数据业务热点区域TD网络覆盖解决方案

1 成果上报申请书 成果名称 数据业务热点区域 TD 网络覆盖解决方案 成果申报单位 江苏 省（自治区 /直辖市）公司 成果 承担 部门 /分 公司 网络 部门 / 项目负责人姓名 项目负责人联系电话 和 Email 成果专业类别 * 无线 所属专业部门 * 网络线条 成果研究类别 * 相关网络解决方案 省内评审结果 * 通过 关键词索引（ 3 5个） 数据热点区域、室内深度覆盖策略、 TD over CATV、空分复用技术 /伴随信道复用技术、基带池资源调度技术 应用投资 万元（指别的省引入应用 大致 需要的投资 金额 ） 产品版权归属单位 江苏 对企业现有标准规范的符合度： （按填写说明 4） 符合 成果简介 ： 简要描述成果 目的和意义，解决 的 问题，取得的社会和经济效益。 室内覆盖是目前移动 通信 网络吸收话务量、解决深度覆盖并提升用户感受的主要手段。根据 国外运营商 的最新统计，室内场所吸收了将近 70%的话务量，这些场所主要 包括了写字楼和酒店 等 室内场景。 从目前的 2G/2.5G 网络运营经验可知 ， 约 60%左右 的移动用户分布在室内 场所 。 从长远来说，引入室内分布系统进行室内覆盖对 TD-SCDMA 网络来说 起着至关重要的作用 ，一方面它能够对 TD 网络进行深度覆盖，加强弱覆盖区域的信号，吸收室内数据业务 量，改善 TD 数据用户的体验；同时 TD室分系统能 分担室外 宏站负荷 ，扩大网络容量， 进而 从整体上提高 TD 网络 数据业务 的服务水平。 针对 TD-SCDMA 室内分布系统与其他通信 制式 的室内分布系统相比， 存在 工作频段 较 高， 无线电波损耗衰减较 大，信号室内传播能力 较 差，深层覆盖难度 较 大 等问题，本项目进行了细致的分析并提出了相应 的解决方案。本项目主要针对室内分布系统中高档酒店和写字楼两种场景进行研究。 经济和社会效益： 1.使用 TD over CATV 技术：降低协调和施工难度，充分利用现有管道资源，减少工程成本。解决酒店特别是居民小区的室内信号深度覆盖难题，提升用户感知，提高移动网络品牌效应。易操作，在 GSM/WLAN 等其他移动通信领域可以直接推广。 2.使用空分复用和伴随信道复用：无需硬件更换，只需软件版本升级，有效降低了硬件投资，成本可控；收益成倍增长，使用伴随信道技术后，在同样的资源条件下最多可以比原来接入多达 4 倍的用户，相 当于增加了 4 倍的效益；提升用户体验，使用空分复用技术多个用户可以共享带宽，改善TD 码道受限的短板，增加与其余 3G 制式竞争的筹码。 3.使用基带池资源调度技术：降低建网成本，充分利用闲置设备，提高资源利用率，共享区域之间的话务资源；节省大量基带资源，据试验证明， 24 载扇的资源动态共享配置后能满足使用前 36 载 2 扇的业务需求，节省资源达 1/3；使用该技术还可在夜间无业务量时自动关闭部分闲置资源，减少耗电，大大节约成本。 省内试运行效果： 描述 成果引入后在本省 试运行 方案 、取得的效果 、推广价值和建议 等。 本课题 针对数据业务热点区域的深度覆盖，提出了多种解决手段，包括 TD over CATV 技术、空分复用技术、伴随信道复用技术和基带池资源调度技术，有效解决“入户难”、高负荷、干扰大、覆盖差等问题，不但容量可提升到 2 3 倍，节省投资成本；而且质量大大提高，提升用户感知度。这些技术均适合于在集团内推广应用，其中， over CATV 技术和基带池资源调度技术也适合在 GSM 等其他移动通信领域推广应用。 