VOLTE业务深度覆盖方案研究

张　洁，李　军

(1.河北师范大学 汇华学院，河北 石家庄 050091；2.河北师范大学，河北 石家庄 050024)

0　引言

VOLTE与2G、3G语音通话有着本质的不同，它是架构在4G网络上全IP条件下的端到端解决方案，VOLTE技术带给4G用户最直接的感受就是通话接通等待时间更短，音视频通话服务质量更高，通话更加自然[1]。LTE网络已完成规模化建设，随着VOLTE业务规模的不断扩大，深度覆盖不足问题对VOLTE业务健康发展的阻碍作用日益突出，如何增强深度覆盖业已成为提升VOLTE网络质量和用户感知的重要课题。VOLTE业务作为一种上行覆盖受限业务，对覆盖深度的敏感性较高[2]，如果网络的覆盖深度不足，则会直接导致信号质量差、数据速率低、通话质量不高等问题。在目前市区主要采用D频段组网的情况下，网络的连续覆盖能力不足是普遍存在的问题，尤其是在居民楼、办公区等室内深度覆盖场景下，弱覆盖情况更为严重[3]。综合现网中的应用情况，促使网络进行深度覆盖的主要原因是弱覆盖和网络的容量问题[4]，所以,如何提升VOLTE业务的深度覆盖，就成为了VOLTE网络建设需要研究的一个重要课题。

本文首先介绍了两种典型的多扇区组网方案，并对两种方案的性能进行了分析比较，在此基础上对8+X四扇区组网方案的实现方式进行了详细的阐述，最后通过网络侧KPI指标的评测来验证该方案的覆盖效果。

1　多扇区组网方案介绍

多扇区组网是在站点和频谱资源受限的情况下的一种新型组网建设解决方案，是在普通三扇区的基础上，通过增加扇区数量，进而提升基站覆盖能力，增加基站吞吐量的一种技术。

在增加了扇区后，虽然单扇区的覆盖面积减小，但是增大了整个基站的覆盖面积和深度，如表1所示，在增加扇区数量后，同样指标条件下，四扇区覆盖性明显优于三扇区。

表1三扇区与四扇区覆盖性对比

Name3Sectors4SectorsRSRP/dBmSurface/km2Zone/%Surface/km2Zone/%Level(DL)≥-807．96234．211．15285．9Level(DL)≥-8521．95111．630．686416．2Level(DL)≥-9050．47226．662．941533．1Level(DL)≥-9598．892952．1105．645655．6Level(DL)≥-100154．758681．5155．340981．8Level(DL)≥-105187．257698．6188．179299．1Level(DL)≥-110189．8757100189．8775100Level(DL)≥-115189．8847100189．8847100Level(DL)≥-120189．8865100189．8847100

同时，扇区的增加还可带来基站吞吐量的增加，如表2所示，在基站资源丰富的条件下，要达到相同的吞吐量，四扇区要比三扇区覆盖范围更大。

表2三扇区与四扇区吞吐量对比

Name3Sectors4SectorsThought/MbpsSurface/km2Zone/%Surface/km2Zone/%Level(DL)≥5021．31311．290．42347．6Level(DL)≥4046．21524．3119．28562．8Level(DL)≥3562．1532．7132．95570Level(DL)≥3080．01542．1146．63377．2Level(DL)≥25100．7753．1159．5484Level(DL)≥20149．64878．8181．5395．6Level(DL)≥15169．02889187．44798．7Level(DL)≥10189．2999．7189．8399．9Level(DL)≥0189．8399．9189．8399．9

所以，多扇区组网是解决VOLTE网络深度覆盖问题的有效方法。

多扇区组网主要存在两种解决方案，一是通过窄波束高增益天线实现扇区分裂[5]，如图1所示。

图1　扇区分裂示意图

该方案使用扇区软劈裂技术，通过对天线通道的基带加权，形成多个波束，每个波束一个小区，每小区8通道，即将原65°扇区分裂成2个36°扇区，在同一个RRU、同一个天线上建立两个异频的TD-LTE小区，不需额外新增硬件资源。然后利用TDD特有的智能天线波束赋形能力，通过调整天线幅度和相位权值，将2小区方位角各偏置一定角度进行覆盖。通过如上调整后,将传统3扇区模式转变为单站6扇区模式，从而提升基站覆盖深度。

二是通过8+X的方式实现四扇区组网，针对性解决原先三扇区情况下区域弱覆盖和深度覆盖不足问题[6]，如图2所示。

图2　8+X四扇区示意图

该方法在原三扇区的基础上，再增加一个扇区，形成单基站四扇区，从而有效地解决三扇区下旁瓣覆盖力不足、扇区夹角不平衡、室内覆盖率差等问题。第四个扇区有多种实现方式，该方法中“X”指的就是第四个扇区的实现方式，“8”指的是基站原有的用来实现三扇区的8通道RRU。

