校园网络结构优化与一体化微站应用

西安汇龙科技股份有限公司 刘建勋

4G网络中，校园做为一个重要的场景，拥有大量的学生用户，品牌忠诚度高，是未来高端用户的潜在群体。

陕西联通根据校园网络业务增长需求和趋势，结合网络实际情况，采用宏微协同、异频组网、一体化微站部署的方案，对校园网络开展结构改造工作。有效解决了校园场景深度覆盖和容量不足的问题。

1 研究背景

1.1 容量负荷增长

统计陕西省联通部分地市业务量，从2018年1月到2019年6月之间，4G网络日均业务量从40TB增长至288TB左右，增长7倍多。根据目前业务量增长趋势，预计到2020年底，网络业务量将迅猛增长，网络容量将面临巨大挑战。

1.2 校园深度覆盖问题

校园场景用户主要集中在室内，教学及宿舍楼等主要由混凝土建成，造成对无线网络信号的损耗。

条件：穿一层混凝土墙和穿一层混凝土楼板情况：

LS自由空间损耗=32.45+20lgf+20lgd

L链路总损耗=Ls自由空间损耗+墙体损耗（混凝土楼板+混凝土墙）+衰落余量

=（32.45+20lg2100+20lg0.05）+10+13+8=103.87dbm

天线输出功率+天线增益

=34-10lg1200+7=10.21dbm

满足深度覆盖需求：

RSRP=10.21-103.87=-93.66dbm

假设穿透一层混凝土墙和一层混凝土楼板情况下，采用L2100MHz频段，计算出理想环境下距离、路径损耗、及接收到功率关系。从以上计算结果得出结论，随着路径距离增加，路径损耗和接收到功率成明显下降趋势

在校园场景中，宏站间距一般在400～500m，由于自由空间的损耗及房屋的阻挡，室内无线信号RSRP一般在-110～-113dBm左右，和日常测试结果基本吻合。集团对4G网络良好覆盖门限要求RSRP大于等于-110dBm，因此在部分校园的室内场景中，存在深度覆盖不足问题。

2 异频组网&宏微协同解决方案

2.1 现网频率规划

中国联通现网频率总计61M，其中900MHz频段占用6M，1800MHz频段占用30M，2100MHz频段占用25M。其中WCDMA使用2100M频段中的5M，GSM使用6M，剩余50M频率用于LTE网络，除过1800MHz的20M做第一载波外，仅剩余30M带宽可做第二第三载波扩容，出现频率资源紧缺问题。

2.2 异频组网频率方案

针对校园网络存在的同频干扰问题，我们提出异频组网的方案。宏站采用L1.8G，对室内深度覆盖区域采用2.1G频段。

具体频率使用如下：

（1）LTE宏站建议采用1840-1860MHz和1830-1840MHz进行整体覆盖。

（2）LTE室内小基站，建议采用2135-2155MHz、2555-2575MHz进行深度覆盖。

（3）针对WCDMA网络建议采用2130-2135MHz覆盖。

小微站异频组网特点：

（1）随着校园网络业务量剧增，可对现网宏站进行第二载波扩容。

（2）预留10M、20M分配给小基站使用，进行灵活扩容。

（3）小基站与宏小区容量相同，但是功率小、相互之间干扰小，布放灵活。

（4）微站异频组网，可通过参数控制业务承载，范围可大可小，有效吸收话务。

基于网络分层概念，将覆盖层与吸热层用频率分开，异频组网后，通过异频切换，功率调整等参数有效控制小基站覆盖范围。

2.3 宏微协同一体化微站部署

2.3.1 小微基站概述

小微基站一般是指单通道发射功率等级≤10w的系列产品，具有体积小、低功率和低功耗等特点，目前为区别于宏基站的基站类型的统称。

小微站根据其安装的位置可以分为室内型和室外型。根据其是否包含基带又可以分为一体化微基站和一体化微RRU。

2.3.2 网络分层部署方案

（1）网络分层

根据覆盖范围和功能不同，校园网络可划分为布局层、补盲层、吸热层，达到精细化分层管理目的。

布局层：主要指在校园道路、绿地、广场、足球场等开放区域，利用传统宏蜂窝组网方式，在满足一定站距、站高及覆盖指标要求下，对其进行有效整体覆盖。

补盲层：主要在校园的部分小道，小区域局部存在覆盖不足情况的，为了补充解决布局层站点的室内外局部无覆盖或弱覆盖问题，保证网络结构的合理与稳定，可选用室外一体化微站、室外一体化微RRU设备灵活组网。

