張　潔，李　軍

(1.河北師范大學(xué) 匯華學(xué)院，河北 石家莊 050091；2.河北師范大學(xué)，河北 石家莊 050024)

0　引言

VOLTE與2G、3G語(yǔ)音通話有著本質(zhì)的不同，它是架構(gòu)在4G網(wǎng)絡(luò)上全I(xiàn)P條件下的端到端解決方案，VOLTE技術(shù)帶給4G用戶最直接的感受就是通話接通等待時(shí)間更短，音視頻通話服務(wù)質(zhì)量更高，通話更加自然[1]。LTE網(wǎng)絡(luò)已完成規(guī)?；ㄔO(shè)，隨著VOLTE業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，深度覆蓋不足問(wèn)題對(duì)VOLTE業(yè)務(wù)健康發(fā)展的阻礙作用日益突出，如何增強(qiáng)深度覆蓋業(yè)已成為提升VOLTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知的重要課題。VOLTE業(yè)務(wù)作為一種上行覆蓋受限業(yè)務(wù)，對(duì)覆蓋深度的敏感性較高[2]，如果網(wǎng)絡(luò)的覆蓋深度不足，則會(huì)直接導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量差、數(shù)據(jù)速率低、通話質(zhì)量不高等問(wèn)題。在目前市區(qū)主要采用D頻段組網(wǎng)的情況下，網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋能力不足是普遍存在的問(wèn)題，尤其是在居民樓、辦公區(qū)等室內(nèi)深度覆蓋場(chǎng)景下，弱覆蓋情況更為嚴(yán)重[3]。綜合現(xiàn)網(wǎng)中的應(yīng)用情況，促使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度覆蓋的主要原因是弱覆蓋和網(wǎng)絡(luò)的容量問(wèn)題[4]，所以,如何提升VOLTE業(yè)務(wù)的深度覆蓋，就成為了VOLTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要研究的一個(gè)重要課題。

本文首先介紹了兩種典型的多扇區(qū)組網(wǎng)方案，并對(duì)兩種方案的性能進(jìn)行了分析比較，在此基礎(chǔ)上對(duì)8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)側(cè)KPI指標(biāo)的評(píng)測(cè)來(lái)驗(yàn)證該方案的覆蓋效果。

1　多扇區(qū)組網(wǎng)方案介紹

多扇區(qū)組網(wǎng)是在站點(diǎn)和頻譜資源受限的情況下的一種新型組網(wǎng)建設(shè)解決方案，是在普通三扇區(qū)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加扇區(qū)數(shù)量，進(jìn)而提升基站覆蓋能力，增加基站吞吐量的一種技術(shù)。

在增加了扇區(qū)后，雖然單扇區(qū)的覆蓋面積減小，但是增大了整個(gè)基站的覆蓋面積和深度，如表1所示，在增加扇區(qū)數(shù)量后，同樣指標(biāo)條件下，四扇區(qū)覆蓋性明顯優(yōu)于三扇區(qū)。

表1三扇區(qū)與四扇區(qū)覆蓋性對(duì)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

同時(shí)，扇區(qū)的增加還可帶來(lái)基站吞吐量的增加，如表2所示，在基站資源豐富的條件下，要達(dá)到相同的吞吐量，四扇區(qū)要比三扇區(qū)覆蓋范圍更大。

表2三扇區(qū)與四扇區(qū)吞吐量對(duì)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，多扇區(qū)組網(wǎng)是解決VOLTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋問(wèn)題的有效方法。

多扇區(qū)組網(wǎng)主要存在兩種解決方案，一是通過(guò)窄波束高增益天線實(shí)現(xiàn)扇區(qū)分裂[5]，如圖1所示。

圖1　扇區(qū)分裂示意圖

該方案使用扇區(qū)軟劈裂技術(shù)，通過(guò)對(duì)天線通道的基帶加權(quán)，形成多個(gè)波束，每個(gè)波束一個(gè)小區(qū)，每小區(qū)8通道，即將原65°扇區(qū)分裂成2個(gè)36°扇區(qū)，在同一個(gè)RRU、同一個(gè)天線上建立兩個(gè)異頻的TD-LTE小區(qū)，不需額外新增硬件資源。然后利用TDD特有的智能天線波束賦形能力，通過(guò)調(diào)整天線幅度和相位權(quán)值，將2小區(qū)方位角各偏置一定角度進(jìn)行覆蓋。通過(guò)如上調(diào)整后,將傳統(tǒng)3扇區(qū)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閱握?扇區(qū)模式，從而提升基站覆蓋深度。

