)無(wú)線覆蓋要求更精確。

3.2 干擾特點(diǎn)

從圖8可以看到擬合上行干擾與用戶數(shù)的線性關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用戶低于100人時(shí)，上行干擾值穩(wěn)定在-115dbm以下；當(dāng)用戶超過(guò)150人時(shí)，上行干擾明顯抬升；當(dāng)用戶達(dá)到200人時(shí)，上行干擾值高于-110dbm；當(dāng)用戶超過(guò)300時(shí)，則上行干擾接近-105dbm左右。

圖8 流量增長(zhǎng)階段劃分

進(jìn)一步分析干擾發(fā)現(xiàn)，100個(gè)RB資源中干擾嚴(yán)重的區(qū)域主要集中在5～35之間；輕微干擾區(qū)域主要集中35～80之間；80以上資源受干擾影響較小，如圖9所示。

圖9 流量增長(zhǎng)階段劃分

3.3 專網(wǎng)的承載

利用核心網(wǎng)的專網(wǎng)承載設(shè)置可以避免觀眾占用到無(wú)人機(jī)主占小區(qū)資源，讓專網(wǎng)承載無(wú)人機(jī)業(yè)務(wù)，規(guī)避觀眾突發(fā)對(duì)無(wú)人機(jī)造成干擾。

4 總結(jié)

由于前期保障方案準(zhǔn)備充分，南京聯(lián)通圓滿完成無(wú)人機(jī)燈光秀保障工作，并從中總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，期望對(duì)后續(xù)網(wǎng)絡(luò)保障工作有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

（1）高并發(fā)業(yè)務(wù)保障中，建議采用異頻組網(wǎng)和專網(wǎng)承載，既可以解決容量問(wèn)題，保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，又可以降低干擾；

（2）嚴(yán)格控制鄰區(qū)間重疊覆蓋率，以免影響主控小區(qū)下用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量，以及速傳時(shí)延；

（3）多載波間用戶合理分配，建議配置負(fù)載均衡用戶門限為200人，避免因用戶過(guò)多造成的上行干擾抬升。