皮基站深度覆盖应用*

程奎淋，王原广，韩 飞，曾品英

（中国电信股份有限公司四川分公司，四川 成都 610015）

0 引 言

4G网络成熟稳定运行，为用户提供了良好的通信服务。但是，随着业务的发展，用户对深度覆盖提出了更高要求。目前，深度覆盖主要采用室内分布解决，但受物业协调、配套建设等多方面制约，实施难度不断加大。皮基站微形化、低功率，采用IP宽带回传，基本无需物业协调和配套工程建设，部署快、成本低，是4G网络末梢解决深度覆盖的有效补充手段[1]。为更好地应用LTE皮基站，进一步提升4G网络深度覆盖水平，特开展皮基站深度覆盖应用研究。

1 组网架构

1.1 系统网元

皮基站系统主要网元包括皮基站、皮基站网关、皮基站网管、AAA服务器、时钟服务器以及初始化服务器等。各网元主要功能如下。

（1）皮基站主要具备无线资源管理、移动性管理、物理层处理、收发机功能和设备状态监控等功能，支持通过皮基站网管进行远程软件版本升级，参数配置/查询，状态监控/查询，故障管理，支持将相关信息上报给皮基站网管。

（2）皮基站网关包括安全网关和信令网关两个网元。安全网关主要负责皮基站建立安全隧道和鉴权，实现与皮基站之间的双向认证，同时完成数据业务的汇聚、转发；信令网关实现信令的汇聚、转发功能。

（3）皮基站网管负责皮基站参数配置、性能管理、告警管理以及软件升级等，各厂家皮基站设备具备支持统一网管的能力。

（4）AAA服务器负责皮基站设备认证等。

（5）时钟服务器负责皮基站提供网络时钟同步信息。

（6）初始化服务器的基本功能是将皮基站设备网管IP地址、安全网关IP地址（信令网关IP地址由皮站网管下发）、AAA证书服务器IP地址通过信息交互发送给皮基站。

1.2 网络架构

皮基站应用主要有两种组网架构。第一种是皮基站通过网关接入EPC，由网关统一进行业务和信令的汇聚和转发。采取这种架构基站传输主要采用PON接入方式。皮基站也可不经过网关直接接入核心网，这种架构基站传输主要采用IPRAN接入，也可先通过PON接入，再转接到IPRAN汇入核心网。第二种组网方式与现网宏站接入架构相同。

为简化皮基站部署，方便维护管理，实际应用中，皮基站主要采用第一种架构，即采取PON+网关方式接入网络，充分发挥宽带接入部署快、成本低等优点，如图1和图2所示。

图1 皮基站PON+网关接入示意

图2 皮基站PON+网关接入结构

1.3 皮基站产品

皮基站是一种小型化、低功率、低功耗微蜂窝基站，典型设备形态可分为企业级2×125 mW和家庭级2×50 mW，支持2.1 GHz/1.8 GHz/800 MHz等多种频段，如图3所示。

图3 皮基站

家庭级产品支持至少8个激活态用户和24个RRC连接态用户；企业级产品支持至少32个业务并发用户和96个RRC连接态用户。

2 应用场景

2.1 覆盖能力

无线电波传播会产生传播损耗，经过不同墙体或建筑物，不同频段无线传播信号损耗也不相同[2]，具体如表1所示。

表1 典型穿透损耗

通过链路预算和实际测试，2.1 GHz频段皮基站典型覆盖半径在20～50 m。家庭级皮基站主要适用200 m2以内的场景，企业级皮基站主要适用200～600 m2的场景。800 MHz频段皮基站覆盖能力基本为2.1 GHz皮基站的2倍。

2.1.1 成都某住宅小区地下停车场覆盖测试

某住宅小区地下停车场面积超2×104m2，如图4所示。为了满足客户对停车场电梯和出入口等重点部位的覆盖需求，试点安装一个2.1 GHz企业级皮基站，验证局部区域信号的覆盖情况。

图4 某住宅小区地下停车场

如图5所示，根据实测，以RSRP达到-110 dBm为要求，覆盖距离可达45 m左右。停车场相对封闭，信号纯净，SINR较好。

2.1.2 成都某写字楼地下停车场覆盖测试

写字楼地下停车场共两层，单层面积约1 000 m2，在地下一层中间部位安装一个800 MHz皮基站，如图6所示。

如图7所示，从实际测试看，单个皮基站即可满足该地下两层停车场的基本覆盖需求。

图5 某住宅小区2.1 GHz覆盖测试

图6 某写字楼地下停车场

图7 写字楼地下停车场800 MHz覆盖测试

2.2 应用定位

LTE皮基站主要定位局部小区域、低容量需求区域覆盖补盲，需要避免产生高容量负荷问题[3]。

优先在封闭或半封闭场所使用，优先采用2.1 GHz相对较高频段的设备，降低设备插花组网对大网的影响和干扰，具体如表2所示。

如图8所示，皮基站设备主要部署于室内。根据场景封闭特征，室内场景可进一步细分为：大型开间场景，如商场、卖场以及停车场等；隔间场景，如公寓宿舍、酒店等；开间隔间混合场景，如办公区等。

