［劉超正 詹寶容 庾錫昌］

1 引言

5G 商用后，5G 用戶和流量快速增長(zhǎng)，至2021 年底5G 流量分流比已經(jīng)達(dá)到30%以上。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，全國(guó)各中大城市已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了城區(qū)和中心鎮(zhèn)區(qū)全域覆蓋，5G 給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了另一個(gè)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)[1]，尤其在各大商場(chǎng)、車站、購(gòu)物中心等業(yè)務(wù)熱點(diǎn)，5G 流量分流比甚至高達(dá)40%以上。東莞地鐵R2 線前期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)后期的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)考慮不足，區(qū)間隧道POI 和泄纜不支持5G 網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，導(dǎo)致地鐵場(chǎng)景的用戶無(wú)法使用5G 網(wǎng)絡(luò)從而減輕4G網(wǎng)絡(luò)的容量負(fù)荷，5G 用戶和業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)迅猛，2020年SA 網(wǎng)絡(luò)商用后，5G 用戶和業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)非?？?，至2021 年底東莞移動(dòng)5G 用戶數(shù)達(dá)到300 萬(wàn)，東莞移動(dòng)全網(wǎng)月度5G 總流量達(dá)到6.9 萬(wàn)TB，5G 流量分流比突破30%如圖1 所示。需要對(duì)地鐵室分和區(qū)間隧道覆蓋系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。

圖1 東莞移動(dòng)5G 用戶數(shù)與5G 分流比趨勢(shì)圖

2 地鐵5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案

2.1 站臺(tái)站廳的5G 覆蓋方案

覆蓋方案：站臺(tái)、站廳和出入口區(qū)域采用數(shù)字DIS 室分系統(tǒng)[2]，華為公司LampSite 解決方案如圖2 所示，區(qū)間隧道采用DAS+泄纜覆蓋。

圖2 東莞地鐵站臺(tái)站廳示意圖

LampSite 組網(wǎng)特點(diǎn)如下。

（1）部署方便，走線靈活，采用pRRU 集成模塊天線，組網(wǎng)方式靈活，精準(zhǔn)規(guī)劃覆蓋區(qū)間。

（2）實(shí)現(xiàn)4*MIMO，支持下行4 流，提高用戶吞吐率。

（3）支持通過(guò)軟件對(duì)邏輯小區(qū)范圍進(jìn)行定義，如圖3 所示，最小小區(qū)可僅包含1 個(gè)pRRU，最大小區(qū)可包含96 個(gè)pRRU。各制式、同制式各載波間容量可獨(dú)立進(jìn)行調(diào)整。靈活的根據(jù)容量需求，進(jìn)行小區(qū)分裂、合并和調(diào)整。

圖3 數(shù)字化LampSite 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（4）所有網(wǎng)元端到端可監(jiān)控，與宏站共網(wǎng)管，無(wú)需單獨(dú)新建網(wǎng)管。

2.2 隧道區(qū)間的5G 覆蓋方案

2.2.1 地鐵場(chǎng)景容量估算

東莞地鐵的發(fā)車間隔最快為5 分鐘，在區(qū)間隧道范圍內(nèi)最多只有一輛列車的人員進(jìn)行業(yè)務(wù)或數(shù)據(jù)需求，因此，采用5G 多頻數(shù)字光纖直放站按組網(wǎng)的容量與傳統(tǒng)RRU 在該距離內(nèi)設(shè)置多個(gè)小區(qū)的容量，其實(shí)際效果是一樣的（因?yàn)榱熊囬L(zhǎng)度約為120 m，任意一個(gè)時(shí)刻都僅是對(duì)應(yīng)著一個(gè)小區(qū)容量）。

（1）人數(shù)估算

地鐵列車編組一般6 節(jié)車廂為一列，每車廂長(zhǎng)度約20 m，每節(jié)車廂載客量150 人，6 節(jié)車廂編組，高峰時(shí)能容納1 400 人。

（2）用戶業(yè)務(wù)模型因素

考慮每業(yè)務(wù)用戶下行平均速率需求為2 Mbit/s 以上，用戶激活附著比為70%（即70%用戶處于激活態(tài)），連接態(tài)用戶業(yè)務(wù)并發(fā)率初期為30%。

