4G六扇区劈裂基站部署策略研究

李 源，李鹏来，赵永强，湛 兰（中国联通武汉分公司，湖北武汉430014）

1 概述

随着2I2C业务快速发展，4G网络流量迅速增长，在部分热点区域，4G基站即使扩至三扇区三载波满配仍无法满足容量需求，为最大限度挖掘单站容量潜力，六扇区劈裂技术应运而生。通过该技术，将传统4G基站由三扇区提升到六扇区，理论上可大幅提升LTE单站无线容量。

4G六扇区劈裂是一项较新的技术，其技术特性如何，在实际应用部署中有哪些策略和注意事项，本文尝试就此进行分析和研究。六扇区劈裂基站可开通2T2R和4T4R 2种模式，由于4T4R在现网中还未规模部署，因此本文主要研究2T2R六扇区基站。

2 六扇区劈裂基站特性分析

2.1 六扇区劈裂技术原理

六扇区劈裂技术是通过将普通65°半功率角天线更换为内含2个33°半功率角天线的特制劈裂天线，再配合相应的双频4T4R RRU，可将4G单站容量配置从三扇区三载波提升为六扇区三载波，从而达到提升4G单站容量的目的（见图1）。

图1 六扇区基站原理及工程实施示意图

六扇区劈裂基站在具体工程实施上比较简单，如果原基站配置为三扇区三载波基站，只需要把原来每个扇区的2个独立的1.8 GHz RRU和2.1 GHz RRU替换为一个4T4R RRU，再将原天线替换为四端口劈裂天线即可。整个过程不新增站址，不新增天面资源占用，不新增铁塔租金，解决了目前站址获取困难，加站扩容分裂时间长、后期租金成本高等问题。

下面以现网试点部署的2个六扇区基站为例，从覆盖、干扰、容量3个方面对三扇区和六扇区基站效果进行分析和对比。

2.2 网络覆盖对比

基站劈裂为6个扇区后，由于每个扇区在空口上都有发射功率，加上所用的扇区劈裂天线为窄波束高增益（19 dBi）天线，比普通4G天线增益（16.5 dBi）高，六扇区基站各主瓣覆盖方向上能量更为集中，六扇区基站在改造前后每通道发射功率不变的情况下，下行覆盖水平好于普通三扇区基站。

现网2个六扇区劈裂基站在天线挂高倾角不变的情况下，下行RSRP都得到了提升，其中基站1下行平均RSRP从-85.34 dBm提升到-82.3 dBm，提升3.04 dB；基站2下行平均RSRP从-76.37dBm提升到-70.82 dBm，提升5.75 dB。

2.3 网络干扰对比

六扇区基站下每个扇区都在空口上发射，虽然所采用的劈裂天线通过特殊设计尽量抑制扇区间重叠覆盖，但由于空口发射功率的扇区数目增多，且需要部署六扇区劈裂的基站当前负荷都较高，因此劈裂后基站整体干扰水平将不可避免地增加。

从实地测试来看，2个站点替换为六扇区后，虽然经过多轮优化，SINR、CQI仍有不同程度的下降。其中，2个站点的SINR下降了0.06和0.07 dB，CQI下降0.47和1.24，CQI≥7的比例下降了0.8个百分点和1.1个百分点。

2.4 网络容量对比

对比基站改造前后10天忙时话务指标，2个站点的RRC连接数分别增加5%和12%，单用户感知速率提升17.6%和27.0%，上下行吸纳总流量增长了39%和48%，PRB利用率分别下降了9.6个百分点和12.9个百分点。

图2是2个基站改造前后PRB利用率和吸纳的流量对应散点图，可以看出改造为六扇区后，在相同的PRB利用率下，基站吸纳的上下行流量有了明显增长。

按如下公式计算容量增益：

2个基站忙时容量增益都在57%～58%。

2.5 六扇区基站特性小结

根据实地部署结果，总结六扇区基站特性如下。

a）网络覆盖：在同角度和同挂高的情况下，六扇区基站总体覆盖会有所改善。

b）网络干扰：六扇区基站干扰水平较原三扇区基站恶化，需要精细优化，尽量控制干扰。

图2 三扇区和六扇区流量、PRB利用率散点图

c）网络容量：六扇区相比原三扇区基站容量增益在60%左右，适合在现网热点区域进行部署。

3 六扇区基站部署策略

六扇区基站部署主要考虑以下几个问题。

a）适合六扇区基站部署的场景。

b）三扇区基站负荷达到什么门限以上可以考虑改造为六扇区。

c）三扇区基站当前网络干扰水平要满足何种条件，才能使六扇区基站发挥较好的作用，而不会因为部署后干扰水平的抬升导致实际效果不佳。

d）六扇区基站在功率分配、PCI分配等方面的策略。

3.1 部署场景

六扇区基站由于工程实施较为方便，因此针对传统三扇区4G基站已扩容至满配仍无法满足容量需求，且在周边新建热点分裂宏站、微站、室分较困难，建议通过六扇区劈裂改造进一步提升单站4G容量。

