胡曉春，白小平，李納

（1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)陜西有限公司，陜西 西安 710077；2.中移系統(tǒng)集成有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

第十四屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)于2021 年9 月15 日～27 日在陜西舉行，作為國(guó)內(nèi)最高規(guī)格體育賽事，在全球新冠疫情形勢(shì)下，面臨多重挑戰(zhàn)和壓力。其中，開幕式場(chǎng)地西安奧體中心體育場(chǎng)將是歷屆全運(yùn)會(huì)規(guī)模最大、參賽運(yùn)動(dòng)員及觀眾最多（達(dá)到10 萬+）、全國(guó)首次采用2G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的重保場(chǎng)館[4]。該場(chǎng)館的網(wǎng)絡(luò)保障網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、4G/5G 業(yè)務(wù)量巨大、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷持續(xù)升高、信號(hào)覆蓋和干擾難度極大，同時(shí)還需考慮5G 終端滲透率快速提升等復(fù)雜問題。如何有效在多用戶、多業(yè)務(wù)、多話務(wù)場(chǎng)景下做好4G/5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同規(guī)劃部署是亟需解決的問題之一。

1 開幕式主要面臨的挑戰(zhàn)

第十四屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)西安奧體中心體育場(chǎng)作為開幕式場(chǎng)地，規(guī)劃面積約5 平方公里，可容納近十萬觀眾，將其列為“特級(jí)”、“重中之重”保障級(jí)別，面臨“看臺(tái)區(qū)域6.3 萬人高密度”、“4G/5G 協(xié)同業(yè)內(nèi)超大規(guī)模賽事保障[5]經(jīng)驗(yàn)較少”、“全運(yùn)通等各種APP 掃碼等業(yè)務(wù)需求種類多[6]”三大挑戰(zhàn)。

用戶數(shù)史上最高：開幕式西安奧體中心體育場(chǎng)看臺(tái)區(qū)域共分為三層，看臺(tái)區(qū)域觀眾數(shù)為6.3 萬，平臺(tái)區(qū)域觀眾數(shù)為2 萬，中央場(chǎng)地觀眾數(shù)為2 500，合計(jì)總觀眾數(shù)為8.55 萬。開幕式期間再加上工作和演職人員，總計(jì)現(xiàn)場(chǎng)人員可達(dá)到10 萬+，為歷史罕見的超高密度集中場(chǎng)景。

業(yè)務(wù)種類多、容量需求大：10 萬人聚集將對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)提出十分龐大的容量需求。同時(shí)隨著互聯(lián)網(wǎng)及5G 賦能千行萬業(yè)，各種APP 掃碼業(yè)務(wù)需保證低時(shí)延，對(duì)容量規(guī)劃提出更高要求。

4G/5G 協(xié)同保障經(jīng)驗(yàn)少：歷屆全運(yùn)會(huì)開幕式保障主要是以4G 網(wǎng)絡(luò)保障為主，而本屆將會(huì)首次納入5G 網(wǎng)絡(luò)保障，將從傳統(tǒng)4G 用戶為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐?G 用戶為主，預(yù)估5G 用戶數(shù)占比將達(dá)到30% 以上，如此場(chǎng)景在歷史上無類似經(jīng)驗(yàn)可復(fù)制，5G 網(wǎng)絡(luò)首次面臨重大保障挑戰(zhàn)。

為確保萬無一失，通過與十四運(yùn)組委會(huì)、陜西省通管局以及各方面專家的多輪溝通，并結(jié)合自身重大活動(dòng)保障經(jīng)驗(yàn)充分研討開幕式場(chǎng)景業(yè)務(wù)保障需求及特點(diǎn)，開展精細(xì)的4G/5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及開幕式4G/5G 網(wǎng)絡(luò)容量壓力測(cè)試。

2 無線網(wǎng)絡(luò)容量精細(xì)規(guī)劃

西安奧體中心體育場(chǎng)為開幕式主場(chǎng)館，總建筑面積15.6×104m2，建筑高度58.3 m，功能區(qū)主要分為看臺(tái)區(qū)域、中央場(chǎng)地、平層功能區(qū)，針對(duì)各個(gè)功能區(qū)采用不同的覆蓋方式和組網(wǎng)結(jié)構(gòu)[7]。本次開幕式將是業(yè)內(nèi)首次4G/5G 協(xié)同保障，同時(shí)考慮5G 終端滲透率情況，將會(huì)采用4G/5G 全頻段組網(wǎng)方案。