吸热层：主要针对校园的宿舍、食堂、汇报厅、室内体育场等区域，具有人流量密集，业务量需求大，明显的潮汐效应等特点，是校园网络覆盖的重点区域。为满足热点业务吸收，保障热点区域用户感知，发展和储备承载能力，主要采用室内/外一体化微站、室内/外一体化微RRU设备。当小微站用于吸热时，可采用异频组网，减少同频干扰。

（2）小微站部署特点

➢对安装位置要求低，部署位置选择灵活，可在灯杆、墙面等上安装。

➢设备灵巧美观，集成度高，采用POE供电，便于施工部署等优点。

➢小区容量与宏站相同，功率较小，相互干扰小，有利于在人流量大区域的吸热。

➢多种技术灵活运用，采用多载波（聚合）技术、异频异系统部署、扇区分裂/合并、微站外打（对打）等手段，针对不同场景需求进行部署。

（3）异频组网参数配置策略

➢空闲态异频重选策略

小基站为吸热层，异频组网，小基站信号相对做基础覆盖层的大网信号质量占绝对优势，建议只要满足小基站最小接入门限，UE优先驻留在小基站上。建议将小基站优先级设置高于大网。以本文为例，小基站（2100M频段）优先级设置高于大网（1800M频段）（厂家不同，有所差异）。

情形1：服务小区优先级低于邻小区，服务小区为1800M频段大网。

情形2：服务小区优先级高于邻小区，服务小区为2100M频段小基站。

（4）小区合并策略

为了解决校园场景的潮汐效应，充分利用载频资源，在场景区域连续的情况下，可以对关联场景采用小区合并技术。例如：宿舍区与教学区合并小区、大型体育场馆单独小区、食堂与宿舍区合并小区、图书馆与教学区合并小区。

（5）设备选型策略

针对校园不同场景选用不同的实施方案，见表1校园小微站解决方案。

表1 校园小微站解决方案

3 西安电子科技大学长安校区实例

3.1 整体改造方案

结合校园网络的规划特点，根据宏微协调组网的原则，实现高密度场景，解决深度覆盖和吸热的方案，我们以西安电子科技大学新校区做为蓝本开展相关改造工作。

实施安装：

宿舍楼室内区域主要由PAD RRU楼顶对打方式进行覆盖；重要楼宇主要依据其结构特点分区域规划，空旷过道区域由PAD RRU覆盖，密集高话务区域由QCell覆盖。

远望谷体育馆由于体量较大，内部结构复杂，是典型的点域覆盖场景，按照人员活动方向划分区域，利用PAD RRU覆盖人行通道、QCell覆盖坐席看台，做到无缝覆盖。

3.2 网络效果评估

精准规划、施工和优化调整后，校园内RSRP>-105的采样点占比从80.72%提升到96.53%，提升了15.8%，校园整体RSRP基本大于-105dBm，覆盖得到明显改善。

CQI>6的采样点占比由83.97%提升到93.6%，提升了10.6%，质量得到明显改善。

室内区域，以8号、12号号宿舍楼区域，微站开通后宿舍楼内平均RSRP覆盖在-82.5dBm左右，SINR质量在18dB左右，业务下载速率在43Mbps，整体覆盖和质量相对开通前得到明显改善。

3.3 经验推广

在西安电子科技大学长安校区，通过采用“异频组网，宏微协同，一体化微站立体覆盖”的方案实施。通过分层组网，宏站采用L1.8G整体覆盖，微站采用L2.1G覆盖热点区域的方式，能够有效地解决校园网的深度覆盖不足、同频干扰、业务负荷高的问题，提高了校园用户的感知。

随着校园网络业务量的不断增长，为了解决4G网络存在的深度覆盖和容量不足的问题。陕西联通结合现网实际情况，采用“异频组网，宏微协同，一体化微站立体覆盖”的校园网综合解决方案，有效解决LTE网络室内深度覆盖不足及容量不足问题，增加了系统容量，提高了用户感知。