二是通過(guò)8+X的方式實(shí)現(xiàn)四扇區(qū)組網(wǎng)，針對(duì)性解決原先三扇區(qū)情況下區(qū)域弱覆蓋和深度覆蓋不足問(wèn)題[6]，如圖2所示。

圖2　8+X四扇區(qū)示意圖

該方法在原三扇區(qū)的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)扇區(qū)，形成單基站四扇區(qū)，從而有效地解決三扇區(qū)下旁瓣覆蓋力不足、扇區(qū)夾角不平衡、室內(nèi)覆蓋率差等問(wèn)題。第四個(gè)扇區(qū)有多種實(shí)現(xiàn)方式，該方法中“X”指的就是第四個(gè)扇區(qū)的實(shí)現(xiàn)方式，“8”指的是基站原有的用來(lái)實(shí)現(xiàn)三扇區(qū)的8通道RRU。

2　多扇區(qū)組網(wǎng)方案覆蓋性能分析

多扇區(qū)組網(wǎng)方案中六扇區(qū)和四扇區(qū)兩種解決方案的覆蓋性能均有其優(yōu)劣勢(shì)。對(duì)于六扇區(qū)的解決方案，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：能夠利用智能天線的波束賦形能力，增強(qiáng)邊緣覆蓋；發(fā)揮F頻段30 M帶寬優(yōu)勢(shì)，提高小區(qū)容量；降低上下行不平衡問(wèn)題，提升用戶接入能力。其劣勢(shì)主要體現(xiàn)在：六扇區(qū)重疊覆蓋度增高；MOD3干擾負(fù)面影響大；成本高，改造難度大；RF優(yōu)化工作量大；弱覆蓋場(chǎng)景針對(duì)性不強(qiáng)。

8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：① 對(duì)現(xiàn)網(wǎng)指標(biāo)影響??；② 2通道可靈活實(shí)現(xiàn)小區(qū)合并和小區(qū)分裂；硬件安裝方便。

8+X實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單：① 無(wú)多余RF優(yōu)化工作；② 弱覆蓋場(chǎng)景針對(duì)性強(qiáng)；③ 支持現(xiàn)網(wǎng)滿足條件多數(shù)站點(diǎn)。主要劣勢(shì)體現(xiàn)在：① 2通道RRU的功率較?。虎?2通道需新增基帶板；③ 個(gè)別站點(diǎn)需新增抱桿。

通過(guò)對(duì)比可以看出，扇區(qū)分裂六扇區(qū)組網(wǎng)方式和8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方式有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。綜合比較兩種方案和現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際需求，8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方式具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響程度小、實(shí)現(xiàn)靈活、場(chǎng)景針對(duì)性更強(qiáng)、現(xiàn)有站點(diǎn)大多滿足改造條件等優(yōu)點(diǎn)，所以，8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案更能適應(yīng)現(xiàn)網(wǎng)對(duì)VOLTE業(yè)務(wù)深度覆蓋的需求，能使運(yùn)營(yíng)商在小投入的基礎(chǔ)上取得更為優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)性能質(zhì)量。本文重點(diǎn)針對(duì)8+X四扇區(qū)的方案進(jìn)行研究。

3　8+X四扇區(qū)實(shí)現(xiàn)方案

8+X方案在具體實(shí)現(xiàn)中可以有8+2和8+8兩種方式：8+2方式指的是使用2通道的微型RRU實(shí)現(xiàn)第四個(gè)物理扇區(qū)，8+8方式指的是使用8通道的宏站RRU實(shí)現(xiàn)第四個(gè)物理扇區(qū)。無(wú)論哪種方式，最終都是通過(guò)對(duì)基站硬件設(shè)備改造實(shí)現(xiàn)的。