本课题提出的技术方案和成果广泛应用于南京 TD 三期室内分布系统建设中，在 提高 室分网络覆盖、多 角度多 维度解决深度覆盖难题 、充分利 用网络资源 等方面起到了较好的指导作用， 使得南京TD 三期室内分布系统的网络质量有了较大的提升，在去年年底集团公司组织的 TD 室内 CQT 测试检查中名列前茅。同时，本课题提出的一些成果 在降本增效方面也有积极的意义 ，为公司节约了大量的资源。 文章主体（ 3000 字以上，可附在表格后）： 根据成果研究类别，主体内容 的 要求有差异，具体要求 见表格后的“填写说明 5”。 项目背景： 室内覆盖是目前移动 通信 网络吸收话务量、解决深度覆盖并提升用户感受的主要手段。根据 国外运营商 的最新统计，室内场所吸收了将近 70%的话务量，这些场所主 要 包括了写字楼和酒店 等 室内场景。 从目前的 2G/2.5G 网络运营经验可知， 约 60%左右 的移动用户分布在室内 场所 。 从长远来说，引入室内分布系统进行室内覆盖对 TD-SCDMA 网络来说 起着至关重要的作用 ，一方面它能够对 TD 网络进行深度覆盖，加强弱覆盖区域的信号，吸收室内数据业务 量，改善 TD 数据用户的体验；同时 TD室分系统能 分担室外 宏站负荷 ，扩大网络容量， 进而 从整体上提高 TD 网络 数据业务 的服务水平。 针对 TD-SCDMA 室内分布系统与其他通信 制式 的室内分布系统相比， 存在 工作频段 较 高， 无线电波损耗衰减较 大，信号室内传 播能力 较 差，深层覆盖难度 较 大 等问题，本项目进行了细致的分析并提出了相应的解决方案。本项目主要针对室内分布系统中高档酒店和写字楼两种场景进行研究。 理论依据和解决方案： 1. 室内深度覆盖 集团公司在 3G(TD-SCDMA)网络三期工程室内分布系统建设指导原则对分布系统规划与建设提出以下指标： a) 室内分布无线覆盖边缘场强： i. 普通建筑物： PCCPCH RSCP=-80dBm C/I=0dB。 ii. 地下室、电梯等封闭场景： PCCPCH RSCP=-85dBm C/I=-3dB。 b) 室内信号的外泄电平：在室外 10 米处应满足 PCCPCH RSCP 95dBm 或室内分布外泄的 PCCPCH RSCP 比室外宏站最强 PCCPCH RSCP 低 10dB。 c) TD-SCDMA 室内分布信源功率： PCCPCH 信道按照 32dBm 进行功率预算。 d) 天线口功率要求： PCCPCH 信道（双码道）功率一般建议不超过 10dBm。 对于酒店、写字楼等场景，可以采取如下措施： 1. 采用“小功率，多天线”的天线分布思路，信号只经过一次穿透覆盖室内； 2. 考虑天线进客房、会议室、办公室、餐厅、娱乐场所等重要区域。 3. 提高天线口功率，从前期的 5dBm 提高到不超过 10dBm。 4. 在条件允许的情况下可采用定向天线由临窗区域向内部覆盖的方式，有效抵抗室外宏站穿透到室内的强信号，使得室内用户稳定驻留在室内小区，获得良好的覆盖和容量服务，同时也减少室内小区信号泄漏到室外的场强。 2. 干扰抑制策略 3 在干扰方面可以采用提高隔离度的 办法来抑制干扰： 1. 选择适合场景的天线，从天线的波束宽度、增益等方面，严格控制选择性能较差或者不适合场景的天线造成泄露严重 2. 合理选择天线的安装位置，因地制宜发挥无线环境天然的隔离作用 3. 合理进行小区规划，利用建筑物本身的隔离作用提高小区间隔离度 4. 合理规划频点，综合考虑 楼宇室内、室外的频点规划，做到同频小区隔离度最大化 通过对小区进行相应的规划，可以提高小区间的隔离度。如下图所示：规划方案二，通过楼层地板可以提高小区间的隔离度，提高系统性能。规划方案一，多小区覆盖导致小区间隔离度底，特别是目前 TD 系统 B 频段仅有 15MHz 的带宽情况下对系统性能影响比较大。进行 TD 室分系统规划时，尽可能优先选择规划方案二作为室分站点规划准则。 