（3）LTE 單載波可支持用戶數(shù)估算

中國(guó)移動(dòng)用戶滲透率約為65%，根據(jù)前述地鐵隧道的車輛發(fā)車及車間距特點(diǎn)，計(jì)算LTE 網(wǎng)絡(luò)分配到每人的下載吞吐率大約只有2.6 Mbit/s 左右。

（4）開(kāi)通5G 人均下行速率估算

地鐵部署5G 100 M 網(wǎng)絡(luò)后，地鐵5G 用戶比例約為30%，高峰時(shí)地鐵移動(dòng)5G 用戶的平均速率=1 200/(1 400*0.3*0.7*0.65*0.3)=21 Mbit/s，5G 感知速率是LTE的接近8 倍。5G 分流后，高峰時(shí)地鐵移動(dòng)4G 用戶的平均速 率=500/(1 400*0.7*0.7*0.65*0.3)=3.7 Mbit/s，4G 及5G頻率及單載波速率如表1 所示，LTE 感知速率提升42%。即開(kāi)通5G 后，地鐵移動(dòng)用戶的下行速率降得到40%至8倍的提升。

表1 中國(guó)移動(dòng)頻率及載波速率

2.2.2 面臨的困難

原有的POI 系統(tǒng)沒(méi)有提供NR 接口，不支持5G 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，并且13/8 泄纜的最大截止頻率2.98 GHz[3]，不支持電信聯(lián)通3.5 G 以及大業(yè)務(wù)場(chǎng)景下4.9 G 的部署。需升級(jí)POI 模塊，增加5/4 泄纜支持更高頻段，改造和施工難度極高，影響現(xiàn)有的4G 和2G 網(wǎng)絡(luò)。

解決方案：

采用5G BBU+RRU+融合eCDS+射頻拉遠(yuǎn)組網(wǎng)方案如圖4 所示。

（1）機(jī)房信源：BBU 及2G、4G 和5G RRU 信源及eCDS 容量接入單元放置于通信機(jī)房，通過(guò)射頻耦合方式接入，使用光纖拉遠(yuǎn)。

（2）組網(wǎng)方式：2G、4G 和5G BBU+RRU+融合eCDS+天線進(jìn)行覆蓋，隧道融合eCDS 設(shè)備按組網(wǎng)方式，統(tǒng)一采用天線覆蓋。

（3）天饋：沿線兩側(cè)采用板狀天線覆蓋。

2.2.3 eCDS 組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）原有2G～4G 系統(tǒng)無(wú)需做任何改動(dòng)，可沿用WIFI 位置點(diǎn)供電及光纖條件部署eCDS 設(shè)備的安裝位置如圖5 所示。

圖5 隧道射頻拉遠(yuǎn)單元

（2）支持多運(yùn)營(yíng)商2G～5G 多頻一體化融合方案如圖6 所示，支持68～4 900 MHz 頻段可選組合，每頻段輸出功率10 W/20 W/40 W/60 W 可選。

圖6 eCDS 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

（3）一套eCDS 產(chǎn)品一次實(shí)施3 家2G～5G 網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需POI。

（4）節(jié)省工程配套設(shè)施，無(wú)需重新拉電纜和光纜。

（5）快速部署，節(jié)省工程量。

“我還睡不著，不用管我，娘先睡吧?！卑?qiáng)躺在床上，眼睛卻睜著。見(jiàn)兒子這么說(shuō)，張大娘也不好多說(shuō)什么，掩了門回到自己房里。

2.3 切換帶規(guī)劃

（1）站臺(tái)與隧道之間的切換

對(duì)于站臺(tái)隧道之間的切換，由于列車進(jìn)出隧道口時(shí)，部分車廂瞬時(shí)速度（進(jìn)站時(shí)第一節(jié)車廂和出站時(shí)最后一節(jié)車廂瞬時(shí)速度最高）能夠達(dá)到30～40 km/h，因此需要考慮設(shè)計(jì)足夠的站臺(tái)與隧道小區(qū)之間的重疊覆蓋區(qū)，以滿足正常切換的要求[4,5]。