不同场景业务应用与业务特性各不相同。例如：小型卖场类，业务容量需求一般；酒店类场景，业务稳定且有一定容量需求；停车场类，满足薄覆盖即可，容量需求不高。皮基站主要应用于中低容量覆盖类场景的深度覆盖需求，如表3所示。

为了达到更好的覆盖效果，皮基站安装位置应根据实际布放，尽量置于开阔处，靠近使用客户，如表4所示。

表2 皮基站覆盖应用场景分类

图8 皮基站深度覆盖典型应用场景

表3 皮基站典型频段应用

表4 皮基站布放典型位置

2.3 深度覆盖解决方案对比

对比不同深度覆盖解决方案，基站主要应用于覆盖面积小、容量要求低的孤点场景[4]，对比情况如表5所示。

表5 不同深度覆盖解决方案对比

2.4 典型场景应用举例

2.4.1 VIP家庭

场景特点：用户数量少，对网络质量十分敏感，话务量和业务数据量大，要求有稳定的信号覆盖质量和较快的数据传输速率，覆盖面积100～200 m2，有一定宏站或室分信号覆盖，但需要补强加深。

覆盖方案：建议选用1 800/2 100 MHz频段家庭级皮基站，单台设备自带全向天线覆盖半径约10 m，合理安排放装位置，可确保各房间覆盖场强和信号质量，可就近使用家用宽带回传核心网，开通简便快速。

2.4.2 临街中小型商铺

场景特点：覆盖区用户流动性大，平均流量不高，重点满足移动支付业务需求。

覆盖方案：考虑覆盖面积大小和人流量，选择1 800/2 100 MHz频段企业级皮基站，单台设备自带全向天线覆盖半径约10～15 m，与附近宏站/室分站配置切换关系后，可实现同频、异频S1接口切换及重选，保证用户体验顺畅，建议吊顶倒立安装，就近使用宽带回传。

2.4.3 中小型办公室/会议室

场景特点：开放式或少隔断的办公室，用户容量一般，对信号稳定性要求高，平均流量适中。

覆盖方案：建议选用1 800/2 100 MHz频段企业级皮基站，建议吊顶倒立安装或挂墙安装。

2.4.4 智能抄表系统

场景特点：电表、水表、气表等多集中安装于写字楼/住宅地下室或一楼强电机房/水房内，只需网络业务且流量小，要求在有限范围内覆盖。

覆盖方案：考虑覆盖面积和数据大小，选用800 MHz频段家庭级/企业级皮基站，配置5 MHz带宽FDD～LTE即可满足流量需求；800 MHz频段穿透、绕射效果好，适合大面积覆盖，建议使用宽带回传，开通便捷，便于物业维护。

2.4.5 营业厅

场景特点：覆盖区用户流动性大，峰值流量大，代表网络形象。

覆盖方案：考虑覆盖面积大小和人流量，选择1 800/2 100 MHz频段企业级皮基站，保证用户体验顺畅，建议吊顶倒立安装，可就近使用宽带回传。

2.4.6 地下停车场

场景特点：停车场面积空旷，用户数和峰值流量都不大，满足基本覆盖即可，重点满足停车费支付应用。

覆盖方案：考虑覆盖面积大小，选用800 MHz频段企业级皮基站，配置5 MHz带宽FDD～LTE即可满足流量需求；800 MHz频段穿透、绕射效果好，适合大面积覆盖，使用宽带回传，开通便捷，便于物业维护。

3 基站开通

3.1 与核心网和网关对接配置

皮基站不经过网关直接接入EPC的开通方式与传统宏站一样，与MME直接对接，配置主要包括MME负载均衡、IPSEC开关以及MME地址等参数。

皮基站采取PON+网关接入EPC时，无需配置MME地址，直接与网关对接成功即可，主要进行网关对接配置，包括鉴权、安全网关、信令网关、基站时钟运行模式以及网管地址等参数。