图 1 小区规划方案 3. 信源设计 信源设计利用 BBU+RRU 组网的 特点，写字楼和宾馆必要时可以采用多小区的设计方案， 满足容量规划要求，利用容量和覆盖独立规划的特点，考虑后续小区分裂扩容的便利性。 BBU 规划：根据设备性能，考虑容量需要的基带板数量、传输数量等，可采用多个 BBU 满足大容量要求。 RRU 规划：采用单通道 RRU 覆盖，满足单个小区至少 2 个 RRU（通道）的要求，以采用空分复用技术，同时考虑方便以后小区分裂和通道分裂； RRU 的分区域覆盖，规划时应使得各个 RRU分区间的隔离度尽可能高（建议隔离度应大于 12dB），以利于提高空分复用性能及后期扩容，降低改造工作 量。 对于高档酒店来说，如果是单层 125 20 平米的长条形酒店，单层面积在 2500 平米左右，RRU 按照 32dBm 输出，天线口功率在 10dBm 左右，大概能覆盖 2 层，约 30 副天线，总覆盖面积大约 5000 平米。 如果是单层 47 41 平米的回形酒店，单层面积在 1900 平米左右， RRU 按照 32dBm 输出，入户后天线口功率 0-5dBm，大概能覆盖 5 层左右，约 50 副天线，总覆盖面积大约 9500 平米。 对于高档写字楼场景 1 个单通道 12W RRU 的 PCCPCH 功率输出 32dBm 的情况下，如果按照天线间距 10 米来考虑，大约 能够带 40 面全向吸顶天线，每面吸顶天线覆盖直径 10 米的话，覆盖面积大约在 4000 平米左右。 如果按照天线间距 15 米来换算，大约能够带 32 35 面全向吸顶天线，每面吸顶天线覆盖直径 15 米，覆盖面积大约在 4800 5300 平米左右。 4 RRU 覆盖能力还与分布系统结构、建筑结构、隔断材质、房间布局等因素密切相关。 4. 容量规划 在 TD 建设初期，室内分布单小区载频配置以 O3 为主，数据业务需求较高的站点后期可引入A 频段，载频配置达到 O6（ A 频段 3 载波， B 频段 3 载波）。对于酒店、写字楼场景可结合用户预测及分布情况，采用多个小区建设。在分布系统设计时，应保证扩容的便利性，当配置容量紧张时，尽量做到在不改变分布系统架构的情况下，通过空分复用、增加载波及小区分裂等方式快速扩容，满足业务需求； （ 1）原则上应采用多个单通道 RRU 进行物业点覆盖，以利于使用空分复用功能；对于 业务需求较小的物业点，可以采用单个单通道 RRU 进行覆盖。 （ 2）针对业务需求特别高的站点，在满足覆盖需求的情况下，可适当增加 RRU 的数量 来满足今后业务扩容需求。 以数据业务市场推广行为和计划为导向，作为容量规划的主要参考，同时根据 2G 系统的数据业务流量和数据用户数，作为 3G 系统容量规划的参考。 TD-SCDMA 室内分布重点为 HSDPA 业务规划、兼顾 R4 业务容量规划，必要。时增加 HSUPA 业务的规划。 a. R4 业务容量规划 对容量要求不高的情况下，可以按照中移集团在 TD-SCDMA 三期网络建设中指导意见，使用以下的话务模型 表 1 集团 TD 三期话务模型 按照上述话务模型，考虑系统 75%负载，时隙配置为 2:4，可计算出单个小区支持的 R4 业务 用户数为 700 多个用户。 对容量要求较高情况下，建议修正的话务模型如下： 表 2 修正话务模型 5 按照上述话务模型，考虑系统 75%负载，时隙配置为 2： 4，单小区 O3 配置可支持的 R4业务用户数为 450 多个用户。 规划小区数 =用户数 /每小区容纳用户数。 b. HSDPA 业务规划模型 在 2： 4 时隙配置情况如下图： 图 2 2： 4 时隙配置图 HS 在线用户数受限于 HS 的吞吐量和上行信令带宽，实际应用中，还受调度算法、快速衰落环境等因素的影响。