4G、5G融合建设时代下广覆盖精准建设的关键问题分析及建设方式选择

摘要

目前移动网网络进入4G、5G融合建设的时代，由于5G目前主要在核心城区、高业务量区域进行部署建设，广覆盖区域目前仍需要不断完善4G网络建设。如何对广覆盖区域精准进行建设，并选择经济性较好的建设方案，已成为管理者和网络规划人员需要面对的重要课题。目前中国联通广覆盖主要通过L900、Relay回传等手段进行建设，但由于广覆盖区域用户密度较低，在选择建设方案时，应充分对建设方案进行对比及分析。本文以云南联通大理鹤庆县建设为实例，给出广覆盖精准建设及经济性分析的方法论。以经济性分析对合理选择建设方式进行论证。为实现“降本增效”提供了一套可量化的评估方法。为中国联通4G、5G融合建设时代合理选择建设方式，降低建设成本，提升网络覆盖做出积极有益的探索。

关键词

4G、5G融合建设 广覆盖  L900  Relay回传 经济性分析 降本增效

引言

中国联通在LTE网络部署时，通常先使用1840-1860MHz频段20M带宽LTE标准基站进行覆盖。由于广覆盖区域，主要指行政村、自然村、县乡道路等场景，人口密度较低，相应用户业务吞吐量也较低，采用1800M频段覆盖无法有效发挥设备的业务吞吐能力。至2019年底，中国联通将获得900M额外5M频段，届时将在900M频段共有11M资源可用，在选择L900（10M）的情况下，理论单站吞吐率可到75Mbps，能够满足广覆盖区域的用户需求。同时，900M低频的覆盖能力，远大于1800M，利用900M对广覆盖进行建设，将大大提升中国联通广覆盖水平。

随着网络进一步延伸至广覆盖区域，如何在人口密度较低的区域选择合理的建设方式，本质就是根据建设覆盖的目标，对建设投资的经济性、后期运行成本进行综合考量。其中对主设备、配套、传输进行合理选型，是网络建设达到“降本增效”目标的关键。以大理鹤庆县上坝村为例，需要覆盖的区域内约有60户人家，由于该村受到金沙江阻挡，光缆施工难度大，受投资较大原因一直无法有效解决用户的覆盖需求。

图1：大理鹤庆县上坝村位置

因此，在广覆盖区域的建设方式选择时，除传统L1800、L900建设方式外，还需要考虑多样化的建设手段，从而达到三个目标：1）用户感知（包括覆盖及速率）得到保障；2）多样化手段解决建设难点；3）以可量化的最佳经济性进行方案选择。

广覆盖精准建设的关键问题及不同覆盖方式对比

广覆盖精准建设重点关注以下问题：

一是结合地形情况，合理选择设备频段；

二是测算覆盖区域内的用户数量，结合用户体验的感知速率保障，合理选择设备类型；

三是关注传输接入成本，关注建设的整体投资；

四是通过自建小配套方式，降低后期运营成本。

注：第一、二条将在第2部分进行分析，第三、四条将在第3部分重点进行分析。

2.1L900方式与L1800覆盖及容量对比

从拉网测试距离数据对比看，L900比L1800覆盖平均强14.87dB；定点测试L900比L1800覆盖平均强13dB。

图2：L1800与L900覆盖拉网对比

从理论吞吐率来看，L900（5M）、L900（10M）与L1800（20M）对比如下。

表1：各频段吞吐率对比

从基本的站距要求看，通常广覆盖场景L1800站距在0.5KM-1.2KM，L900站距在1.5KM-3KM。

2.2广覆盖的用户感知保障测算

结合单用户感知速率和常用的业务占空比，根据当地现有或预测要达到的市场占有率，可以计算出不同设备能够满足的用户数量。计算方法为：可保障的用户数量=综合吞吐率/单用户感知速率/业务占空比/市场占有率。各类型设备可满足的用户数量如下：

表2：各频段可保障的用户数量测算

注：占空比指标定义：同时使用网络的人数占空口资源的比例，可从华为网管获得，常用取值区间为3%-5%；

单用户感知速率，1.21Mbps为保障480P视频质量、4S缓冲速率、缓冲8S视频所需的带宽。保障720P、1080P业务（4S缓冲速率，缓冲8S视频）带宽需求分别为2.78Mbps、5.35Mbps。

2.3Relay方式的原理及使用方法

Relay是一种无线中继解决方案，“DeNB（Donor eNodeB）+RRN（Relay remote node）”为ReBTS（Relay BTS）提供无线传输通道，解决了部分站点无传统移动承载网的问题。

Relay架构新增网元RRN，DeNB集成具有中继功能的EPC，实现RRN注册管理、NAS和NAS安全、鉴权认证、状态管理等功能。

图3：Relay基站架构

Relay组网包含宿主基站DeNB和中继站RN（Relay Node）两个逻辑节点，组网示意图如下：

图4：组网示意图

DeNB是在普通LTE基站（DeNB）上增加了Relay功能，DeNB支持UE接入，也支持RRN的接入。

RN包括RRN和ReBTS两部分。RRN接入DeNB并建立LTE空口承载；ReBTS可供覆盖范围内的UE接入。

根据ReBTS（如上图F2）和DeNB（如上图F1）使用的频点，可以分为带外Relay和带内Relay场景：

若ReBTS和DeNB使用的频点相差≥ 60MHz，则称为带外Relay场景。

若ReBTS和DeNB使用的频点相差<60MHz，则称为带内Relay场景。

二者的主要差异是干扰程度的高低，带外场景由于频谱隔离度足够，可以认为基本不存在子站内接入与回传间干扰，部署简单，吞吐率较高；带内场景会存在较强的子站内接入与回传间干扰，需要配套相关的特性，同时吞吐率较低。

