5G时代城市快速路覆盖解决方案研究

牛剑峰 罗嘉滢 刘宣旺 谷澍

【摘要】    针对城市快速路5G覆盖中存在的信号覆盖弱与控制难，易出现重叠覆盖，越区覆盖，快衰和弱覆盖的问题，本文首先从城市快速路的具体场景分析入手，然后从场景分析、覆盖规划和优化3个方面研究城市快速路的覆盖解决方案，为运营商在城市快速路场景快速部署5G网络提供技术支撑。

【关键字】    城市快速路 5G业务模型    链路预算    权值优化

引言：

随着城市不断发展，交通负荷也随之增加，采用城市快速路可以有效缓解城市交通压力。但该场景具有建筑物密集，高楼阻挡等场景特殊性，这就为5G信号覆盖及优化带来了困难。因此如何利用工程整改及网络优化技术让5G信号均匀全覆盖高架桥快速路的同时减少基站间干扰保证高架桥快速路上的5G通信质量成为广大运营商首要解决的问题。本文将城市快速路作为特殊场景进行专项研究该场景下的5G组网建设及优化方案，旨在指导快速推进5G时代城市快速路精品网络的规划和建设。

一、城市快速路5G覆盖的场景分析

根据城市快速路的特征，其主要形式有两种：平面专线式、高架桥式、路堑隧道式。

1.平面专线式：

主要服务中心城區与周边城镇、重要旅游景点通道和联系城区外围交通枢纽、港口、高速公路出入口的集散通道。该场景下视野良好，无线传播以视距覆盖为主。

2.路堑隧道式：

在十字路口采用下挖式构造，当车辆经过改路段时，如同在凹槽底部。该场景下，当汽车从隧道外进入隧道内，隧道外大网信号经隧道洞口的严重阻挡侯在隧道内信号将迅速衰减，剧烈下降，形成明显的拐角效应，很容易引发掉话，因此需要注意隧道内外的信号覆盖衔接设计。

3.高架桥式：

通常架设在离地面几米到几十米的空中，路面为线性开放，通行能力大、道路两侧横向沟通较方便。高架会穿越多种场景区域，车道交叉纵横，可能是高楼林立的密集城区，也可能是和高架一样高的普通城区，由于特殊的环境特点，致使高架桥信号覆盖与控制较难，易出现重叠覆盖，越区覆盖，快衰和弱覆盖等问题[2]。

二、城市快速路5G规划方案

2.1 规划目标建议

目前城市高架桥快速路以2K 视频+智能手机、4K 视频+HDTV/VR（如表1 所示）等eMBB业务为主[3]，同时未来业务将以“高清视频”为主，成为流量增长的核心。高架桥用户大部分时间处于高速度运行，边缘速率规划建议按照 4K 视频业务需求：下行速率应大于50兆比特每秒，上行速率初期建议大于1兆比特每秒，后续根据不同的覆盖目标进行调整，可分阶段参考大于5兆比特 每秒。

2.2 链路预算分析

合理的站址规划不仅可以充分利用现有资源同时站址规划也会尽可能的合理。业务信道小区半径估算分析如表2所示，从中可以分析得出城区站址密度较郊区更密。使用NR2.6G 64T设备，按照边缘速率下行50Mbps、上行1.0Mbps的小区边缘速率，进行链路预算，得到密集城区小区覆盖256.42米，郊区小区覆盖561.63米

三、 城市快速路5G网络优化建议

由于城市高架道路存在距离地面较高，部分路段距地面高度超过27m，道路常规规划策略不能完全满足覆盖需求;个别站点因挂高不合理导致5G AAU天面阻挡导致无法有效覆盖高架路段;周边地理环境较空旷，很难达到高rank值，测试速率受到影响等场景特点，本文从工程建设整改及越区覆盖优化，切换优化，2G/3G互操作及5G天馈权值优化出发，对高架桥覆盖进行全方面优化。