下面分析影响在线用 户数的因素。 吞吐量因素：一定的 HS 吞吐量能承载一定的 GBR 用户数，我们用 HS 吞吐量除以 GBR 的速率，作为该吞吐量所能承载的 GBR 用户数。 信令带宽因素：一定的信令信道带宽能容纳一定用户数的信令，在特定配置下，配置的伴随DPCH 的个数决定了最大在线用户数。 应用环境因素：在实际应用中，受到调度算法、快速衰落环境等影响，系统吞吐量有所降低，实际的在线用户数将受到影响 对于下行 A-DPCH，其占用的码道资源是固定的 2 个 SF=16 的码道，未开启复用功能时，接入 6 个 HSDPA 用户；开启复用功能复用系数为 2 时，可 以接入 12个 HSDPA 用户，上行速率还可以动态调整。在最小上行速率为 16K 时，上行可接入 HSDPA 用户数为 14 个（辅频点，主频点 13 6 个）。 根据不同时隙配置下的 HSDPA 数据业务吞吐量计算如下： HSDPA 时隙数为 1：上行 DPCH 可用码道数为 14（主载波为 13），下行 DPCH 可用码道数为 22，极限吞吐率为 560k； HSDPA 时隙数为 2：上行 DPCH 可用码道数为 14（主载波为 13），下行 DPCH 可用码道数为 14，极限吞吐率为 1.12M； HSDPA 时隙数为 3：上行 DPCH 可用码道数为 14（主载波为 13），下行 DPCH 可用码道数为 6，极限吞吐率为 1.68M，。 由上述计算，可以得到用户速率和单载波容纳用户数的关系： 表 3 用户速率和单载波容纳用户数的关系表 根据上表，通过市场策略，如发展用户数，单用户要求下载速率，规划 HSDPA 载波数。计算关系如下： HSDPA 载波数 =HSDPA 用户数 /单载波接入用户数，其中单载波接入用户数由单用户要求速率，根据上表计算出来。 5. 小区规划 根据容量规划结果，估算小区个数，以及载波配置。 酒店和写字楼可以规划多个小区满足容量；不同室内场景可根据无线环境，可以规划多个异频小区满足容量。 在对小区进行规划时，应遵循以下原则： （ 1） TD-SCDMA 室内分布系统小区规划要充分考虑室内具体环境。规划时重点考虑 小区之间的隔离。可以借助建筑物的楼板、墙体等自然屏障产生的穿透损耗形成小区间的隔离。 （ 2）空旷或封闭性较差的室内环境（如：同一楼层由多个小区覆盖的商场、超市，上下分区的楼宇中电梯及电梯厅，或挑空大堂等开放性室内环境），必须严格控制不同小区之间的覆盖区域，并通过不同小区之间采用 异频组网等手段，保证分布系统达到性能指标要求。 （ 3）小区数量应均衡覆盖和容量，并结合不同厂家的产品性能及 RRU 数量综合确定，从而避免后期容量增加对现网室内分布系统做大的调整。 6. 扩容策略 方案设计兼顾后续数据业务扩容， “ 载波扩容 小区分裂 通道分裂 ” 三级扩容的规划思路。 载波扩容：通过增加小区的载波数进行扩容，后期可采用增加其他的 A 频段扩容； 小区分裂：通过小区分裂，提高频率的复用率，提升系统容量； 通道分裂：小区分裂不能够满足容量需求时，通过单通道的小区，分裂为多通道小区，应用 HSPA 空分复用技术， 2 倍提升系统数据吞吐量，进一步提高频率资源利用率。 7 在无线资源扩容时，同时需要充分考虑到传输 E1 的需求 a. 载波扩容 对于数据业务需求不大的室内覆盖可采用 3 个频点组网，采用小区分裂方式提 高频率复用率满足更高的容量。 而在数据业务密集区域， O3 小区不能满足数据业务需求，特别是针对半开阔场景，无法通过小区分裂使用相同的 3 个频点同频组网，需要组成 O6 或者 O9 的小区 ,可适当增加载波。 b. 小区分裂 TD 室分系统采用 BBU+RRU 模式，可实现覆盖与容量的独立规划；如果原来的站 点 是单小区覆盖，根据不同场景进行进一步的小区分裂。