2　多扇区组网方案覆盖性能分析

多扇区组网方案中六扇区和四扇区两种解决方案的覆盖性能均有其优劣势。对于六扇区的解决方案，其优势主要体现在：能够利用智能天线的波束赋形能力，增强边缘覆盖；发挥F频段30 M带宽优势，提高小区容量；降低上下行不平衡问题，提升用户接入能力。其劣势主要体现在：六扇区重叠覆盖度增高；MOD3干扰负面影响大；成本高，改造难度大；RF优化工作量大；弱覆盖场景针对性不强。

8+X四扇区组网方案的优势体现在：① 对现网指标影响小；② 2通道可灵活实现小区合并和小区分裂；硬件安装方便。

8+X实现简单：① 无多余RF优化工作；② 弱覆盖场景针对性强；③ 支持现网满足条件多数站点。主要劣势体现在：① 2通道RRU的功率较小；② 2通道需新增基带板；③ 个别站点需新增抱杆。

通过对比可以看出，扇区分裂六扇区组网方式和8+X四扇区组网方式有各自的优势和劣势。综合比较两种方案和现网实际需求，8+X四扇区组网方式具有实现简单、对现网影响程度小、实现灵活、场景针对性更强、现有站点大多满足改造条件等优点，所以，8+X四扇区组网方案更能适应现网对VOLTE业务深度覆盖的需求，能使运营商在小投入的基础上取得更为优越的网络性能质量。本文重点针对8+X四扇区的方案进行研究。

3　8+X四扇区实现方案

8+X方案在具体实现中可以有8+2和8+8两种方式：8+2方式指的是使用2通道的微型RRU实现第四个物理扇区，8+8方式指的是使用8通道的宏站RRU实现第四个物理扇区。无论哪种方式，最终都是通过对基站硬件设备改造实现的。

3.1　8+2四扇区硬件改造

基站机房侧改造：2通道与8通道RRU所对应的BBU不同，不能共用，所以BBU侧需新增一块LBBP基带板，如图3所示。

图3　BBU侧新增基带板

基站室外侧改造：室外RRU布放于建筑物的顶部，楼顶RRU侧使用微型设备easymacro(AAU3240)、RRU和天线集成一体，布放简单，安装方便，如图4所示。

图4　RRU侧使用easymacro

3.2　8+8四扇区硬件改造

基站机房侧改造：8通道RRU可插在原基带板第四个光口，BBU侧无需新增单板，如图5所示。

图5　BBU侧使用4光口

基站室外侧改造：楼顶RRU侧安装RRU3277+高增益天线，如图6所示。

图6　RRU侧增加RRU和天线

3.3　8+X四扇区组网方案应用注意事项

8+X四扇区组网方案并非适用于所有的情况，在对现网改造时应注意以下的适用条件与应用前提：

① 三扇区覆盖不能形成连续覆盖，需要加强覆盖广度；

② 深度覆盖不足，MR弱覆盖比例较高，需要加强覆盖深度；

③ 站点硬件设备尽量改造小，如基带板需配置UBBP板能容纳4扇区；

④ 天面空间充足，足以支撑4扇区的设备安装；

⑤ 存量抱杆充足或空间可新增抱杆；

⑥ 施工方便，物业、供电等协调方便，便于施工改造。

4　多扇区组网方案效果验证

4.1　测试场景

本文中8+X四扇区组网方案选定的实际场景如图7所示：基站高45 m，周边道路覆盖良好，站点西侧大楼和沿街楼层处于两扇区中间夹角，存在深度覆盖不足问题，现在本站1小区方位角340°，需兼顾约150°的广度覆盖，能力稍显不足。针对该场景，分别使用8+2和8+8两种方案在弱覆盖区域方向增加第四个物理扇区，通过与原方案在RSRP、SINR、MR等指标进行比较，验证改造后方案的实际效果。

图7　弱覆盖场景

4.2　8+2四扇区效果验证

应用该方案时，将新增的2通道第4扇区与原1扇区进行小区合并，这样在增强覆盖广度和深度的同时，可较大程度减少切换、降低干扰。

外场测试：该测试中，将室内和沿街的RSRP与SINR指标在网络改造前后进行了测量，结果如图8所示。通过图中数据对比可明显看出，在选取的试点区域进行8+2四扇区改造后，室内平均RSRP与沿街平均RSRP均有显著提升，其中室内的提升效果明显，从-102.7 dBm提升至 -97.6 dBm，该指标已经完全可以满足密集城区、重点交通干线等环境下的使用要求。此外室内平均SINR略有提升，沿街平均SINR没有变化。整体看，经过8+2四扇区改造后，在提升覆盖性能的同时，未引入明显负面影响，改造后取得了明显的效果。

图8　平均RSRP和SINR对比

现网中查验弱覆盖的有效方式是基于远程评测测量报告(Measurement Report，MR)方式[7]。8+2扇区组网方式的MR对比：使用柱状图对原3扇区和改造后的8+2四扇区MR弱覆盖占比进行比较，实验结果如图9所示。从实验数据可知，1小区(采用小区合并)MR弱覆盖占比从10.10%下降至6.39%，下降比例达37%，3小区下降65%，2小区指标下降2%。从测试结果看， 1、3小区的性能均有显著提升，2小区指标变化幅度较小，可认为是正常波动。因此可以说明，8+2四扇区解决单方向弱覆盖问题具有较大可行性。

