李晉英，祁育仙，王俊峰，張逢飛

（1.山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030012；2.山西世恒鐵路技術(shù)有限公司，山西 太原 030006）

1 研究背景

據(jù)工信部發(fā)布的通信業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2020年我國(guó)全部已開(kāi)通5G基站超過(guò)71.8萬(wàn)個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國(guó)地級(jí)以上城市及重點(diǎn)縣市。隨著5G基站部署，學(xué)校校園、大型商業(yè)購(gòu)物中心、五星級(jí)賓館酒店等場(chǎng)景的口碑樓宇5G覆蓋成為通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重點(diǎn)[1]。2019年3月，上海聯(lián)通、上海工程技術(shù)大學(xué)已攜手建成滿(mǎn)足3GPP NSA架構(gòu)的“3.5GHz 5G+人工智能應(yīng)用聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”并正式投入使用，該校園共部署5G室外宏站5個(gè)，室內(nèi)型微基站1個(gè)，實(shí)現(xiàn)校園、辦公區(qū)、科研區(qū)、宿舍區(qū)的5G信號(hào)覆蓋，使上海工程技術(shù)大學(xué)成為全國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的高校，加快了校園5G覆蓋進(jìn)程，如何進(jìn)行校園5G覆蓋已成為通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一大焦點(diǎn)[2]。而歷年來(lái)室分各種建筑物覆蓋一般先挑選試點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工開(kāi)通后測(cè)試覆蓋效果，再根據(jù)試點(diǎn)測(cè)試結(jié)果，推廣到類(lèi)似場(chǎng)景建筑物的方案設(shè)計(jì)。采用經(jīng)驗(yàn)性的方案設(shè)計(jì)有可能存在弱覆蓋區(qū)域需要整改，使得工程項(xiàng)目建設(shè)成本、工期增加。

如何對(duì)覆蓋區(qū)域一次性做好覆蓋是所有設(shè)計(jì)員應(yīng)該認(rèn)真考慮的問(wèn)題之一。而Ranplan軟件可以在設(shè)計(jì)施工前對(duì)建筑物進(jìn)行建模仿真，通過(guò)調(diào)整信源功率、天線(xiàn)數(shù)量等方式對(duì)各種制式的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到比較好的覆蓋效果。針對(duì)校園4G、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，對(duì)某校園宿舍樓3#使用Ranplan軟件進(jìn)行仿真，通過(guò)展示在不同的信源發(fā)射功率、不同設(shè)備數(shù)量安裝下該宿舍樓4G、5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量指標(biāo)，分析了校園宿舍路區(qū)域的容量需求，進(jìn)而提出一些校園5G Lampsite覆蓋方案建議，為校園5G室分Lampsite方案設(shè)計(jì)提供一些參考[3]。

2 校園網(wǎng)絡(luò)仿真分析

2.1 校園仿真建模

目前主流的傳播模型有COST 231-Hata和3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型，COST 231-Hata模型是COST工作委員會(huì)開(kāi)發(fā)的Okumura-Hata模型的擴(kuò)展版本，適用于2GHz以下頻率范圍，3GPP TR38.901中采用的ITU傳播模型頻率使用范圍是0.5GHz-100GHz。Ranplan仿真軟件采用的傳播模型正是基于3GPP TR38.901的ITU傳播模型，是一款室內(nèi)外聯(lián)合仿真工具，可以實(shí)現(xiàn)宏基站、常規(guī)DAS室分系統(tǒng)、新型室分系統(tǒng)的建模與仿真。

現(xiàn)在支持4G-1800M+5G-3500M制式的PRRU產(chǎn)品的發(fā)射功率有250mW和500mW兩種，基于這兩種發(fā)射功率的PRRU信源，采用Ranplan仿真軟件對(duì)該宿舍樓3#進(jìn)行建模。圖1、圖2分別是某校園宿舍樓3#的1F、2F-6F的建筑結(jié)構(gòu)圖。

圖1 宿舍樓3#-1F建筑結(jié)構(gòu)圖

圖2 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑結(jié)構(gòu)圖

2.2 校園不同發(fā)射功率下的4G、5G網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果及分析