相当于该站点新增载波资源，达到扩容的效果。 图 3 小区分裂示意图 c. 通道分裂 对于特殊场景，可以在原来单 RRU 覆盖区域，进行通道分裂方式；如果 2 个 RRU 还是规划为同一小区，可以利用新技术 HSDPA 空分复用提高载波利用率；如果 2 个 RRU 规划为 2 个小区，与小区分裂同理。 R R U 1 覆 盖单 R R U 覆 盖R R U 2 覆 盖图 4 通道分裂示意图 7. 电梯覆盖策略 室内电梯环境中，主要考虑的是用户在建筑物内的水平和竖直两个方向上的移动。用户常遇到的两个问题是： 8 （ 1） 由于电梯、特别是电梯门的金属结果导致信号的大幅减弱（普通电梯一般在 10 20dB 左右，某些高档电梯的损耗达到 30 40dB，所以在勘测时务必注意电梯的材质、损耗的相关情况，以指导电梯覆盖的设计），正在通话的用户进出电梯时会遇到信号上的突变的问题。 （ 2）另一方面，位于运动着的电梯中的正在通话中的用户，当电梯上下通过不同楼层时，用户也可能会遇到切换或电话掉线的问题。 电梯覆盖可采用以下几种方式： （ 1）井道定向天线覆盖方式： 可以在电梯井道设置多个定向板状天线来解决覆盖不足的问题，一般每副板状天线可覆盖大约 3 层电梯井。目前是使用最普遍的电梯覆盖方式。 （ 2）候梯厅吸顶天线覆盖方式： 适合电梯数较少，候梯厅集中且便于布线、电梯穿透损耗小的情况下使用。在每层电梯厅门口，将吸顶天线放置于候梯厅门口的天花板上，信号从电梯门缝中辐射进电梯，可以同时兼顾电梯内和电梯外的覆盖。为了防止电梯在高速运行过程中可能产生的切换掉话，建议所有的天线均属于同一小区。 （ 3）泄漏电缆覆盖方式： 在每部电梯 的井道内沿线槽垂直放置一根泄漏电缆，泄漏电缆的安装位置尽量靠近候梯区。这种覆盖方式信号呈均匀分布，且输出信号强，可同时兼顾侯梯区的覆盖，减少进出电梯的切换。所以适用于高层、高速电梯覆盖。此方法成本高，施工困难，一般楼宇一般不采用此方法。适合观光电梯等特殊用途电梯。泄漏电缆安装要求：电缆不可直接接触任何金属物体。同时电缆外侧距混凝土墙至少 50mm，距金属物体至少 100mm。 应用技术 1. TD over CATV 在高档酒店、密集住宅区等场景建设传统的室内分布系统比较困难，主要是体现在线缆的布放上， TD 合路后对天线密度要求更高，更需要重新布放线缆，为此提出了一种新的室内分布解决方案 远端微功率分布系统。 远端微功率分布系统 是无线网络建设中的一种室内外信号分布系统，以光纤、五类线（或 CATV电缆）等作为传输介质，实现高带宽、全双工、线性射频放大及低损耗传输、分配的通信设备的总称。标准型配置包括标准型主单元、扩展单元和远端无线单元；简约型配置包括简约型主单元、远端无线单元。 通过对 CATV 和五类线两类传输方式的优劣对比，综合分析各自的实用性以及对原有系统的利用率，最终采用以 CATV 为传输方式的组网方案。 共用天线电视（ Community Antenna Television）是一种新兴的电视接收、传输、分配系统。由于它是利用电缆传送和分配电视信号，故又称为电缆电视（ Cable Television）。 有线电视网 (CATV)是中国普及最广的网络，在已建的宾馆 酒店 、居民小区中绝大部分都已建成。 因此 以 CATV 传输线缆为媒介，利用 CATV 线缆传输 TD 信号这种方法可以很好地解决“入户难”的问题，并通过远端无线单元对室内进行覆盖，改善特定空间的通信质量。 通过 CATV 线缆将 TD 信号引入到客房内部，解 决了由于墙体等原因引起的信号衰减导致客房内信号偏弱无法通话或因电平强度过低与室外信号产生频繁切换。