异型网构建高性能LTE深度覆盖网络的研究

刘博光，柳少良，贾然

1 引言

中国移动TD-LTE网络已经基本完成连续覆盖，未来关注点将转向更好、更完善的深度覆盖和热点覆盖，努力打造全球领先的精品TD-LTE网络[1]。但由于目前TD-LTE自身频段限制，部分场景（如居民区、商铺、购物中心等相对封闭的场景）深度覆盖（室外覆盖或者室外覆盖室内）能力不足，主要表现在覆盖缺失、用户网速体验差或VoLTE效果不佳等。这些问题主要是因为这些场景的自身特殊性，传统的宏基站和室分覆盖手段均由于技术、工程建设等原因无法高质量满足该类场景良好覆盖。基于此，本文通过分析深度覆盖场景特征和深度覆盖需求特征，提出4G网络建设采用微基站、光纤直放站[2-10]等异型网，从而有效提升4G网络深度覆盖性能。

2 深度覆盖场景特点

深度覆盖是目前无线网络建设的重点，随着网络建设逐渐推进，网络要求从有覆盖的要求逐步提升到保证用户感知的要求。LTE网络的百兆级数据传输能力可以保证用户无卡顿的享受高清视频，高清语音更为用户提供了更快的接通速度和通话质量。但是LTE网络的全部优势必须建立在良好覆盖基础上，尤其是集中在建筑物内部或一些阻挡较多的室内外结合地带场景，因此深度覆盖的好坏直接决定了网络质量的高低。

结合覆盖目标场景特征、覆盖用户需求和技术应用特点，将深度覆盖场景分为单纯室内型和室内外结合型两类，具体如下：

（1）单纯室内型

单纯室内型深度覆盖场景是指业务需求仅在室内，用户在室内使用网络。大多深度覆盖场景主要是指单纯的室内覆盖场景，覆盖目标为建筑物内部。

单纯室内型场景建筑楼宇的划分有多种方法，根据其建筑功能用途，主要包括居民住宅楼宇、办公写字楼宇、企事业单位楼宇、党政机关楼宇以及商场超市楼宇场景等；根据建筑内部结构特点，可分为空旷型楼宇和多隔断型楼宇；根据建筑物高度层数，可分为中低层楼宇和高层楼宇；根据建筑外部结构特点，可分为板状楼宇和塔状楼宇。其中，功能用途可用于规划业务需求特点，内部结构特点、高度层数以及外部结构特征可用于规划覆盖技术和建设方式。

（2）室内外结合型

室内外结合型场景是指业务需求不仅限于室内，还包含临近建筑的室外部分或挑高较大的室内部分。随着社会经济水平的提高，大型商业中心、会展中心、体育场馆等井喷似建设。与传统建筑楼宇相比，这些建筑楼宇内或内外交接地带设置大量商铺，或在楼宇群中建设大量销售店铺，其业务需求以建筑物为中心会在建筑物外一定半径内分布，所以此类建筑楼宇在进行深度覆盖中需协同考虑建筑楼宇覆盖，即覆盖目标较单纯室内型要外扩一定范围。

室内外结合型场景建筑楼宇的划分也有多种方法，根据建筑功能用途，主要包括商业购物中心、商业步行街、体育场馆以及交通枢纽等场景；根据建筑内部结构特点，可分为整体空旷型和分割空旷型；根据建筑内部层高，可分为高纵深型和低纵深型；根据建筑内外结合方式，可分为独立带外围型和群体带外围型。其中，功能用途可用于规划业务需求特点，内部结构特点、层高以及内外结合方式可用于规划覆盖技术和建设方式。

3 深度覆盖需求特点

用户对于业务需求的特点主要包括两方面：语音业务和数据业务。语音业务一般被认为是传统业务，在非4G时代是移动网络的主要承载业务，随着强调高速数据业务的LTE网络大规模兴建以及各种OTT（Over The Top）业务、手机应用程序的大规模兴起，数据业务已经成为目前网络的主要承载对象。但是LTE网络作为基础通信网络，可提供优于传统移动网络的高清语音业务，只不过与数据覆盖要求相比，尤其针对深度覆盖场景，要想达到高清语音覆盖需提升网络覆盖指标。

（1）语音业务需求为主

无论场景的业务需求特点有何不同，语音承载一般是需要保障的首要业务，只不过区别在于该物业点的语音业务在总体业务的占比。考虑到目前用户终端并不是均支持LTE高清语音，在进行LTE网络深度覆盖的同时需要保证有一张托底的网络进行基本业务保障。