在宿舍樓3#每層安裝布放3個(gè)PRRU，采用光電復(fù)合纜連接到RHUB，在250 mW和500 mW兩種不同的發(fā)射功率下，采用Ranplan仿真軟件對(duì)該宿舍樓3#添加Lampsite分布系統(tǒng)后的建筑建模覆蓋平面圖如圖3、圖4所示：

圖3 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖4 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發(fā)射功率為250mW時(shí)，校園宿舍樓3#的4G、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量指標(biāo)仿真結(jié)果如圖5-圖8所示：

圖5與圖6顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95.53%，滿(mǎn)足聯(lián)通口碑場(chǎng)景4G覆蓋要求（RSRP值大于-105dBm的占比大于等于95%）。

圖5 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結(jié)果-250mW

圖6 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結(jié)果-250mW

圖7與圖8顯示：宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為86.26%，小于90%，不滿(mǎn)足聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標(biāo)網(wǎng)指標(biāo)（RSRP≥-110 dBm的占比要大于等于95%），圖中空白區(qū)域是收不到5G信號(hào)的區(qū)域。

圖7 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結(jié)果-250mW

圖8 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結(jié)果-250mW

PRRU發(fā)射功率為500mW時(shí)，宿舍樓3#的4G、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量指標(biāo)仿真結(jié)果如圖9-圖12所示：

圖9與圖10顯示：宿舍樓3#4G RSRP值大于-105dBm的占比大于等于97.08%，滿(mǎn)足聯(lián)通口碑場(chǎng)景4G覆蓋要求。PRRU設(shè)備數(shù)量相同時(shí)，PRRU為250mW時(shí)，4G覆蓋滿(mǎn)足要求，PRRU功率增大1倍，4G的覆蓋肯定也滿(mǎn)足要求，軟件的仿真結(jié)果符合常理。

圖9 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結(jié)果-500mW

圖10 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結(jié)果-500mW

圖11與圖12顯示：該宿舍樓3#5G SS RSRP值大于-110dBm的占比最大為89.19%，亦小于90%，也不滿(mǎn)足聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標(biāo)網(wǎng)指標(biāo)。

圖11 宿舍樓3#-1F-5G SS RSRP仿真結(jié)果-500mW

圖12 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結(jié)果-500mW

以上測(cè)試結(jié)果說(shuō)明PRRU發(fā)射功率為500mW相比250mW，4G RSRP占比在-60dBm到-40dBm區(qū)間提升最明顯，占比至少提升2.57%，大于等于-105dBm占比95%以上整體至少提升1.55%；5G SS RSRP占比在-70 dBm到-50dBm的區(qū)間內(nèi)提升幅度最大，SS RSRP值大于-110dBm的占比至少提升2.50%。由此可見(jiàn)，PRRU發(fā)射功率提升1倍，4G、5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量都有所提升，且5G的覆蓋質(zhì)量提升效果優(yōu)于4G。

2.3 校園不同設(shè)備數(shù)量下的仿真結(jié)果及分析

基于5G覆蓋效果不能達(dá)到聯(lián)通運(yùn)營(yíng)商要求，修改了宿舍樓3#的PRRU設(shè)備布放數(shù)量，每層增加1個(gè)，每層平均安裝布放4個(gè)，建筑建模并添加Lampsite分布系統(tǒng)后的覆蓋平面圖如圖13、圖14所示：

圖13 宿舍樓3#-1F建筑建模覆蓋平面圖

圖14 宿舍樓3#-（2F-6F）建筑建模覆蓋平面圖

PRRU發(fā)射功率為250mW時(shí)，校園宿舍樓3#的4G、5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量指標(biāo)仿真結(jié)果如圖15-圖18所示：

由圖15-圖18可知：每層增加1個(gè)PRRU，4G的弱覆蓋區(qū)域明顯得到了改善，覆蓋更均勻。與圖5-圖8相比，5G SS RSRP大于等于-110dBm值的占比大幅提升，覆蓋更加均勻，與圖9-圖12相比，5G SS RSRP值更高，且圖中無(wú)信號(hào)的空白區(qū)域明顯減少。

