宏微结合多频异构网络解决大型场馆的覆盖及容量

景辉，练成栋

（中国移动通信集团上海有限公司，上海 200060）

1 概述

上海国际赛车道，是世界一级方程式比赛赛道之一。上海F1国际赛道位于嘉定区，总面积5.3 km2，可容纳20万人；其中主体工程建筑的主看台长400 m，宽40.6 m，面积是55684 m2，副看台长320 m，宽90 m，建筑面积约23 324 m2，副看台膜结构的顶蓬是相得益彰的26朵亭亭而立的“荷花”伞。每年在这里举办的F1上海站比赛，吸引了全世界无数的车迷前来。届时这里就是车迷的欢乐海洋。

中国移动上海公司早在2014年就在F1上海赛场有针对性的部属了F+D的TD-LTE的网络，并迎来了第一次大事件高业务量的冲击。经过了2014年的F1赛事保障，发现了网络的一些不足，如：宏站部署位置受限，距离看台、广场等人群聚集区域的距离较远，在650 m以上；开赛后用户分布较为集中，导致相近宏站的严重拥塞，容量分布不平衡；仅靠建设宏站和室分方式无法满足F1赛车场区域覆盖及容量等情况。

因此，在传统建网方式基础上，2015年中国移动上海公司还需寻求新的组网方案，引入异构网思维，针对F1上海赛场的环境特点，积极优化网络架构、采用新型设备并提升网络优化手段，以保障F1赛事的超密集的容量需求。

2 异构网关键技术

2.1 一体化小基站

一体化小基站集成基带和射频单元，不仅仅是补盲补热的重要手段，而且也是组成TD-LTE异构网的重要部分。一体化小基站一般具有下述优点：

（1) 一体化小基站，基带和射频集成在一起，小巧轻便，便于安装（一般为7 kg/7 L）；天面要求低，可提供扣板天线一体化集成，也可以安装分离天线，便于隐蔽安装，解决选址难题；支持挂墙、抱杆等多种室内外安装方式。

（2) 与宏站相同的性能支持：与宏站一个扇区支持激活用户数相当、先进的智能调度“Smart Scheduler”算法、支持MIMO技术、支持载波聚合CA、相同的未来演进路标，例如LTE-A、相同的维护管理。

（3) 发射功率可调（一般为250 mW～5 W），根据覆盖需要灵活配置发射功率，对网络进行精细化调整；

（4) 支持蓝牙接口，用于本地配置管理，对于安装于高处的设备，避免登高，提高了安全性、便利性。

（5) 支持IP转发，实现多个小基站或和宏站的传输级联，减少传输物理资源。

2.2 多层网协同技术

F1赛事期间，人流密集，流量暴涨，必须构建多频段，多层次网络结构来满足业务需求，而多层次网间的协同工作非常重要。主要分为两个方面：

（1) D/E/F多频段组网，宏站，小基站同时部署，D/E宏站开启双载波，室分充分利用大容量的BBU的能力，单站可开启6小区的双载波。F宏站广域覆盖，D宏站，小基站热点覆盖，E室分解决室内覆盖。通过多层网络有效提升覆盖广度、强度和深度，同时大大提升网络容量。

（2) 为了实现多频段多网络的有效协同，必须开启小区负载均衡技术。小区负载均衡技术又分为空闲态下的负载均衡和基于UE测量的连接态下的异频负载均衡两种。前者是eNode B根据一定的门限值确定是否需要开启空闲模式的负载均衡，可以通过小区重选或重定向两种方式实现，使得空闲模式下的终端均匀分布在各个小区，避免某些小区由于用户过多而过载。后者是通过各小区间交互负载信息，满足负载均衡触发条件时，选择合适的用户，将用户从负载高的小区切换到负载低的小区，主动调整，达到小区下的负载均衡，带来更好的用户体验。

2.3 负载调整策略及参数

由于本次是国内首次大规模异构组网，没有现成经验可以借鉴，一切都在实践中摸索。确定开始的负载调整门限及时间窗口尽量设置高些，赛事期间根据实际情况现场调整。

3 F1赛车场异构网络部署方案

为满足F1赛车场比赛当天的用户业务需求，中国移动上海公司通过网络容量分析，采用了以小基站为主，辅以宏站+室分的方式进行F1赛车场4G异构网络建设。通过异构组网，看台区域、广场、进出口全覆盖，无盲点，而且同一区域的小区数得以增加，容量得到提升。表1为2015年F1上海赛场容量预估。