对于语音业务为主的场景，一般认为此场景用户终端小部分支持LTE高清语音且数据业务需求不大来考虑，因此在网络建设时LTE网络作为数据业务主要承载以及语音辅助承载，同时补以2G或其他网络作为语音承载。

（2）数据业务需求为主

对于数据业务为主的场景，一般认为此场景用户终端大部分支持LTE高清语音且数据业务需求大来考虑，因此在网络建设时LTE网络作为数据业务以及语音业务的主要承载，同时补以2G或其他网络作为辅助承载。

4 异型网在深度覆盖中的应用

异型网是指异于传统宏站与信源的组网形态，从另一个角度可认为是补充连接宏站与信源的网络。异型网的发射功率一般介于宏站与信源站之间，覆盖范围小于宏站但大于传统室分天线覆盖范围。根据目前异型网自身是否具备容量功能，可分为容量型异型网和非容量型异型网，其中非容量型异型网又可称为覆盖型异型网。

在异型网开始阶段往往只支持一种网络，但无线接入设备发展到今天，异型网已经可以同时提供多种网络接入能力，便于适应不同覆盖需求的多种组网策略。

4.1 容量型异型网

（1）容量型异型网概念及规划思路

容量型异型网主要是指各种微基站、皮站、飞站以及单制式发射功率小于30 W等的各种有自主容量能力的接入设备。根据支持网络制式、频段，容量型异型网设备可分为单模设备和多模设备。容量型异型网设备一般具备容量动态可调、发射功率较传统室分方式大的特点，目前LTE单载波发射功率可达到2 W、5 W甚至10 W。除此之外，其还具备隐蔽性强、美化程度高、安装灵活、便于实施的特点。

对于数据业务需求量大、潮汐效应明显且建筑物结构相对简单、规则，无线传播条件较好的场景，可优先使用容量型异型网进行覆盖，尤其适用于成片的室内外协同规划场景，这类场景包括高档居民区、办公写字楼、商业中心等。在选用设备时，可采用仅支持LTE的单模设备覆盖，也可采用支持LTE和GSM的双模设备覆盖。前一种方案能以较小的成本满足LTE网络覆盖的需求，而后一种双模设备在略抬升成本的基础上除了完成LTE网络的建设外，还同时完成了GSM对目标区域的覆盖，提高了覆盖的可靠性。

（2）容量型异型网实际案例

某高档住宅小区共12座30层以上居民楼，同时具备2G和4G覆盖需求。如果使用传统平层方式进行覆盖，由于天线只能布放在走廊等公共区域而不能入户，对用户活跃区域不能形成良好的覆盖；如果使用传统对打方式进行覆盖，由于每个RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）功率限制会导致楼层中段不能形成良好的覆盖，并且很难实现MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）效果。

针对这种场景，为了使用户更好地体验LTE网络的优势，使用双模分布式微基站进行覆盖会达到更好的效果。分布式微基站内置双极化天线可满足LTE网络MIMO需求，并且双模分布式微基站同时支持2G和TD-LTE网络，其TD-LTE实现方式为本身自带容量部分，2G信号通过内置直放站方式实现。其LTE发射功率一般为5 W～10 W每载波，覆盖效果远高于一般射灯天线覆盖能力。除此之外，分布式微基站具有很强的美化伪装能力，可利用路灯杆或安装于屋顶、单元大堂顶等方式，采用室外对打方式对目标区域进行覆盖。对于室内电梯和走廊部分，可通过补充传统分布系统方式进行覆盖。由于分布式微基站与传统微基站可共BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）建设，因此在不增加BBU的条件下可对住宅小区进行全方位覆盖，具体规划方式如图1所示。

在进行覆盖后经过测试，分布式微基站达到了覆盖效果，并支持更好的用户体验，LTE平均下载速率为40 Mb/s，具体指标如图2所示。

容量型异型网具备MIMO能力，可提升用户体验；多模容量型异型网还具备异厂家的网络支持能力，可灵活地选择2G信源安装位置，在提升用户满意度的同时一次布放了2张网络，提升了运营商的冗余可靠性。

