［梁景舒 蘇涵 邱斌 李土光 謝綠禹］

1 引言

5G 全球商用正在加速推進(jìn)，市場(chǎng)及用戶需求日益增長(zhǎng)，在預(yù)算有限情況下選取高價(jià)值站址開展精準(zhǔn)、優(yōu)先的投資，成為目前5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃首要解決的問(wèn)題。在中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通開展5G 共建共享的合作模式下，5G 規(guī)劃需要考慮電聯(lián)雙方的5G 覆蓋需求及現(xiàn)有的4G 站址資源。目前電聯(lián)雙方站址規(guī)劃模型不一樣，4G 站址價(jià)值評(píng)估欠缺有效手段，難以高效、準(zhǔn)確對(duì)站址價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。

本文在共建共享場(chǎng)景下，從統(tǒng)一和優(yōu)化電聯(lián)雙方規(guī)劃使用的5G 覆蓋仿真模型和4G 站址價(jià)值評(píng)估出發(fā)，同時(shí)引入熵權(quán)法確認(rèn)各種因子的權(quán)重，最終研究分析出5G 站址價(jià)值的算法，為下一步精確識(shí)別高價(jià)值站點(diǎn)，開展精確建設(shè)，發(fā)揮5G 共建共享的優(yōu)勢(shì)奠定基礎(chǔ)。

2 5G 站址規(guī)劃基本模型

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)站址規(guī)劃一般從覆蓋、容量和質(zhì)量3 個(gè)方面綜合考慮。在5G 建設(shè)的初期，5G 用戶較少，5G 應(yīng)用場(chǎng)景也在探索階段，以滿足覆蓋為主。從區(qū)域全覆蓋出發(fā)，滿足一定的基站邊緣信號(hào)質(zhì)量，再選取適當(dāng)?shù)膫鞑ツＰ陀?jì)算最大路徑損耗、基站上行覆蓋半徑、站址密度等；最終可測(cè)算出滿足條件的站址數(shù)量。3GPP 組織提供的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包含了5G 各種場(chǎng)景適用的傳播模型，針對(duì)室外的使用場(chǎng)景包括城市宏蜂窩（Uma）、城市微蜂窩街道（UMi-StreetCanyon）、農(nóng)村宏蜂窩（RMa）3 種場(chǎng)景，每類場(chǎng)景又分非視距（NLOS）和視距（LOS）場(chǎng)景共6 種傳播模型。但這些模型只能在簡(jiǎn)單的傳播環(huán)境下粗略地估算站址數(shù)量規(guī)模。

要較精確地開展站址規(guī)劃，同時(shí)量化仿真覆蓋的質(zhì)量，需要使用射線追蹤技術(shù)的確定性傳播模型。射線追蹤模型可以模擬出信號(hào)傳播路徑中的反射、繞射、散射、穿透等現(xiàn)象，能夠獲得比傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)傳播模型更精細(xì)、更合理、更準(zhǔn)確的規(guī)劃仿真結(jié)果，更適合于傳播環(huán)境復(fù)雜的城區(qū)環(huán)境。同時(shí)，無(wú)線頻率越高，射線仿真越準(zhǔn)確，因此普遍使用射線追蹤傳播模型進(jìn)行5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

3 5G 站址規(guī)劃模型優(yōu)化

當(dāng)前，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通正開展5G 共建共享，由于5G 建設(shè)投資巨大，因此5G 站址規(guī)劃必須考慮電聯(lián)雙方的需求和資源；并分析高價(jià)值的5G站址，優(yōu)先開展建設(shè)。基于5G 共建共享的規(guī)劃考慮，對(duì)規(guī)劃模型進(jìn)行了3 個(gè)方面的優(yōu)化，（1）統(tǒng)一并修正雙方使用5G 覆蓋仿真的各項(xiàng)參數(shù)，包括對(duì)穿透損耗值及射線追蹤模型自身的各項(xiàng)參數(shù)；（2）結(jié)合電聯(lián)雙方4G 運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，疊加雙方4G 高數(shù)據(jù)流量、高語(yǔ)音業(yè)務(wù)或高價(jià)值用戶等3 個(gè)因子判斷站址價(jià)值；（3）引入熵權(quán)法確定5G 覆蓋仿真和4G 站址價(jià)值的因子權(quán)重。