六扇区基站每个扇区半功率角从65°进一步收窄为33°，为防止频繁切换导致网络指标和用户感知下降，六扇区基站要尽量避免部署在高速移动场景，如高铁、高速公路等。

如果待改造的三扇区基站的天线安放较为集中，如安装在杆塔、拉线塔或楼面较小的楼顶炮台上等，则各扇区天线之间原来的夹角应不小于90°；如果原三扇区基站天线所安放的楼面较大，天线安放较为分散，则上述夹角门限可根据现场实际情况适当放宽（见图3）。

图3 扇区天线间夹角示意图

如果原基站各扇区间夹角不满足上述条件，则需要适当调整方位角。总的原则就是尽量减小六扇区改造后的各扇区间的重叠覆盖，同时使得话务尽量均匀分布在各扇区内，避免因重叠覆盖或扇区间负荷不均衡影响六扇区劈裂效果。一般建议扇区最大调整范围为［-15°，+15°］。

3.2 基站负荷门限

基站负荷与需要保障的业务种类密切相关，不同的业务对基站负荷要求的门限是不一样的。目前在实际工作中，主要保障1080P视频业务感知，要求1080P缓冲4 s后即可播放，此时用户感知速率要达到5 Mbit/s及以上（见表1）。

表1 视频业务与用户感知速率关系

图4给出了经过统计分析后的现网忙时下行PRB利用率与用户感知速率均值间的对应关系。总体来看，用户感知速率与PRB利用率强相关。PRB利用率越高，感知速率越低，反之亦然。

图4 用户感知速率均值与下行PRB利用率关系

从图4中可以看出，当PRB利用率低于55%时，可以确保用户感知速率达到5 Mbit/s及以上。考虑到55%这个门限值较低，现网满足该门限基站数量较多，如果都进行六扇区劈裂可能带来较大的网络投资压力，在实际工作中，建议针对不同场景，综合考虑投资收益、用户投诉等因素，设定不同的启动门限，表2给出了本文的推荐值。

表2 三扇区改造为六扇区推荐的CQI门限

3.3 基站干扰门限

网络干扰一般用下行SINR进行评估，考虑到下行SINR需要靠DT/CQT等方式实地测得，受测试路线、测试密度的影响较大，本文用CQI值替代SINR用于对网络质量的评估。CQI是手机在通话过程中自动向网络上报的信道质量指示，相比DT/CQT，其采样点数量巨大，且覆盖了基站下所有用户，采样更全面，更具有参考价值。

此处仍针对1080P视频业务感知，要求1080P缓冲4 s后即可播放，此时用户感知速率要达到5 Mbit/s及以上。

将现网平均CQI与感知速率对应关系进行统计（见图5），发现当CQI大于9时可以确保用户感知速率大于5 Mbit/s。根据本文第2章的结论，三扇区改造为六扇区后基站CQI值会有0.47～1.24的下降，此处将下降值设为1，得到了三扇区基站要劈裂为六扇区基站平均CQI所因具备的条件。在具体实施时，可以结合具体场景和用户投诉等因素适当放宽该门限，表3给出了本文的推荐值。

3.4 功率分配

目前用于六扇区劈裂的4T4R RRU支持单通道最大功率60 W，按照每10 MHz带宽分配10 W功率的原则，可支持1.8 GHz带内30 MHz带宽（30 W功率）和2.1 GHz频段10 MHz带宽（10 W功率），还有余量可分配给2.1 GHz频段第4载波（10 W）和NB1800（10 W）。在这种功率配置下，六扇区劈裂改造后单通道功率与原三扇区每单通道功率相同，此时PA/PB在改造前后也可以保持一致；考虑到六扇区劈裂后覆盖好于三扇区，为保持覆盖范围与原三扇区基站一致，可适当增加天馈下倾角1°或2°。

图5 现网CQI与用户平均感知速率关系

表3 三扇区三载波基站改造为六扇区推荐的CQI门限

如果原来三扇区基站为了增强覆盖，覆盖层（1.8 GHz）和容量层（2.1 GHz）功率都开到了40 W，则扇区劈裂后每通道无法满足原功率设置，此时建议优先保证覆盖层不收缩，降低容量层功率，同时PA/PB均保持不变；表4和表5列出了2种情况的典型功率和PA/PB设置组合。

表4 三载波基站配置

表5 双载波基站配置

3.5 PCI规划

劈裂后基站扇区增加到6个，因此同站下一定会有2个小区的PCI码模3相同，因此要将模3相同的2个PCI码分配给2个背向小区，尽量避开模3干扰，如图6所示。

4 总结

通过前面的分析，对4G六扇区劈裂基站部署策略总结如下。

a）六扇区劈裂技术适合扩容至满配后仍无法满足4G容量需求，且新建宏站困难、新建室分投资较大的区域。特别适合部署在校园网、工业园宿舍等4G热点区域，尽量避免在高速移动场景部署，如高铁、高速等。

b）六扇区基站相比三扇区基站，在下行覆盖改善，网络容量得到较大提升的同时，网络干扰水平会不同程度地恶化，因此针对六扇区基站需要进行精细优化，尽量控制干扰。

图6 六扇区PCI规划分配示意图

c）现网三扇区基站达到如表6所示门限时，可将三扇区基站改造为六扇区。

表6 三扇区基站改造门限

d）基站改造为六扇区后，每通道发射功率尽量与原基站相同，如无法满足条件，在优先保证覆盖层功率的同时，适当降低容量层功率。

e）六扇区基站中，背向2个小区的PCI码模3相同，尽量避开模3干扰。