在整个系统中，信源由主单元抽取馈入，利用合路器将 TD与 CATV 两种信号进行合路，通过原有 CATV 线缆传输 TD 信号，最后在客房内部的 CATV 接口处，接入远端无线单元，将 TD 与 CATV 信号分离开来。其中 TD 9 信号通过内置天线进行转发， CATV 信号通过外置接口接到电视机上。其系统原理如图所示 图 5 TD over CATV 系统原理图 图 6 有源系统原理图 远端微功率系统的信源是从原有系统中取得，再将信源引到主 单元，与 CATV 主信号合路后通过CATV 线缆进行传输，最后在客房终端将信号分离，完成有线电视的传输与 TD 信号的覆盖。 该系统的无源终端放大器技术指标如下： 10 图 7 无源终端放大器技术指标 对于传输距离较长，传输损耗较大的场景，可以采用有源系统。其终端放大器技术指标如下： 图 8 有源终端放大器技术指标 1. 空分复用技术 空分复用技术利用不同用户间空间分割构成不同的信道，空间隔离的用户使用相同的物理资源，实现物理资源的复用，达到大幅度提高 TD 频谱利用率和系统数据吞吐量的效果，可以有效解决密集城区和一些热 点区域出现的频率受限问题。 HSDPA 空分复用技术性能 （ 1）提高 HSDPA 系统吞吐量、缓解频率资源受限问题 对于室内环境，根据实际的布网情况以及小区吞吐量的需求，可以把小区 HSDPA 吞吐量配置为原来的 2 倍和 4 倍，本次测试的为二重空分。对于有较大的 HSDPA 业务量需求，存在系统容量频率资源受限问题，可以通过 HSPA 空分复用缓解该问题。 （ 2）自适应性 11 系统可以根据具体应用环境的不同，自动判断具体应用环境是否适合采用 HSPA 空分复用技术。例如：当小区活动用户较多时，系统自动采用 HSPA 空分复用功能，确保小区吞吐量；当小区活动用户较少时，系统又可自动关闭 HSPA 空分复用功能。 （ 3）软件升级支持 无需硬件投入，系统设备仅需软件升级即可支持，终端和网络规划无需任何调整。 Path0Path1L 0L 1L 2L 3N 层 楼 隔 离图 4.1-5 开启空分示意图 NodeB 通过算法自动检测两用户的隔离度。当 L0L1 之间的隔离度 , 以及 L2L3 之间的隔离度都大于隔离度门限时， NodeB 可以开启空分，把相同的码道分配给不同用户。 根据理论分析以及实测结果，空间隔离度达到 12 15dB 时可以进行空分。当然，为了达 到更好的空分效果，需要更高的隔离度。 空分 HSDPA 的主要载体是 Node B, RNC 侧算法调整主要体现在接入 HSDPA RAB 时调整接入载频的优先级及对于 HSDPA 作吞吐量准入时放宽准入标准。 2. 伴随信道复用技术 伴随信道复用主要是为了解决伴随 信道 资源受限的问题，采用复用后增加可接入 更多 的用户数。但由于在相同的物理资源承载了更多的 UE，因此每个 UE的 Qos 有所下降，用户的感知度也会降低。 例如： HSDPA 在配置 2 对 HS-SCCH 情况下，伴随与控制时隙仅有 12个 SF16 的码道可用，这样一个载波 仅能接入 6 个 UE，但是 2 倍复用后就可以接入 12 个 UE 了 。 3. 基带池资源调度技术 在通信系统的现网覆盖中，在 较多室内数据业务热点 区域存在 业 务量的潮汐 现象 ，如 高档酒店 的大型会议室 和 客房 ， 大型会议室所在楼层在白天某些时段存在业 务量大， 而客房区域业 务量 较 小；而在夜间，用户出现 迁徙 现象， 大型会议室所在楼层业 务量减小，而 客房 区 业 务量增大，两者之间存在话务互补的效应，我们把这称之为通信覆盖的潮汐现象。 基带池 资源调度 技术是针对潮汐现象，对小区进行小区组规划，将部 分辅载波设为共享载波，共享小区组内的部分基带资源，并根据小 区的业