3.1　8+2四扇區(qū)硬件改造

基站機(jī)房側(cè)改造：2通道與8通道RRU所對(duì)應(yīng)的BBU不同，不能共用，所以BBU側(cè)需新增一塊LBBP基帶板，如圖3所示。

圖3　BBU側(cè)新增基帶板

基站室外側(cè)改造：室外RRU布放于建筑物的頂部，樓頂RRU側(cè)使用微型設(shè)備easymacro(AAU3240)、RRU和天線集成一體，布放簡(jiǎn)單，安裝方便，如圖4所示。

圖4　RRU側(cè)使用easymacro

3.2　8+8四扇區(qū)硬件改造

基站機(jī)房側(cè)改造：8通道RRU可插在原基帶板第四個(gè)光口，BBU側(cè)無(wú)需新增單板，如圖5所示。

圖5　BBU側(cè)使用4光口

基站室外側(cè)改造：樓頂RRU側(cè)安裝RRU3277+高增益天線，如圖6所示。

圖6　RRU側(cè)增加RRU和天線

3.3　8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案應(yīng)用注意事項(xiàng)

8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案并非適用于所有的情況，在對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改造時(shí)應(yīng)注意以下的適用條件與應(yīng)用前提：

① 三扇區(qū)覆蓋不能形成連續(xù)覆蓋，需要加強(qiáng)覆蓋廣度；

② 深度覆蓋不足，MR弱覆蓋比例較高，需要加強(qiáng)覆蓋深度；

③ 站點(diǎn)硬件設(shè)備盡量改造小，如基帶板需配置UBBP板能容納4扇區(qū)；

④ 天面空間充足，足以支撐4扇區(qū)的設(shè)備安裝；

⑤ 存量抱桿充足或空間可新增抱桿；

⑥ 施工方便，物業(yè)、供電等協(xié)調(diào)方便，便于施工改造。

4　多扇區(qū)組網(wǎng)方案效果驗(yàn)證

4.1　測(cè)試場(chǎng)景

本文中8+X四扇區(qū)組網(wǎng)方案選定的實(shí)際場(chǎng)景如圖7所示：基站高45 m，周邊道路覆蓋良好，站點(diǎn)西側(cè)大樓和沿街樓層處于兩扇區(qū)中間夾角，存在深度覆蓋不足問(wèn)題，現(xiàn)在本站1小區(qū)方位角340°，需兼顧約150°的廣度覆蓋，能力稍顯不足。針對(duì)該場(chǎng)景，分別使用8+2和8+8兩種方案在弱覆蓋區(qū)域方向增加第四個(gè)物理扇區(qū)，通過(guò)與原方案在RSRP、SINR、MR等指標(biāo)進(jìn)行比較，驗(yàn)證改造后方案的實(shí)際效果。

圖7　弱覆蓋場(chǎng)景

4.2　8+2四扇區(qū)效果驗(yàn)證

應(yīng)用該方案時(shí)，將新增的2通道第4扇區(qū)與原1扇區(qū)進(jìn)行小區(qū)合并，這樣在增強(qiáng)覆蓋廣度和深度的同時(shí)，可較大程度減少切換、降低干擾。

外場(chǎng)測(cè)試：該測(cè)試中，將室內(nèi)和沿街的RSRP與SINR指標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)改造前后進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如圖8所示。通過(guò)圖中數(shù)據(jù)對(duì)比可明顯看出，在選取的試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行8+2四扇區(qū)改造后，室內(nèi)平均RSRP與沿街平均RSRP均有顯著提升，其中室內(nèi)的提升效果明顯，從-102.7 dBm提升至 -97.6 dBm，該指標(biāo)已經(jīng)完全可以滿足密集城區(qū)、重點(diǎn)交通干線等環(huán)境下的使用要求。此外室內(nèi)平均SINR略有提升，沿街平均SINR沒(méi)有變化。整體看，經(jīng)過(guò)8+2四扇區(qū)改造后，在提升覆蓋性能的同時(shí)，未引入明顯負(fù)面影響，改造后取得了明顯的效果。