3.1 5G 覆蓋仿真優(yōu)化

3.1.1 5G 穿透損耗參數(shù)修正

穿透損耗是信號(hào)從室外空間穿過(guò)建筑物達(dá)到室內(nèi)后的損耗，直接影響室內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度RSRP 的大小。穿透損耗越大，RSRP 越小，室內(nèi)的覆蓋就越差。當(dāng)覆蓋要求為室外時(shí)，視為穿透損耗（Penetration Loss）0 dB。當(dāng)覆蓋要求為室內(nèi)（含車內(nèi)或船內(nèi)）時(shí)，不同建筑物材質(zhì)下穿透損耗值都會(huì)有差異。3GPP 定義了低損耗和高損耗模型來(lái)計(jì)算穿透損耗PLtw（Path loss through external wall），公式如下，單位dB。

根據(jù)上述公式（1）～（5）公式，計(jì)算得到3.5 GHz 的低損耗和高損耗理論值分別為：12.70 dBm，26.85 dBm。根據(jù)理論值，電聯(lián)雙方采取的穿透損耗各不相同，因此通過(guò)實(shí)測(cè)的方式統(tǒng)一雙方的穿透損耗值。

針對(duì)城區(qū)典型的玻璃外墻和混凝土外墻建筑物進(jìn)行測(cè)試，獲取3.5 GHz 波段的實(shí)測(cè)穿透損耗值，測(cè)試的樓宇建筑信息及穿透損耗結(jié)果如表1 所示。

表1 穿透損耗測(cè)試結(jié)果

從表1 發(fā)現(xiàn)，一層混凝土墻穿透損耗值為16.42 dB，一層普通玻璃外墻穿透損耗值為5.97 dB。在仿真室外宏站覆蓋室內(nèi)（O2I）場(chǎng)景時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)值分別修正此兩類室內(nèi)的穿透損耗值為16 dB 和6 dB。

3.1.2 射線跟蹤模型校正

射線追蹤算法分為發(fā)射射線法（SBR）與鏡像法（Image）。發(fā)射射線法由于其窮舉性而不能給出繞射射線的一般算法，而且精度上一般不如鏡像法精確，但是鏡像法不能給出電磁波到達(dá)角時(shí)延序列等信息。本文采取Atoll 系統(tǒng)aster 模型，由于實(shí)際環(huán)境中的細(xì)節(jié)因素與模型設(shè)定不同，為了更精確地仿真覆蓋的效果，需要校正模型的相應(yīng)參數(shù)。

校正過(guò)程一般分3 個(gè)步驟，（1）選取典型區(qū)域進(jìn)行路測(cè)，得到實(shí)測(cè)的SSB RSRP 值，（2）在仿真系統(tǒng)中同一區(qū)域進(jìn)行路測(cè)仿真，調(diào)整不同模型參數(shù)，得到仿真的SSB RSRP 值；（3）比對(duì)實(shí)測(cè)與仿真的值，直到合理的誤差范圍內(nèi)，選取此時(shí)的校正參數(shù)。在校正過(guò)程中，需要結(jié)合日常仿真的經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)調(diào)整參數(shù)。

經(jīng)過(guò)典型區(qū)域?qū)崪y(cè)DT 數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)擬合并校正傳播模型，與道路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，最終結(jié)果，對(duì)RSRP進(jìn)行累積分布函數(shù)（CDF）統(tǒng)計(jì)，曲線左側(cè)5%采樣點(diǎn)覆蓋電平RSRP 相差1.45 dB，誤差1.5%；全部采樣點(diǎn)平均RSRP 相差0.56 dB，誤差0.71%。仿真與路測(cè)的RSRP 誤差值如表2 所示，效果對(duì)比如圖1 所示。

表2 傳模校正后仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比

圖1 傳模校正后仿真與實(shí)測(cè)對(duì)比

此時(shí)，校正后的模型與場(chǎng)景適配程度良好，誤差合理，可應(yīng)用于覆蓋仿真。選取3.5 GHz 頻率的傳模參數(shù)校正后的值如表3 所示。

表3 射線追蹤模型各參數(shù)校正值

通過(guò)5G 覆蓋仿真的穿透損耗和射線模型參數(shù)的校正優(yōu)化，覆蓋仿真時(shí)可得到室外宏站不同扇區(qū)的室外覆蓋（O2O）和室內(nèi)穿透覆蓋（O2I）的RSRP 值。在地圖上進(jìn)行10 m*10 m 的柵格化，定義SSB RSRP 大于-110 dBm的柵格為扇區(qū)覆蓋的有效柵格（Grid）。計(jì)數(shù)得到每個(gè)扇區(qū)室外覆蓋和室內(nèi)覆蓋的有效柵格數(shù)分別為GO2O和GO2I，用作5G 覆蓋仿真評(píng)估的2 個(gè)因子。