（1）按照功能劃分區(qū)域制定覆蓋方案

根據(jù)不同功能區(qū)可容納用戶人數(shù)，制定具體的覆蓋方式，最大程度模擬開幕式現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。將西安奧體中心主體育場(chǎng)按照功能區(qū)劃分為：看臺(tái)區(qū)域、中央場(chǎng)地、平層功能區(qū)，按照功能區(qū)域定制建網(wǎng)方案。看臺(tái)區(qū)域采用FDD/2.3 G/2.6 G Lampsite+GSM900 傳統(tǒng)分布系統(tǒng)雙層組網(wǎng)，中央場(chǎng)地采用BOOK2.0 異頻疊加，立體協(xié)同靈活組網(wǎng)[8-12]，可滿足開幕式用戶業(yè)務(wù)及容量保障需求。

4G/5G 部署策略[13]：開幕式場(chǎng)館西安奧體中心體育場(chǎng)看臺(tái)區(qū)域可容納6.3 萬名觀眾，平層功能區(qū)可容納2 萬人，采用“頻率窮盡、容量充?！钡母呙茉拕?wù)容量模型評(píng)估，采用4G/5G 全頻段組網(wǎng)建設(shè)，如圖1 所示。將看臺(tái)區(qū)域劃分成多個(gè)物理網(wǎng)格，采用分布式皮站加賦形天線的方式覆蓋，中央場(chǎng)地用戶少并且較為分散，采用BOOK2.0產(chǎn)品覆蓋，平層工作區(qū)及電梯采用分布式皮站覆蓋[5-8]，滿足不同功能區(qū)用戶業(yè)務(wù)保障，如表1 所示。

表1 開幕式場(chǎng)館4G/5G容量部署策略

圖1 開幕式場(chǎng)館4G/5G組網(wǎng)情況

（2）根據(jù)區(qū)域劃分制定容量方案[14～15]

西安奧體中心體育場(chǎng)為開幕式場(chǎng)館，看臺(tái)區(qū)域可容納6.3萬名觀眾，平層功能區(qū)2 萬人，按照話務(wù)模型容量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，移動(dòng)用戶滲透率65%，且4G/5G 用戶數(shù)7:3，設(shè)備按最大能力進(jìn)行需求計(jì)算，看臺(tái)區(qū)域采用FA 覆蓋打底，為保障用戶感知情況，4G 側(cè)單用戶上/下速率需求為0.25 Mbps/1 Mbps，5G側(cè)單用戶上/下速率需求為0.8 Mbps/4 Mbps，共計(jì)規(guī)劃4G 載波338 個(gè)，5G 載波42 個(gè)[16]。結(jié)果如表2 所示。

表2 4G/5G容量模型

3 容量壓力測(cè)試

3.1 壓力測(cè)試方案

為驗(yàn)證容量規(guī)劃模型的準(zhǔn)確性以及模擬開幕式現(xiàn)場(chǎng)觀眾的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（用戶大部分是在看微信與抖音等視頻業(yè)務(wù)），開展了開幕式的無線網(wǎng)絡(luò)容量壓力測(cè)試[17]，本次壓力測(cè)試采用4G/5G 混合組網(wǎng)，如圖2 所示，4G 采用FDD/E/D 組網(wǎng)，5G為4T4R組網(wǎng)，參數(shù)配置同商用網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試頻段4G為1.8 G—2.6 G頻段，5G為2 600 MHz頻段、100 MHz帶寬，如圖3所示。結(jié)合開幕式場(chǎng)館看臺(tái)區(qū)域座位分布，將看臺(tái)區(qū)域劃分為80 個(gè)區(qū)塊，通過LampSite（4G：FDD/E/D，5G：2.6 G）及窄波束賦形天線進(jìn)行精準(zhǔn)覆蓋。按照看臺(tái)區(qū)域6.3 萬人，則平均每區(qū)塊人數(shù)778；選取主席臺(tái)區(qū)域作為本次測(cè)試主測(cè)區(qū)域，如圖4所示，按照每區(qū)塊778 人，按照移動(dòng)用戶滲透率60%～65%，4G/5G 用戶滲透率70%～80%/30%，用戶數(shù)為404.56，考慮到有冗余情況，最終壓力測(cè)試投入400 部終端，與理論計(jì)算用戶數(shù)基本持平。