表1 2015年F1上赛场容量预估

通过分析人流分布情况，对上海赛场主看台、副看台和广场等重点区域采用宏站、小基站和室分等多种站型共同部署、协同覆盖。其中，宏基站主要完成上海赛场及周边区域的广域覆盖，通过对周边宏基站进行升级改造，形成10个F+D的宏站覆盖；小基站主要达到补盲和容量吸收的作用，在人流密集区域共计部署17个小基站，并尽量采用伪装射灯天线以达到隐蔽效果；室内覆盖基站主要用于吸收上海赛场室内话务和流量，通过对原有3G室内站点升级支持4G，共计部署4个E频段室分站点，并开启双载波。通过实际路测验证，主看台与副看台绝大部分区域RSRP在-85 dBm以上，覆盖性能良好。

4 网络性能验证

4.1 业务承载分布

取2015年4月12日F1正赛日数据，如图1所示，F1赛场区域全天下行流量最高时在开赛前的1个小时，单小时的下行流量达到54.35 GB，在比赛进行的14、15 h内，下行流量依然保持在单小时50 GB左右。上行流量最高时在比赛刚开始的14 h，上行流量达到20.16 GB，在此时段内上下行流量比达到1:2.5。另一方面，主副看台区域的业务，从上午10 h开始随着观众的入场而快速增加，在13 h和14 h达到峰值，在赛事结束后迅速回落。水景广场地铁口及停车场，在整个赛事期间始终保持较高的业务量，特别是在16 h，赛事结束后，观赛人员在此逗留、等待地铁等，导致此区域的业务量大幅增加，这个区域的业务量占整个F1区域的一半以上。

图1 F1赛车场区域业务流量分布

4.2 小基站性能

通过对小基站的接入能力、切换成功率以及最大下行吞吐率等网络指标测试分析得出，小基站业务承载能力可达到宏站水平，图2为小基站性能统计。

4.3 接入控制效果

如图3所示，通过设置小基站接入高优先级，使得用户优先驻留于小站，可以看到在F1开赛的这段时间内小基站的上下行PRB利用率明显高于宏站，起到了很好的容量承载作用。

4.4 负载均衡效果

如图4所示，负载均衡切换随着RRC连接数的增加而增加，说明小区启用了负载均衡功能，当负载超过门限时，启动了负载均衡切换，来降低小区负载，并且负载均衡切换成功率为100%。

5 总结及展望

通过一体化小基站、F/D频段宏站、E频段室内站的部署，在F1赛车场形成D/E/F三频组网、宏微结合、室内外结合场景。F宏站广域覆盖，D宏站，小基站热点覆盖，E室分解决室内覆盖，形成一个多层网典型覆盖场景，为重大赛事的建网和保障提供了可行性方法并积累了宝贵经验，总结如下。

（1） 采用异构网的部署方案，宏微结合兼顾覆盖与容量，重点保障主看台、副看台等用户激增的大事件典型区域。

（2） 发挥小基站小巧轻便部署灵活的特点，配合使用美化天线，因地制宜，选择覆盖最好的安装地点。

图2 小基站性能统计

图3 接入控制效果

图4 负载均衡效果

（3） 多层、多频段组网有效加强覆盖，提升容量。

（4） 采用负载均衡功能，平衡基站间的负荷，提高网络承载效率的同时提升用户体验。

（5） 通过双载波、小区分裂等方式提升网络承载能力，单小区支持最大600个激活用户数。

随着4G网络快速部署，用户数和数据流量的激增，今后对于大型场馆或赛事的保障越来越重要。因此，基于本文的研究成果，今后还需重点研究方向可能有：

（1) 密集的基站部署会导致小区间的重叠覆盖严重、干扰加强，对上下行业务将产生更为严重的影响，后续将进一步加强站点间的干扰协调和干扰消除的研究及应用。

（2) 后续将加强大话务场景下网络参数配置的研究，结合不同重大场景特点，提炼出最优的参数调整方案。

[1]Harri Holma.LTE-Advanced：面向IMT-Advanced的3GPP解决方案[M].吕召彪, 译.北京：机械工业出版社，2014.