3.2 4G 站址價(jià)值評(píng)估

在電聯(lián)雙方原有的4G 站點(diǎn)上，開展電聯(lián)雙方4G 站址價(jià)值的分析，有助于判斷未來(lái)5G 共建共享的價(jià)值情況。4G價(jià)值從數(shù)據(jù)流量、語(yǔ)音業(yè)務(wù)量和高價(jià)值用戶3 個(gè)方面評(píng)估。

4G 數(shù)據(jù)流量主要體現(xiàn)站點(diǎn)的用戶流量分布。網(wǎng)絡(luò)流量越高，說(shuō)明該站點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用度越高，對(duì)于未來(lái)5G 網(wǎng)絡(luò)的eMBB 業(yè)務(wù)的需求度也可能越高，需要優(yōu)先考慮部署5G 網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量因素評(píng)估，采用本站址下電聯(lián)雙方4G 網(wǎng)管的近一周流量之和（DDL）作為評(píng)判依據(jù)。

4G 語(yǔ)音話務(wù)量主要體現(xiàn)站點(diǎn)VoLTE 話務(wù)量分布。高清語(yǔ)音通話不僅是高價(jià)值終端功能之一，也是站點(diǎn)收入重要來(lái)源之一。5G 時(shí)代如果部署VoNR，則優(yōu)先使用VoNR，沒(méi)有VoNR，則5G 終端會(huì)通過(guò)EPS FB 回落至4G，使用4G VoLTE。在VoLTE 話務(wù)量高的區(qū)域優(yōu)先考慮部署5G 網(wǎng)絡(luò)，滿足用戶語(yǔ)音需求非常有必要。對(duì)于VoLTE 話務(wù)量因素評(píng)估，采用本站址下電聯(lián)雙方4G 網(wǎng)管的近一周VoLTE 話務(wù)量之和（VDL）作為評(píng)判依據(jù)。

4G 高價(jià)值用戶定義為使用高額4G 套餐的用戶。高價(jià)值用戶可貢獻(xiàn)更高的資費(fèi)，且高價(jià)值用戶的業(yè)務(wù)量一般較大，使用更多的數(shù)據(jù)或語(yǔ)音業(yè)務(wù)。未來(lái)5G 用戶是從存量4G 用戶中遷移而來(lái)，因此4G 高價(jià)值用戶是尋找“潛在5G 高價(jià)值用戶”的有效途徑。定義4G高價(jià)值用戶為使用150 元以上套餐的用戶，且在該小區(qū)近一周日均駐留時(shí)長(zhǎng)大于2 小時(shí)。采用本站址下電聯(lián)雙方4G 網(wǎng)管的近一周高價(jià)值用戶之和（UDL）作為評(píng)判依據(jù)。

3.3 熵權(quán)法確定因子權(quán)重

評(píng)估5G 覆蓋時(shí)考慮不同站點(diǎn)扇區(qū)在O2O 和O2I 的覆蓋情況作為評(píng)價(jià)因子（GO2O和GO2I），評(píng)估4G 站址價(jià)值時(shí)考慮4G 小區(qū)的數(shù)據(jù)流量、語(yǔ)音話務(wù)量、價(jià)值用戶數(shù)等作為評(píng)價(jià)因子（DDL、VDL、UDL）。在進(jìn)行站址價(jià)值綜合評(píng)估時(shí)，需要對(duì)不同站址的扇區(qū)按照5G 覆蓋評(píng)價(jià)因子和4G 站址價(jià)值評(píng)價(jià)因子進(jìn)行計(jì)分，因此需要設(shè)計(jì)不同指標(biāo)因子的權(quán)重。本文引入較為常用的熵權(quán)法確定不同要素不同因子的權(quán)重。

在信息論中，熵是對(duì)信息量的一種度量。信息量越大，可辨識(shí)度就越高，熵也就越小，反之熵就越大?？梢杂渺刂祦?lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響越大。熵權(quán)法即通過(guò)指標(biāo)（因子）變異性的大小來(lái)確定權(quán)重。一般來(lái)說(shuō)，若某個(gè)指標(biāo)的信息熵越小，表明指標(biāo)值得變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中所能起到的作用也越大，其權(quán)重也就越大。反之，其權(quán)重也越小。

熵權(quán)法賦權(quán)計(jì)算步驟如下：

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。假設(shè)給定了k個(gè)指標(biāo)X1，X2，…Xk，各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值為Y1，Y2，…Yk，算式如下：