圖2 設(shè)備組網(wǎng)圖

圖3 測(cè)試區(qū)域頻段分配

圖4 天線覆蓋區(qū)域

（1）測(cè)試內(nèi)容及業(yè)務(wù)模型

選取主席臺(tái)區(qū)域作為本次測(cè)試主測(cè)區(qū)域，如圖5 所示，用戶基本按照近中遠(yuǎn)1:2:1 比例分布。測(cè)試內(nèi)容中有單天線覆蓋性能測(cè)試、小區(qū)多業(yè)務(wù)重載場(chǎng)景測(cè)試，其中小區(qū)業(yè)務(wù)類測(cè)試分為鄰小區(qū)加擾和鄰小區(qū)空載兩種場(chǎng)景[18-19]，這樣測(cè)試主要驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)有干擾情況下的用戶感知。

圖5 主席臺(tái)壓力測(cè)試區(qū)域

本次壓力測(cè)試主要驗(yàn)證4G/5G 單小區(qū)下的網(wǎng)絡(luò)能力，并模擬實(shí)際用戶的網(wǎng)絡(luò)使用情況。結(jié)合前期重大活動(dòng)的保障經(jīng)驗(yàn)，主要為上行業(yè)務(wù)，參考十三屆全運(yùn)會(huì)及各種演唱會(huì)的無線業(yè)務(wù)模型，給出本次測(cè)試重載場(chǎng)景，業(yè)務(wù)比例分布如表3 所示：

表3 混合業(yè)務(wù)模型

（2）測(cè)試方案[20]

本次壓力測(cè)試共涉及4 大類用例6 個(gè)測(cè)試子任務(wù)，主要為小區(qū)多業(yè)務(wù)重載場(chǎng)景測(cè)試和小區(qū)單業(yè)務(wù)壓力測(cè)試，其中小區(qū)業(yè)務(wù)類測(cè)試分為鄰小區(qū)加擾和鄰小區(qū)空載兩種場(chǎng)景，如表4 所示。

表4 壓力測(cè)試用例

3.2 壓力測(cè)試結(jié)果

（1）單小區(qū)加擾能力驗(yàn)證

1）4G 單小區(qū)加擾能力驗(yàn)證

◆開幕式重載場(chǎng)景

用戶按照近中遠(yuǎn)1:2:1 分布，本小區(qū)單載波及周邊小區(qū)開啟，測(cè)試結(jié)論如表5 所示。

表5 4G單小區(qū)重載加擾壓力測(cè)試結(jié)果

2）5G 單小區(qū)加擾能力驗(yàn)證

◆開幕式重載場(chǎng)景

用戶按照近中遠(yuǎn)1:2:1 分布，周邊小區(qū)開啟，測(cè)試結(jié)論如表6 所示。

表6 5G單小區(qū)重載加擾壓力測(cè)試結(jié)果

（2）小區(qū)能力測(cè)試驗(yàn)證

1）4G 單小區(qū)能力驗(yàn)證

◆上傳業(yè)務(wù)

RRC 連接態(tài)用戶=52，小區(qū)上行吞吐率維持在10 Mbps，單用戶上行速率0.2 Mbps，如圖6 所示：

圖6 4G單小區(qū)上行吞吐率

◆下載業(yè)務(wù)

RRC 連接態(tài)用戶=35，小區(qū)下行吞吐率維持在38 Mbps，單用戶下行速率1.26 Mbps，如圖7 所示：

圖7 4G單小區(qū)下行吞吐率

2）5G 單小區(qū)能力驗(yàn)證

◆上傳業(yè)務(wù)

當(dāng)激活用戶=59，小區(qū)上行吞吐率維持在43 Mbps，單用戶上行速率0.84 Mbps；當(dāng)激活用戶＞184，小區(qū)吞吐率仍然維持在31 Mbps 左右，單用戶上行速率逐步下降，但維持在0.1～0.2 Mbps，單用戶感知趨于穩(wěn)定，如圖8 所示：

圖8 5G單小區(qū)上行吞吐率

◆下載業(yè)務(wù)

當(dāng)激活用戶=70，小區(qū)上行吞吐率維持304 Mbps，單用戶下行速率4.7 Mbps；當(dāng)激活用戶＞141，小區(qū)吞吐率仍然維持在255 Mbps 左右，單用戶下行速率逐步下降，但維持在0.9～1.2 Mbps，單用戶感知趨于穩(wěn)定，如圖9 所示：