3.1  工程建设与整改

在工程建设设计方面做如下方案，即5G宏站站间距不大于400m，5G AAU挂高不低于35m，对于站间距不合理问题，如果是快速路两旁有高层住宅楼的路段，可以在高层住宅楼楼顶安装AAU来补点。对于站点挂高不合理问题，通过现场查勘后输出整改方案，将有阻挡的AAU提升挂高至不被阻挡的区域，重新设计方位角，使优化保障区域覆盖正常。

3.2 越区覆盖优化

正常情况下，高架桥快速路小区呈链型分布。但部分小区可能因天线挂高过高、下倾角过小、地势起伏等原因导致越区覆盖。

周围宏站越区覆盖，如果越区覆盖信号来自周围宏站，为保证高架桥快速路信号的连续性，需要调整周围宏站以减小对高架桥快速路的影响。并做如下调整：加大周围基站的下倾角;调整天线方位，降低导频功率，降低天线高度。

3.3 切换优化

通过对城市快速路的覆盖控制，形成有序的小区分布，可保证城市快速路的平滑切换。通过城市快速路的切换参数和重选参数，与大网配置相同即可。针对切换区过小的情况，宜扩大信号的重叠区，信号重叠区应大于100m。对于因切换不及时造成的掉话一般的解决方法为，针对急转弯或连续急转弯的高速公路路段，建议将天线架设在转弯处，实现连续覆盖。如转弯两侧的小区覆盖连接储存在弱信号，可考虑配置偏移量，加速转弯处的切换或小区重选速度。

3.4  5G天馈权值优化

针对不同场景的特点对天线权值的调整及优化可以有效解决不同场景的覆盖情况。对于密集的城区，由于楼宇阻挡信号明显，边缘覆盖要求高，适用65°半功率角天线覆盖。对于高架桥快速路，由于话务范围窄长，覆盖重点是波束宽度窄，适用30°半功率角天线覆盖;郊区，农村由于面积广建筑较稀疏的特点，网络优化中重点再覆盖范围，因此适用90度半功率天线覆盖。

四、优化结果对比

大同高架快速干线是大同市着力构建的首个快速化综合立体交通体系，主线高架桥为双向六车道，地面道路为双向八车道，西起平城区大庆路，东至云州区文瀛东三路，全长13.07公里。通过路测数据得知整体下载速率不合格，下载速率为375.06Mbps左右。

对于站高和基站间距正常的，就用正常的天线权值3，水平65度，垂直6度，对于特殊情况下郊区沿线农村站间距大于标准站间距的，用水平65改成25度，垂直6度，和城区高架桥距离地面较高导致相对站间距不足的情况可以，水平65度，垂直6度改成25度。调整后复测，下载速率为779.23Mbps。

五、结束语

5G时代背景下用户对城市快速路高架桥上的网络覆盖性，业务质量等众多网络指标提出了更高的要求，如何在城市快速路越来越重要的情况下保障网络性能，保证客户感知，成为运营商迫切需要解决的问题。本文以大同城市快速路为例，从场景特点入手分析了城市快速路的覆盖特点，推到规划建设思路，并结合多元化优化方法从工程建设整改及5G天馈权值优化出发，对城市快速路覆盖进行全方面优化，稳步提升高架桥5G网络性能，并取得成效。

参  考  文  献

[1] 刘明爽. 关于移动无线网络优化技术的探讨[J]. 中国新通信， 2013（12）：88-89.

[2] 陈德荣， 刘永乾， 蒋丽. 移动通信网络规划与工程设计[M]. 北京邮电大学出版社， 2010.

[3] 杨峰义， 张建敏， 王海宁. 《5G网络架构》[J]. 自动化博览， 2019， No.313（10）：13-13.

[4] R. He， Z. Zhong， and B. Ai， “Path loss measurements and analysis for high-speed railway viaduct scene，” in Proc. 4th Int. Wireless Commun. Mobile Comput. Conf.， 2010， pp. 266–270.

[5] J. Lu， G. Zhu， and B. Ai， “Radio propagation measurements and modeling in railway viaduct area，” in Proc. 6th Int. Conf. Wireless Commun. Netw. Mobile Comput.， 2010， pp. 1–5.