图9　MR弱覆盖指标对比

网管指标对比：跟踪对比改造前后的网管主要KPI指标波动正常，未有明显恶化或异常。

干扰指标：图10反映了改造前后基站小区干扰噪声指标变化情况。从曲线的起伏变化可以看出，8+2四扇区改造后对2、3小区未引入其他干扰，反而在改造后这两个小区的干扰有所降低。1小区在与新引入的小区合并后干扰有明显下降，这可以解释为合并后小区深度覆盖性能提升的结果。

图10　干扰噪声指标对比

4.3　8+8四扇区效果验证

该方案不能进行小区合并，同时为了避免与相邻小区MOD3干扰，新增的8通道第4扇区采用与相邻小区不同的PCI值，同时开启beaforming自适应进行干扰抑制。

外场测试：该测试中，将室内和沿街的RSRP与SINR指标在网络改造前后进行了测量，结果如图11所示。通过图中数据对比可明显看出，在选取的试点区域进行8+8四扇区改造后，室内平均RSRP与沿街平均RSRP均有显著提升，其中室内的提升效果明显，从-102.7 dBm提升至 -97.5 dBm，该指标也已经完全可以满足密集城区、重点交通干线等环境下的使用要求。此外室内平均SINR提升明显，沿街平均SINR有略微提升。整体看，经过8+8四扇区改造后，系统整体覆盖性能得到提升，未引入明显负面影响，改造后取得了明显的效果。

图11　平均RSRP和SINR对比

MR指标对比结果如图12所示。从实验数据可知，1小区MR弱覆盖占比从10.10%下降至5%，下降比例达50%，2小区指标下降14%，3小区下降66%，新增4小区弱覆盖占比为2.79%。从测试结果看， 1、2、3小区的性能均有显著提升，新引入的4小区性能良好，低于其他3个小区的平均值。因此可以说明，8+8四扇区解决单方向弱覆盖问题具有较大可行性。

图12　MR弱覆盖指标对比

网管指标对比：跟踪对比改造前后的网管主要KPI指标波动正常，未有明显恶化或异常。

干扰指标对比：图13反映了改造前后基站干扰噪声指标变化情况。从曲线的起伏变化可以看出，8+8四扇区改造后，第四小区的加入未给其他小区带来干扰，且其自身的干扰噪声指标也维持在合理水平。

图13　干扰噪声指标对比

4.4　测试结论

本次试点验证表明：8+X四扇区改造方案可以有效解决深度覆盖问题，尤其MR弱覆盖比例降低显著；实际测试用户感知较明显，室内信号强度和质量有所提升，用户终端信号强度改善显著；通过本次实验可以说明，8+X四扇区改造后，系统在如下的KPI指数得到显著提升。

① MR弱覆盖指标大幅度降低，如图14所示。

图14　MR指标对比

② 基站整体吸收数据流量有所提升，如图15所示。

图15　吞吐量对比

③ 测试区域覆盖增强，信号干扰噪声比提升，如图16所示。

图16　覆盖测试对比

5　结束语

VOLTE网络在快速发展过程中，面临着深度覆盖和提升性能瓶颈。而弱覆盖问题一直是限制TD-LTE网络发挥优势的主要短板之一[8]。在密集城区，通过增加站点来改善弱覆盖情况将会愈来愈困难[9]，特别是现阶段需要统一租赁铁塔公司基站资源的情况给运营商带来了极大的困扰，也打破了中国移动原有站点多和覆盖广的优势。本文研究并验证了VOLTE网络8+x扇区的组网方式在现网中应用的效果，对运营商增强覆盖，提升网络性能提供了一些参考依据。本文提出的8+X四扇区方法在实际部署中还存在着建网成本高、切换增多、网优更复杂等问题，这也是需要进一步研究的方向。

[1]周峰许,许正锋,罗俊.VoLTE业务与技术实现方案的研究与分析[J].电信科学,2013,29(2):31-35.

[2]杜刚,熊尚坤,陈晓冬.VoLTE覆盖与容量分析[J].电信科学,2013,29(S1):193-195.

[3]邓安达,徐德平,孙林洁.TD-LTE无线网VoLTE改造工程验收指标研究及建议[J].电信科学,2015,23(S1)：27-32.

[4]吕亚莉,肖育苗.解决深度覆盖的原则和思路浅谈[J].移动通信,2017,41(13): 32-35.

[5]顾一泓,陆学兵,李钦竹.TD-LTE 6扇区组网研究.电信工程技术与化[J],2015,28(9):29-31.

[6]李国强,范树凯,崔岩.TD-LTE 8+X四扇区技术提升深度覆盖研究及应用[J].山东通信技术,2016， 36(3):19-22.

[7]赵明峰,汪洋,张皓彦.TD-LTE高价值区域深度覆盖解决方案探讨[J].移动通信,2016,40(1): 91-96.

[8]范波勇,张敏.TD-LTE系统中影响容量因素的研究[J].通信技术.2014(7):775-778.

[9]聂君,门里,钟声,等.LTE深度覆盖技术演进与方案选择[J].邮电设计技术，2016(10)：33-37.