超大容量空旷广场覆盖难题的研究

许卓+何晓明+代明

摘 要：为了解决大连国际啤酒节会场的信号覆盖难题，对超大容量空旷广场覆盖的同频干扰、容量提升等问题，采用理论结合实际的方法进行了认真的剖析和研究，最终得到一套完整且已经经过实际验证的解决方法。

关键词：多频段组网 分层覆盖 超大用户数 超大型广场

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0003-03

大连国际啤酒节，是国内外知名啤酒品牌云集的行业盛会。啤酒节的举办地位于大连星海广场，该广场占地面积176万m2，是亚洲最大的城市广场。啤酒节历时约两周，开幕式及周末高峰期人数约25万。由于美观要求整个广场内没有通信基站，历届啤酒节期间拥塞现象严重，用户体验极差。而空旷的场地又带来了干扰的难以控制。研究并解决此类场景的覆盖难题有助于对同类情况下的其他应用需求提供必要的参考作用。

1 需要解决的问题

由于啤酒节活动现场的大用户数和十分空旷的场地环境，面临的主要难题来自“设备容量、同频干扰”以及设备的“小型美观”三个方面。容量方面，星海广场的巨大面积（南北长1000m，东西宽600m），多年来无法找到可以利用的天线支撑物，仅靠广场周边的少量宏蜂窝站点进行覆盖。按照往年啤酒节的经验，在广场西侧增加一辆应急车，可以满足覆盖的需求，但容量需求很难满足，这也是多年来造成拥塞的主要原因。干扰方面，如上，为了提升容量，一定需要增加站点和小区。与2G不同，4G网络对于重叠覆盖和干扰的容忍度更低，虽然广场面积很大，但非常平坦且无遮挡，信号传播距离过远，很容易形成干扰。如果干扰问题不解决，即使增加了小区数也会因为干扰过大造成速率的大幅下降，大大降低用户体验。美观方面，由于星海广场作为大连标志性地点，即使啤酒节期间也不允许在广场内增加过多和过大的设备。按照啤酒节组委会的要求，安装的设备是不能被游客发现更不能被投诉的。所以如何在这样空旷的广场上增加天线而又不被发现成为了需要面对的问题。

2 研究过程及方案

再覆盖能够保证的情况下，啤酒节真正面临问题是如何完美的解决如此大规模的容量问题。4G网络方面，根据去年啤酒节的经验，开幕式高峰时期游客数约为25万人。我们按照移动用户渗透率平均约70%估算，移动用户数约为25×70%=17.5万人。估算峰时业务用户数占比为50%，峰时业务用户数约为8.75万人。参考全网平均4G用户渗透率约为40%，以及4G用户的激活附着比约为30%计算，得到啤酒节在开幕式期间，同时处于RRC激活态的最大用户数：250000×70%×50%×40%×30%=10500人。考虑到星海广场周边平时最大RRC连接用户数约为3200人，综合考虑得到星海广场地区啤酒节开幕式期间忙时最大用户数约为：10500+3200=13700人。2G网络方面，根据去年GSM网络各项参数统计及估算，认为GSM语音话务量增长约100%，数据流量上升约200%。

考虑到4G和2G网络巨大的容量需求，无法在同一点位完成站点建设，必须采用分布式的方式进行容量拆分。参考啤酒节各大棚布局及游客分布情况，决定利用广场内若干监控灯杆，配合个别高容量活动大棚内建设分布式基站的方式进行容量吸收。考虑到活动期间慕尼黑大鹏和燕京啤酒大鹏游客数量最多，广场入口处容易出现游客聚集现象，广场中心区域由于开幕式和小吃摊位众多，用于出现游客聚集，广场东侧多个规模较小的大棚有大量游客。结合广场上已有的监控灯杆位置和设施分布情况，决定在广场内依托监控灯杆建设6处站点配合一辆应急通信车，用于空旷区域覆盖。针对慕尼黑啤酒大棚和燕京啤酒大棚的特殊性，决定采用小型化4G+2G网络一体化设备进行大棚内的分布式基站建设。总新增容量规模为4G网络约50载扇，2G网络约200载频。考虑到广场内现有的监控灯杆较为纤细，无法承担过大重量或过大体积的设备安装，且出于不破坏星海广场总体美观的综合考虑，决定采用小体积天线作为天面。但由于同时涉及从1800M（分析认为2G网络采用1800M比900M更适合）～2400M的频段跨度较大，又不希望安装太多天线，综合考量各种天线产品，最终决定選择体积、频段和安装环境都满足要求的对数周期天线。尽管该类型天线覆盖能力比较有限且波形不够规则，但通过后期的RF优化和合理的功率控制都能够予以解决。而采用对数周期天线另一个需要面临的问题是，该类型天线只有一个接口，即只支持单通道。而方案需要多制式多频段的覆盖，考虑到GSM设备采用的是双通道接口，于是我们在需要GSM覆盖的点位采用电桥设备对射频端输出的信号进行处理，电桥输出的两个接口分别用于同一灯杆的两个小区。4G设备选择某厂家同时支持F和E频段的单通道设备。然后将三个频率通过专门的多频合路器进行合路，统一连接到对数周期天线上，使得每个天线都同时支持多系统多频段收发。为了最大限度地确保美观和设备的安全性，在每个监控灯杆下方安置一个可以通风换热的室外防水箱。用于将该灯杆所需要的所有射频设备、无源器件等妥善安置其中，只通过一根馈线将信号输出到天线上。既保证了美观，又避免了设备外露所带来的人身和设备安全的隐患。