圖9 5G單小區(qū)下行吞吐率

4 壓力測(cè)試結(jié)果分析

本次測(cè)試為主席臺(tái)單小區(qū)測(cè)試，看臺(tái)區(qū)域劃分80個(gè)區(qū)塊，從壓力測(cè)試結(jié)果來看，主要結(jié)論包括：一是保接入，4G 單載波RRC 連接用戶數(shù)200，5G 單載波RRC 連接用戶數(shù)300；二是保感知，4G 單載波RRC 激活用戶數(shù)100，5G 單載波RRC 激活用戶數(shù)120。單區(qū)塊可確保4G/5G 微信圖片上傳、視頻直播等業(yè)務(wù)正常使用[10]。根據(jù)后臺(tái)跟蹤數(shù)據(jù)和前臺(tái)測(cè)試數(shù)據(jù)分析，本次壓力測(cè)試結(jié)果和當(dāng)前容量模型設(shè)計(jì)參數(shù)值基本保持一致，上行結(jié)果對(duì)比如表7 所示，下行結(jié)果對(duì)比如表8 所示（70～100 用戶）。

表7 上行結(jié)果對(duì)比表

表8 下行結(jié)果對(duì)比表

5 開幕式實(shí)際網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量驗(yàn)證情況

本次開幕式由于受到疫情影響，入場(chǎng)觀眾受到一定的限制，開幕式期間RRC 連接最大用戶數(shù)峰值約2.08 萬，其中看臺(tái)區(qū)域?yàn)?.13 萬，峰值流量444 GB（其中4G 308 GB）。

4G 業(yè)務(wù)容量情況：按照開幕式實(shí)際情況看臺(tái)區(qū)域4G 移動(dòng)用戶數(shù)為9 912，所需小區(qū)86 個(gè)，按容量規(guī)劃模型，4G 移動(dòng)用戶數(shù)預(yù)估為32 760，規(guī)劃了217 個(gè)小區(qū)，現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際配置240 個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開幕式當(dāng)天和規(guī)劃模型所需小區(qū)數(shù)，如表9 所示：

表9 開幕式業(yè)務(wù)模型4G

5G 業(yè)務(wù)容量情況：按照開幕式實(shí)際情況看臺(tái)區(qū)域5G 移動(dòng)用戶數(shù)為1 477，所需小區(qū)4 個(gè)，按容量規(guī)劃模型，5G 移動(dòng)用戶數(shù)預(yù)估為8 190，規(guī)劃了30 個(gè)小區(qū)，現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際配置40 個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開幕式當(dāng)天和規(guī)劃模型所需小區(qū)數(shù)，如表10 所示：

表10 開幕式業(yè)務(wù)模型5G

由于開幕式當(dāng)天，看臺(tái)區(qū)域?qū)嶋H到場(chǎng)的4G/5G 移動(dòng)用戶數(shù)為11 365，按照劃分的80 個(gè)區(qū)塊，則平均每區(qū)塊人數(shù)143；4G/5G 用戶滲透率為87%/13%，4G/5G 用戶數(shù)分別為124/19，結(jié)合壓力測(cè)試及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)速結(jié)果（5G 平均下載速率867.2 Mbps，4G 平均下載速率78.9 Mbps），故4G/5G 單小區(qū)可完全提供“多用戶、多業(yè)務(wù)下”正常使用，感知不受影響，同時(shí)可滿足微信圖片的上傳、抖音視頻直播等業(yè)務(wù)流暢使用（注：本次開幕式中央場(chǎng)地人數(shù)較少，不納入分析中）。

6 結(jié)束語

從本次十四運(yùn)開幕式無線網(wǎng)絡(luò)保障的整體情況來看，5G 用戶的滲透率并沒有達(dá)到預(yù)期的規(guī)劃情況，預(yù)計(jì)2022 年冬奧會(huì)及亞運(yùn)會(huì)期間，5G 用戶數(shù)占比將達(dá)到40%～60%，保障重點(diǎn)將以5G 用戶為主。

本屆十四運(yùn)會(huì)作為全國(guó)首次2G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的大規(guī)模重保賽事，開幕式期間無線通信網(wǎng)絡(luò)將面臨“高密度、多業(yè)務(wù)”的巨大挑戰(zhàn)，陜西移動(dòng)針對(duì)奧體中心體育場(chǎng)看臺(tái)，模擬大話務(wù)場(chǎng)景下的用戶、業(yè)務(wù)分布，進(jìn)行單小區(qū)下的“多用戶、多業(yè)務(wù)、大話務(wù)”模擬驗(yàn)證測(cè)試，對(duì)業(yè)務(wù)演練仿真測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)摸排、精準(zhǔn)優(yōu)化，有效提升保障可靠性，對(duì)后續(xù)4G/5G 協(xié)同的大話務(wù)保障工作具有指導(dǎo)意義。