4.2 非容量型异型网

（1）非容量型异型网概念及规划思路

非容量型异型网主要是指各类数字直放站设备。直放站在进行2G移动网络建设时期曾经大规模使用，以较低的成本提升单基站的覆盖范围。直放站设备经历了从模拟设备到数字设备、从无线传输到光纤传输的发展历程。但是在进行3G网络建设期间，由于直放站自身的时延性，而TD-SCDMA又是时延敏感系统，所以在3G时期直放站慢慢淡出了人们的视线。随着4G时期的到来，由于LTE网络本身对时延容忍度的提升，直放站又以一种新的方式——数字光纤分布系统重新出现在LTE网络建设的洪流中。与传统2G时期的直放站相比，数字光纤分布系统可同时支持2G/4G，是一种多模数字光纤直放站，并且对于LTE网络来说，其还可以提供双路MIMO效果，并能对所承载的载频进行一定程度的动态调整。虽然其对上行噪声抬升的缺点依然存在，但是由于制造工艺和技术的发展，其上行噪声引入已大幅度降低。就其发射功率来说，可提供500 mW、2 W甚至16 W的发射功率，为网络建设提供多种选择。

图1 某小区分布式微基站规划选址图

图2 覆盖效果测试图

对于数据业务需求相对较小或稳定、无线传播环境相对简单的深度覆盖场景，可应用非容量型异型网设备进行覆盖，包括一般住宅区、企事业办公楼、工业园区等场景。这些场景往往需要2G/4G同时进行覆盖，一定时间内网络需求相对稳定、变化不大，此时可采用数字光纤分布系统进行覆盖，以相对较低的成本达到较好的深度覆盖效果。

（2）非容量型异型网实际案例

某多层小区共15栋7层居民楼，小区部分被周边宏基站覆盖，但存在2G/4G深度覆盖不足的问题，经过对基站业务跟踪，附近基站可承担深度覆盖业务。综合以上情况，规划采用500 mW的数字光纤分布系统利用周围已有基站的信号对小区进行深度覆盖，这样可在不引入过多基站信号的情况下既解决了深度覆盖不足的问题，又提升了周围基站的业务量。将光分布系统设备以美化形式安装在小区楼宇外墙，通过外打方式完成覆盖，具体覆盖目标及设备安装形式如图3所示。其中，黄色区域为本次覆盖目标，红色为周围基站。

在进行覆盖后经过测试，数字光纤分布系统达到了覆盖效果，并支持更好的用户体验，LTE平均下载速率可达到62.47 Mb/s，体现了MIMO的优越性，具体指标如图4所示。

非容量型异型网也具备MIMO能力，可提升用户体验；多模非容量型异型网还具备异厂家的网络支持能力，可灵活地选择2G/4G信源，提升信源利用率；在提升用户满意度的同时一次布放了2张网络，提升了网络的冗余可靠性。

5 异型网其他优势

（1）网络演进优势

5G已计划在未来商用，目前5G拟采用的最高频段为3.5 GHz，这个频段的信号传统分布系统已经不能有效承载。由于异型网的整体架构为有源设备，其中间传输部分为光信号，因此其对射频信号频段传输损耗不敏感，将来升级时可软件升级或更换射频模块即可。此外，其发射功率的可控性也能更好地适应将来5G高密度组网的网络架构。因此，异型网能以更小的成本实现网络演进。

（2）低干扰高容量特性

图3 某小区数字光纤分布系统覆盖目标及设备安装形式

图4 覆盖测试指标

异型网由于在应用时可充分做到室内外协同规划，降低目标覆盖区域的小区及基站数量，从而减少由于技术限制造成的不必要小区划分及切换设置，带给用户更好的网络体验。此外，深度覆盖场景的用户大部分在TM1下，即使小区开启了多载波，也仅仅是提升了小区同时支持用户的数量，但对于每用户的最大使用速率并没有改变。而异型网由于支持双路MIMO，在不开启小区多载波或载波聚合功能下，可提升单个用户的最大使用速率，充分利用LTE网络提升小区吞吐性能及用户感知。

（3）可监控性

传统深度覆盖手段基本为搭建不可监控的“哑资源”，丧失了对无线接入网的“最后一公里”有效监测。但由于异型网为有源设备，可轻松实现对全网络运行状态的监控，及时发现故障并定位，提升故障处理效率，进而提升网络质量，保证良好的用户体验。

6 结论

异型网由于其组网的灵活性、支持网络的多样性，可适应深度覆盖中VoLTE语音、高速率数据业务的需求。根据场景业务特点选择满足其要求的异型网进行覆盖，数据业务需求高且变化大的区域可优先选择容量型异型网，数据业务需求较低或稳定的区域可优先选择非容量型异型网。此外，异型网在网络演进、容量干扰和可监控等方面也具备巨大的优势。在进行深度覆盖建设时应打破陈旧观念，灵活运用异型网，以达到更好的深度覆盖效果。

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