大容量和多点位的覆盖模式面对的另一个难题就是干扰问题。尤其是4G网络对于干扰的敏感，即使信号再强，只要不能有效的控制干扰，那么用户体验完全不能够得到提升。为了控制广场上如此大规模设备的同频干扰，研究决定采用多频段错频覆盖的方式进行覆盖。充分利用4G网络所支持的各个频率，将F频段的1880M～1920M两个20M的频段全部用上，同时将E频段的2320M～2360M两个20M频段也用上。同时，由于大棚采用帆布材质覆盖，其本身的信号隔离度较差，慕尼黑大棚和燕京啤酒大棚内的新产品分布式覆盖需要与广场上朝向这两个大棚的灯杆进行错频，所以决定采用F频段和E频段交错的方式进行覆盖。应急车方面，由于其桅杆高度超过广场内各个灯杆高度，且因为采用传统八通道大功率智能天线，其覆盖范围跨越多个灯杆和两个大棚的区域，必须与各个灯杆和大棚错频，所以只能选择D频段进行覆盖。综上啤酒节各点位位置及频段情况如图1所示。endprint

各点位容量配置及频段设置详情如表1所示。

经过对目前3G网络用户数量和在网主要终端性能的分析，认为中移动3G用户规模已经大幅减少，啤酒节期间3G网络扩容需求并不强烈。为确保啤酒节期间4G网络频段的最高利用率，不对3G网络进行扩容操作。为确保4G网络的高速率，所有点位摒弃了过去习惯的微波传输方式，均采用光纤传输，共设计2650m管道光缆。

3 实践论证

啤酒节期间12d，每天晚6点至晚12点的网络数据统计显示话务高峰出现在开幕式和第一个周末，每天的用户高峰出现在19：00-21：00期间。4G网络在啤酒节期间共发起连接请求2599万次，平均每小时每小区发起连接请求4059次，其中平均失败1.56次，接通成功率为99.9%。单小区峰值连接用户数为765个，保障小区总最大连接用户数峰值为12274个。共吸收4G数据流量2605GB，其中上行流量575GB，下行流量2030GB，上下行占比分别为22%和78%。网络总体干扰始终保持在-115dBm左右，干扰控制良好。2G网络共吸收语音话务量38556ERL，开幕式当天就达到2609ERL，数据话务量170776ERL，产生流量103GB（其中EDGE流量100GB），同比增长达到206.04%。在此期间语音拥塞基本为0，接通率始终保持在99%以上，掉话率在0.21%左右，最忙时整体无线利用率基本到达100%，在晚忙时整个BSC的寻呼量最高超过了36万，已接近BSC寻呼能力得上限。总体覆盖效果良好。

4 结语

通过对超大容量广场覆盖问题的研究，针对此类场景中如何有效提升容量，如何控制干扰和如何将通信设备与被覆盖场景融为一体等三个问题进行深入的讨论，最终得到了完整的解决方法，并通过实践予以有效证明。鉴于全国范围内对于此类特殊场景的研究和经验较少，本研究成果希望可以作为未来此类应用的的有效借鉴。同时依托未来通信设备的进一步小型化和集成化，此类场景的解决方案还可以随之不断演进和提升。

参考文献

[1] 陈子庭.LTE项目天线解决方案的探讨[J].科技创新与应用，2017（10）：99.

[2] 李瑞鹏，张雨阳.TD-LTE系统同频干扰和组网方案的研究与应用[J].通讯世界，2017（6）：21-22.

[3] 许文广.住宅小区LTE室内外覆盖解决方案探讨[J].通讯世界，2017（6）：85-86.

[4] 叶耀昌.浅谈移动通信工程4G-LTE技术工程的运用[J].通讯世界，2017（6）：115.

[5] 柯永堆.浅谈城市复杂环境下的LTE无线网络优化方法[J].通讯世界，2017（6）：127.

[6] 赵季红，董姣姣，唐睿，等.蜂窝通信与设备直通通信混合网络下的资源优化[J].电信科学，2016（3）：105-112.

[7] 卢科学，胡留军，吴栓栓，等.在LTE蜂窝通信系统中实现设备到设备通信[J].现代电信科技，2013（11）：22-27.

[8] 李阳光.LTE蜂窝移动通信系统的干扰共存研究[D].北京邮电大学，2013.

[9] 李立英.认知网络和LTE蜂窝网络中通信资源分配与功率控制算法的研究[D].电子科技大学，2011.

[10] 张翼德.无线蜂窝通信网的容量与资源管理算法研究[D].电子科技大学，2006.

[11] 尤肖虎，赵新胜.分布式无线电和蜂窝移动通信网络结构[J].电子学报，2004（S1）：16-21.

[12] 陳胜兵，焦永昌，张福顺，等.蜂窝移动通信基站天线技术研究进展[J].西安电子科技大学学报，2003（6）：792-797.endprint