圖15 宿舍樓3#-1F-4G RSRP仿真結(jié)果-250mW

圖18 宿舍樓3#-（2F-6F）-5G SS RSRP仿真結(jié)果-250mW

3 校園容量分析

騰訊王卡、冰激凌套餐等不限流量產(chǎn)品的迅速發(fā)展使得校園網(wǎng)絡(luò)面臨巨大的容量和負(fù)荷壓力。

為了驗(yàn)證上述仿真校園為高負(fù)荷校園，對(duì)該校園進(jìn)行了日均話(huà)務(wù)量和流量統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：該校園日均流量3769.39GB，日均話(huà)務(wù)量2663.18Erl，最大用戶(hù)數(shù)4664，平均PRB利用率77.73%，RRC最大連接用戶(hù)數(shù)大于50，根據(jù)目前5G校園網(wǎng)建設(shè)原則可判定該校園為4G高負(fù)荷站點(diǎn)。而校園中宿舍樓區(qū)域是流量話(huà)務(wù)量需求最大的區(qū)域，可見(jiàn)該校園中宿舍樓區(qū)域?yàn)楦哓?fù)荷區(qū)域，那么該校園宿舍樓區(qū)究竟需要配置多少容量可以滿(mǎn)足需求？該校園共有8棟宿舍樓，共居住學(xué)生4000人，聯(lián)通市場(chǎng)占有率為40%，根據(jù)后臺(tái)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，忙時(shí)用戶(hù)RRC激活率為60%，下行占空比為15%。按4G下行5Mb/s、5G下行50 Mb/s的速率保障用戶(hù)感知的情況下，該區(qū)域共需要配置14.4個(gè)20MHz帶寬的4G載扇和9個(gè)100 MHz帶寬的5G載扇。表1、表2是對(duì)該校園8棟宿舍樓區(qū)域的4G、5G容量預(yù)測(cè)結(jié)果。

圖16 宿舍樓3#-（2F-6F）-4G RSRP仿真結(jié)果-250mW

表1 宿舍樓區(qū)域4G容量配置需求預(yù)估

表2 宿舍樓區(qū)域5G容量配置需求預(yù)估

目前該校園宿舍樓區(qū)域開(kāi)通6個(gè)20MHz帶寬的4G載扇、7個(gè)100MHz帶寬的5G載扇，4G、5G容量均需要進(jìn)一步提升。采用Lampsite的覆蓋方式，可以按每個(gè)RHUB劃分1個(gè)小區(qū)或者幾個(gè)RHUB合并劃分1個(gè)小區(qū)，后期有可能擴(kuò)展到每個(gè)PRRU劃分1個(gè)小區(qū)，方便提升校園容量。

4 結(jié)束語(yǔ)

由以上分析可知：增加1倍的PRRU發(fā)射功率，會(huì)改善4G和5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，但增加PRRU的數(shù)量，弱覆蓋和無(wú)信號(hào)區(qū)域會(huì)更明顯得到改善，區(qū)域覆蓋更加均勻。可見(jiàn)對(duì)于校園宿舍樓，增加PRRU數(shù)量比增加PRRU的發(fā)射功率覆蓋質(zhì)量效果會(huì)更好，但校園宿舍樓5G覆蓋要達(dá)到聯(lián)通5G室分系統(tǒng)目標(biāo)網(wǎng)指標(biāo)（RSRP≥-110dBm的占比要大于等于95%）的要求會(huì)比較困難?？梢?jiàn)，對(duì)校園宿舍樓做5G覆蓋的Lampsite方案設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于長(zhǎng)度為60m的宿舍樓，橫向至少應(yīng)放置4個(gè)PRRU設(shè)備，才可以更好地實(shí)現(xiàn)5G覆蓋。該結(jié)論能夠?qū)π@樓宇的5G Lampsite方案設(shè)計(jì)提供一些參考，也能夠?qū)Χ喔舳蔚馁e館酒店、商業(yè)購(gòu)物區(qū)等覆蓋場(chǎng)景的5G Lampsite方案設(shè)計(jì)提供一定依據(jù)。