圖8　平均RSRP和SINR對(duì)比

現(xiàn)網(wǎng)中查驗(yàn)弱覆蓋的有效方式是基于遠(yuǎn)程評(píng)測(cè)測(cè)量報(bào)告(Measurement Report，MR)方式[7]。8+2扇區(qū)組網(wǎng)方式的MR對(duì)比：使用柱狀圖對(duì)原3扇區(qū)和改造后的8+2四扇區(qū)MR弱覆蓋占比進(jìn)行比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，1小區(qū)(采用小區(qū)合并)MR弱覆蓋占比從10.10%下降至6.39%，下降比例達(dá)37%，3小區(qū)下降65%，2小區(qū)指標(biāo)下降2%。從測(cè)試結(jié)果看， 1、3小區(qū)的性能均有顯著提升，2小區(qū)指標(biāo)變化幅度較小，可認(rèn)為是正常波動(dòng)。因此可以說(shuō)明，8+2四扇區(qū)解決單方向弱覆蓋問(wèn)題具有較大可行性。

圖9　MR弱覆蓋指標(biāo)對(duì)比

網(wǎng)管指標(biāo)對(duì)比：跟蹤對(duì)比改造前后的網(wǎng)管主要KPI指標(biāo)波動(dòng)正常，未有明顯惡化或異常。

干擾指標(biāo)：圖10反映了改造前后基站小區(qū)干擾噪聲指標(biāo)變化情況。從曲線的起伏變化可以看出，8+2四扇區(qū)改造后對(duì)2、3小區(qū)未引入其他干擾，反而在改造后這兩個(gè)小區(qū)的干擾有所降低。1小區(qū)在與新引入的小區(qū)合并后干擾有明顯下降，這可以解釋為合并后小區(qū)深度覆蓋性能提升的結(jié)果。

圖10　干擾噪聲指標(biāo)對(duì)比

4.3　8+8四扇區(qū)效果驗(yàn)證

該方案不能進(jìn)行小區(qū)合并，同時(shí)為了避免與相鄰小區(qū)MOD3干擾，新增的8通道第4扇區(qū)采用與相鄰小區(qū)不同的PCI值，同時(shí)開(kāi)啟beaforming自適應(yīng)進(jìn)行干擾抑制。

外場(chǎng)測(cè)試：該測(cè)試中，將室內(nèi)和沿街的RSRP與SINR指標(biāo)在網(wǎng)絡(luò)改造前后進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如圖11所示。通過(guò)圖中數(shù)據(jù)對(duì)比可明顯看出，在選取的試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行8+8四扇區(qū)改造后，室內(nèi)平均RSRP與沿街平均RSRP均有顯著提升，其中室內(nèi)的提升效果明顯，從-102.7 dBm提升至 -97.5 dBm，該指標(biāo)也已經(jīng)完全可以滿足密集城區(qū)、重點(diǎn)交通干線等環(huán)境下的使用要求。此外室內(nèi)平均SINR提升明顯，沿街平均SINR有略微提升。整體看，經(jīng)過(guò)8+8四扇區(qū)改造后，系統(tǒng)整體覆蓋性能得到提升，未引入明顯負(fù)面影響，改造后取得了明顯的效果。

圖11　平均RSRP和SINR對(duì)比

MR指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如圖12所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，1小區(qū)MR弱覆蓋占比從10.10%下降至5%，下降比例達(dá)50%，2小區(qū)指標(biāo)下降14%，3小區(qū)下降66%，新增4小區(qū)弱覆蓋占比為2.79%。從測(cè)試結(jié)果看， 1、2、3小區(qū)的性能均有顯著提升，新引入的4小區(qū)性能良好，低于其他3個(gè)小區(qū)的平均值。因此可以說(shuō)明，8+8四扇區(qū)解決單方向弱覆蓋問(wèn)題具有較大可行性。

圖12　MR弱覆蓋指標(biāo)對(duì)比

網(wǎng)管指標(biāo)對(duì)比：跟蹤對(duì)比改造前后的網(wǎng)管主要KPI指標(biāo)波動(dòng)正常，未有明顯惡化或異常。

干擾指標(biāo)對(duì)比：圖13反映了改造前后基站干擾噪聲指標(biāo)變化情況。從曲線的起伏變化可以看出，8+8四扇區(qū)改造后，第四小區(qū)的加入未給其他小區(qū)帶來(lái)干擾，且其自身的干擾噪聲指標(biāo)也維持在合理水平。