3.2 传输配置

皮基站直接接入EPC时，传输配置方式与传统宏站一样，主要由IPRAN承载。

皮基站采取PON+网关架构时，皮基站需要与网关互通，传输主要由PON承载，需指定H端口。

传输网络质量直接影响基站运行和用户体验，传输网络质量指标包括时延、丢包率、网络抖动和带宽等，站点开通前必须对传输网络进行测试。

如表6所示，不同业务对网络指标要求也有差异，VoLTE业务要求端到端时延小于等于100 ms，丢包率小于等于10-6；如果需要满足所有业务，端到端时延小于等于50 ms（实时游戏），丢包率小于等于10-6。

表6 皮基站传输网络性能要求

3.3 基站配置

基站配置主要包括PLMNID、RF状态、频点、带宽、TAC、eNodeB ID、Cell ID、PhyCellId（PCI）以及功率参数等。

皮基站不通过网关直接接入EPC时，TAC、eNodeB ID和Cell ID参数需与大网宏站规划一致。

采取PON+网关架构时，因网关寻呼容量问题，皮基站TAC必须单独规划，不能与大网宏站相同。如果皮基站与大网宏站采用相同TAC，则相同TAC下所有基站（宏站与皮基站）的寻呼均会通过皮基站网关，可能会导致网关处理停顿而影响业务。采取PON+网关架构时，皮基站TAC与大网宏站TAC属于插花配置，要求皮基站主要应用于相对封闭的覆盖场景，尽量减少与大网的频繁切换，以避免影响网络质量。

皮基站TAC、eNodeB ID和Cell ID规划原则如下。

（1）采用PON+网关架构的皮基站，TAC和eNodeB ID单独规划，与大网不同，如图9所示。直接接入EPC架构的皮基站TAC和eNodeB ID规划应与大网一致。

图9 皮基站TAC规划

（2）皮基站TAC与特服分区对应，应严格按照规划实施。

（3）建议单TAC不超过500个皮基站。

（4）为节约使用eNodeB ID码号资源，地理位置接近的多个皮基站原则上应规划相同的eNodeB ID，通过不同的CELL ID予以彼此区分。为方便管理，CellID分配1～15共计15个，即单个eNodeBID可供15个皮基站共同使用，如图10所示。

（5）单个eNodeB ID码只能归属于1个TAC，禁止跨TAC进行CELL ID规划，如图11所示。

4 网络优化

4.1 邻区配置

皮基站可开启SON功能，自动添加邻区。

皮基站主要采用S1切换，比较适合于对切换要求不高的单点覆盖场景。对连续覆盖要求高、切换频繁的场景，不建议部署皮基站。

4.2 重选和切换

皮基站重点应用于深度覆盖问题解决，用户驻留和切换策略建议采用皮基站优先原则，如表7所示。

图10 皮基站CellID规划

图11 皮基站TAC和CellID规划要求

表7 皮基站典型重选和切换优化

基站开通并完成参数设置后，现场应及时测试验证，验证手机驻留、数据业务和VoLTE业务功能是否正常，测试终端重选和切换性能是否正常，确保网络质量满足客户需求，如图12所示。

图12 皮基站切换测试

5 网络质量要求

皮基站主要应用于容量要求不高的局部单点弱覆盖场景，实际应用中需要做好现场查勘和分析，确保方案设计合理。

基站开通后需要及时测试，确保质量指标达标，满足用户良好的业务体验[5]。

皮基站质量指标要求，如表8所示。

表8 皮基站质量指标要求

皮基站网管可以开展基站告警监控，也可提取接通率、掉话率、流量以及RRC用户连接数等关键性能指标，方便网络质量分析和优化。

6 试点应用

成都某办公区因周边基站站址难协调，室内属于信号盲区，客户反映强烈，严重影响用户办公和业务联系。办公区质量指标，如表9所示。

表9 某办公区质量指标

经现场查勘分析，它基本属于无线信号盲区，办公区有隔断和过道，客户容量要求一般，皮基站可满足信号覆盖距离。

基站开通后现场测试，信号质量满足客户需要，业务功能和网络切换正常。

办公区皮基站应用效果对比情况，如图13所示。

图13 办公区皮基站应用效果对比

7 结 语

皮基站充分利用固定光纤宽带接入方式，安装简单，宽带装维人员或基站代维人员均可胜任基站安装和开通工作，只需做好流程管控、参数规划和性能质量管理等工作，即可以低成本建设方式有效提升深度覆盖质量。皮基站深度覆盖解决方案应用，有效提升典型场景无线网深度覆盖质量，有较强实践性和操作性，可根据场景实际推广应用。