求各指標(biāo)的信息熵。一組數(shù)據(jù)的信息熵算式如下：

確定各指標(biāo)權(quán)重。計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的信息熵后，最后計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，算式如下：

5G 覆蓋評(píng)估的因子，此時(shí)X1=GO2O、X2=GO2I；4G 站址價(jià)值時(shí)考慮4G 小區(qū)的數(shù)據(jù)流量、語(yǔ)音話務(wù)量、價(jià)值用戶數(shù)等因子，則X1=DDL，X2=VDL，X3=UDL。通過(guò)熵權(quán)法賦權(quán)3 個(gè)步驟分別計(jì)算，最后得到不同小區(qū)的5G 覆蓋因子和4G 站址價(jià)值因子的權(quán)重分別為。

4 站址價(jià)值評(píng)估算法

共建共享場(chǎng)景下結(jié)合電聯(lián)雙方原有4G 站址為候選站址，通過(guò)對(duì)5G 高覆蓋仿真數(shù)據(jù)和4G 站址價(jià)值分析數(shù)據(jù)等多維度數(shù)據(jù)的加權(quán)分析，構(gòu)建站址價(jià)值評(píng)估算法，通過(guò)計(jì)算得到每個(gè)站址的價(jià)值分?jǐn)?shù)，從而精確識(shí)別高價(jià)值站點(diǎn)優(yōu)先開展建設(shè)，發(fā)揮5G 站點(diǎn)共建共享的優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)上述分析，基于5G 共建共享規(guī)劃的站址價(jià)值算法主要有以下幾個(gè)步驟。

（1）獲取站址：取電聯(lián)雙方4G 基站站址組成5G 共建共享的候選站址集合。

（2）評(píng)估5G 覆蓋仿真值：使用校正的室內(nèi)穿透損耗參數(shù)和優(yōu)化后的射線追蹤傳播模型進(jìn)行5G 覆蓋仿真。仿真時(shí)5G RF 工參參考4G 工參，采用默認(rèn)波束場(chǎng)景，最大功率配置。統(tǒng)計(jì)每個(gè)候選扇區(qū)的O2O 和O2I 的有效柵格數(shù)GO2O和GO2I，計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重為，計(jì)算該扇區(qū)5G 覆蓋仿真值N5G，算式如下：

（3）評(píng)估4G 站址價(jià)值：獲取每個(gè)4G 扇區(qū)的數(shù)據(jù)流量、語(yǔ)音話務(wù)量、價(jià)值用戶數(shù)等作為評(píng)價(jià)因子DDL、VDL、UDL，并計(jì)算相應(yīng)的權(quán)重W14G、W24G、W34G、，計(jì)算該扇區(qū)4G 站址價(jià)值N4G，算式如下：

（4）綜合評(píng)估站址價(jià)值：在計(jì)算得到該扇區(qū)5G 覆蓋仿真值N5G和4G 站址價(jià)值N4G后，還需要對(duì)這2 個(gè)因素值做一個(gè)權(quán)重賦值。本文以4G 站址價(jià)值權(quán)重為0.6，5G覆蓋仿真權(quán)重為0.4。一個(gè)站址按3 個(gè)扇區(qū)計(jì)算，最終電聯(lián)共建共享的5G 站址價(jià)值取3 個(gè)扇區(qū)之和SDL，算式如下：

（5）每個(gè)站址重復(fù)上述步驟，求出SDL。

通過(guò)以上5 個(gè)步驟，可以計(jì)算得到每個(gè)站址的價(jià)值，通過(guò)排序可篩選出高價(jià)值的站址，進(jìn)行5G 共建共享的優(yōu)先建設(shè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于電聯(lián)5G 共建共享場(chǎng)景下，通過(guò)對(duì)穿透損耗和射線追蹤模型的修正對(duì)5G 站址規(guī)劃模型進(jìn)行了優(yōu)化，統(tǒng)一雙方5G 覆蓋仿真模型；進(jìn)一步從數(shù)據(jù)流量、語(yǔ)音話務(wù)和用戶價(jià)值分析電聯(lián)雙方4G 站點(diǎn)的站址價(jià)值；引入熵權(quán)法確定各因子權(quán)重；最終得到了共建共享場(chǎng)景下站址價(jià)值的算法。通過(guò)算法，可以精確識(shí)別高價(jià)值站址，優(yōu)先開展5G 站點(diǎn)建設(shè)和部署，發(fā)揮5G 站點(diǎn)共建共享的合力優(yōu)勢(shì)。