圖13　干擾噪聲指標(biāo)對(duì)比

4.4　測(cè)試結(jié)論

本次試點(diǎn)驗(yàn)證表明：8+X四扇區(qū)改造方案可以有效解決深度覆蓋問(wèn)題，尤其MR弱覆蓋比例降低顯著；實(shí)際測(cè)試用戶感知較明顯，室內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度和質(zhì)量有所提升，用戶終端信號(hào)強(qiáng)度改善顯著；通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明，8+X四扇區(qū)改造后，系統(tǒng)在如下的KPI指數(shù)得到顯著提升。

① MR弱覆蓋指標(biāo)大幅度降低，如圖14所示。

圖14　MR指標(biāo)對(duì)比

② 基站整體吸收數(shù)據(jù)流量有所提升，如圖15所示。

圖15　吞吐量對(duì)比

③ 測(cè)試區(qū)域覆蓋增強(qiáng)，信號(hào)干擾噪聲比提升，如圖16所示。

圖16　覆蓋測(cè)試對(duì)比

5　結(jié)束語(yǔ)

VOLTE網(wǎng)絡(luò)在快速發(fā)展過(guò)程中，面臨著深度覆蓋和提升性能瓶頸。而弱覆蓋問(wèn)題一直是限制TD-LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的主要短板之一[8]。在密集城區(qū)，通過(guò)增加站點(diǎn)來(lái)改善弱覆蓋情況將會(huì)愈來(lái)愈困難[9]，特別是現(xiàn)階段需要統(tǒng)一租賃鐵塔公司基站資源的情況給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了極大的困擾，也打破了中國(guó)移動(dòng)原有站點(diǎn)多和覆蓋廣的優(yōu)勢(shì)。本文研究并驗(yàn)證了VOLTE網(wǎng)絡(luò)8+x扇區(qū)的組網(wǎng)方式在現(xiàn)網(wǎng)中應(yīng)用的效果，對(duì)運(yùn)營(yíng)商增強(qiáng)覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)性能提供了一些參考依據(jù)。本文提出的8+X四扇區(qū)方法在實(shí)際部署中還存在著建網(wǎng)成本高、切換增多、網(wǎng)優(yōu)更復(fù)雜等問(wèn)題，這也是需要進(jìn)一步研究的方向。

[1]周峰許,許正鋒,羅俊.VoLTE業(yè)務(wù)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案的研究與分析[J].電信科學(xué),2013,29(2):31-35.

[2]杜剛,熊尚坤,陳曉冬.VoLTE覆蓋與容量分析[J].電信科學(xué),2013,29(S1):193-195.

[3]鄧安達(dá),徐德平,孫林潔.TD-LTE無(wú)線網(wǎng)VoLTE改造工程驗(yàn)收指標(biāo)研究及建議[J].電信科學(xué),2015,23(S1)：27-32.

[4]呂亞莉,肖育苗.解決深度覆蓋的原則和思路淺談[J].移動(dòng)通信,2017,41(13): 32-35.

[5]顧一泓,陸學(xué)兵,李欽竹.TD-LTE 6扇區(qū)組網(wǎng)研究.電信工程技術(shù)與化[J],2015,28(9):29-31.

[6]李國(guó)強(qiáng),范樹凱,崔巖.TD-LTE 8+X四扇區(qū)技術(shù)提升深度覆蓋研究及應(yīng)用[J].山東通信技術(shù),2016， 36(3):19-22.

[7]趙明峰,汪洋,張皓彥.TD-LTE高價(jià)值區(qū)域深度覆蓋解決方案探討[J].移動(dòng)通信,2016,40(1): 91-96.

[8]范波勇,張敏.TD-LTE系統(tǒng)中影響容量因素的研究[J].通信技術(shù).2014(7):775-778.

[9]聶君,門里,鐘聲,等.LTE深度覆蓋技術(shù)演進(jìn)與方案選擇[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2016(10)：33-37.