解決方案：

列車進(jìn)出站臺(tái)切換：因?yàn)檎九_(tái)與隧道DAS 同頻覆蓋，DAS 系統(tǒng)與LampSite 同頻覆蓋可能由于波束不對(duì)齊，帶來(lái)slot 級(jí)干擾，因此建議隧道DAS 系統(tǒng)不覆蓋站臺(tái)，站臺(tái)全部由LampSite 覆蓋。設(shè)計(jì)2 個(gè)內(nèi)置天線型pRRU，分別部署在站臺(tái)候車區(qū)域靠近隧道口位置。NR 切換時(shí)長(zhǎng)需要1 秒，以列車進(jìn)出站臺(tái)最大運(yùn)行時(shí)速40 km/h 計(jì)算，單邊切換帶長(zhǎng)度最少需要11 m，建議設(shè)計(jì)20 m 的重疊覆蓋區(qū)，滿足列車進(jìn)出站臺(tái)的切換要求如圖7 所示。

圖7 信號(hào)傳播模型

（2）出入口與宏站之間的切換

2.4 LampSite 與傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)的干擾解決方案

LampSite 室分開(kāi)啟后，對(duì)傳統(tǒng)DAS 室分的SINR/MCS/下行速率影響較大。原因是傳統(tǒng)室分和新型室分共同組網(wǎng)的情況下，由于傳統(tǒng)室分和LampSite 室分波束及SSB 個(gè)數(shù)不對(duì)齊如圖8 所示，對(duì)傳統(tǒng)室分小區(qū)的個(gè)別slot產(chǎn)生干擾[6]。

圖8 波束干擾情況

解決方案如下。

（1）傳統(tǒng)室分和新型室分都采用擴(kuò)展波束2，使波束個(gè)數(shù)保持一致、SSB 對(duì)齊。

（2）開(kāi)啟多套OLLA，同時(shí)修改CSI 周期為slot80驗(yàn)證CSI 是否干擾傳統(tǒng)室分，多套OLLA 設(shè)置如下：slot0使用1 套，slot7、10、17 一套，其他slot 一套。

多套OLLA 解決的是當(dāng)前基站版本下多種slot 類型（TRS slot、U2D slot、Sslot 等）共用一套OLLA，但不同slot 發(fā)送的數(shù)據(jù)不一樣，其解調(diào)性能是不一樣的。基線共用一套OLLA，會(huì)使得不同slot 共用HARQ 的ACK 和NACK 反饋，導(dǎo)致不同slot 間解調(diào)性能互相影響，從而導(dǎo)致子幀級(jí)IBLER 差異過(guò)大，OLLA 不收斂，從而影響到系統(tǒng)性能[7,8]。

該解決方案在東莞地鐵已驗(yàn)證有效，CQT 實(shí)測(cè)峰值下載速率由627 Mbit/s 提升到997 Mbit/s，提升效果明顯。

3 方案驗(yàn)證

通過(guò)對(duì)試點(diǎn)覆蓋車站站臺(tái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)如表2 所示和隧道區(qū)間無(wú)線網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)如表3 所示，RSRP 覆蓋率、切換成功率、下載速率、5G PRB 后臺(tái)底部噪聲等指標(biāo)的測(cè)試和監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，效果良好。

表2 站臺(tái)遍歷測(cè)試結(jié)果

表3 隧道區(qū)間拉網(wǎng)測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)上行底部噪聲干擾符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求如圖9所示。

圖9 改造后隧道干擾平均值

4 結(jié)論

東莞地鐵2 號(hào)線通過(guò)室分系統(tǒng)改造開(kāi)通5G 網(wǎng)絡(luò)后，實(shí)測(cè)地鐵5G 覆蓋率達(dá)到99%以上，全程下載速率達(dá)到600 Mbit/s 以上，上網(wǎng)體驗(yàn)良好。本文針對(duì)地鐵場(chǎng)景的覆蓋要求以及實(shí)際情況，提出站臺(tái)站廳采用新型數(shù)字化室分DIS 覆蓋、區(qū)間隧道采用集約化設(shè)備eCDS+射頻拉遠(yuǎn)單元的覆蓋方案，該方案經(jīng)濟(jì)投入較小，改造難度適中,施工過(guò)程中不影響原有的4G/2G 網(wǎng)絡(luò)，支持后期網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。通過(guò)合理規(guī)劃切換帶和參數(shù)方案規(guī)避新型室分對(duì)傳統(tǒng)DAS 室分系統(tǒng)的干擾，實(shí)踐測(cè)試驗(yàn)證該方案效果良好，在全國(guó)地鐵舊線路可推廣使用。