Relay站点的主要应用场景如下图所示，包括4种主流应用场景：

图5： 4种主流应用场景

场景1：L1800作为宿主站，L900作为叶子站，叶子站的业务吞吐率最高，优选；

场景2：L1800作为宿主站，L900作为叶子站，多个叶子站接入，用于一些频谱紧张的场景，叶子站的吞吐率会比较低，次选；

场景3和场景4：L900作为宿主站，L900继续作为叶子站，该场景主要用于少量偏远站点的接入，吞吐率都最低。

针对RN部分的典型配置如下：

RN最大功耗为80W，对于有市电场景，可配置电源柜进行供电，针对无市电场景，可使用太阳能进行供电。八木天线支持低频（880~960M）和高频（1710~2170M）配置，增益大于14dBi。

图6：RN建设示意图

广覆盖建设的经济性分析

3.1  广覆盖区域建设经济型分析的方法论

1）广覆盖区域涉及的建设投资及运营成本

建设投资主要包括：主设备投资（含天线）、三费（设计、施工、监理）投资、传输引入（含光缆及设备）、配套建设投资

运营成本主要包括：塔租、电费。注：频占费、运维费等其他费用不做深入讨论。

以中国联通相关集采价格及云南联通运营成本为例：

表3：相关建设投资及运营费用

备注：L900、L1800考虑使用铁塔站址进行建设，RELAY站点考虑自建小配套方式。

由于Relay站点对配套要求较低，尽量选取现有电力杆塔、自建水泥杆等方式进行建设，降低配套建设的投资。

2）广覆盖区域的建设经济性分析方法论

将建设投资按照7年折旧的方式，计算每年的折旧费用。

计算K值为：（折旧部分+年运营费用）*n，n为年限，计算出每种建设类型的不同K值，以7年时间进行对比选择，选取K值较低的建设方式。

3.2  L1800+Relay建设方式与L900建设方式的经济性分析

本节对L1800+Relay建设方式与L900建设方式，在拓展覆盖时的K值变化进行对比分析。通过对比1个站点、2个站点、3个站点，在7年过程中的不同K值变化，找出合理的建设方式。

由于一个Relay站点仅能提供单扇区服务能力，为公平对比，扩展L900时按照单扇区站型与Relay站点进行对比。

表4：L1800+Relay建设方式与L900建设方式的经济性分析

取值说明：L900每增加一个基站，传输接入按照2公里取值。

L900基站的塔租按照使用铁塔公司现有站址进行计算。

Relay站点采用自建小配套方式，无后期塔租费用。每年电费取0.6万元。

可以看到， L900站点在初始建设时，由于设备价格低、覆盖范围远，比L1800站点整体运营的费用要低。但随着覆盖范围的进一步增大，由于L900传输接入及塔租的影响，通过Relay方式进行延伸覆盖将更有优势。

结合广覆盖特点，在乡镇区域由于人口密度较大，考虑L1800方式进行覆盖，在扩展覆盖时，使用Relay方式，降低传输接入投资、塔租成本是更具有经济性的选项。

3.3 云南大理鹤庆县建设实例

1）试点背景和方案

大理上坝村位于大理自治州龙开口镇，约有60户人家，由于前期建设问题，村里手机信号一直处于微弱状态。Relay站点建设具体位置距离宿主站直线距离2.6KM，由于受到金沙江阻挡，难以直接拉光缆至上坝村，采用绕行方式传输距离将增加至15KM以上。

此次方案选择的是高频外置天线版本（L1800），直接外接八木天线的RRN，其中外接八木天线能带来12-15dBi增益。

RRN通过接收宿主站点“LF鹤庆中江”LTE基站信号，给站点提供可靠传输接入。

表5：宿主站叶子站信息

备注：由于频段带宽及终端渗透率问题，上坝村基站覆盖制式选取为U900，通过FDD制式进行Relay回传。后期将考虑升级为L900基站。

2） RRN硬件安装及测试

叶子站（L1659-鹤庆县龙开口镇上坝村）在部署位置时，测试收到LTE信号质量为RSRP=-94dBm，SINR=12dB，均满足Relay站点安装要求。

RRN现场安装图如下，经过3.6H就完成设备安装及调试工作，大幅度缩短开站时间。

图7：RRN现场安装示意图

叶子站开通后，15天稳定运行，期间KPI指标（接入、掉话、切换功能）正常，15M回传带宽，2.6KM传输距离下，RRN3911 Relay回传下行峰值达到60Mbps，上行峰值达到33Mbps。U900单用户测试感知下行速率达到7.8Mbps，上行速率达到2.1Mbps。

图8：RRN KPI监控结果

3） L900建设方式与Relay建设方式K值对比

小结

通过对广覆盖区域不同建设方式的频段特点、设备容量、投资及运营成本分析，结合云南大理实际建设案例，可以得到以下结论：

1）在4G、5G融合建设时代，不断完善4G覆盖，不但与5G建设不重合，更是提升用户体验的重要手段。关注频段的覆盖差异、设备容量差异，用好不同的建设手段，是工作中首要关注的问题。

2）综合考虑“建设投资+运营成本”，而不是仅仅考虑在某个专业进行投资降低。在选取建设方案时，对7年时间内的总运营成本进行测算，选取合适的建设方案。

3）结合Relay回传技术，在容量足够情况下，节省传输投资，同样能够取得低成本的建设效果。

4）自建小配套、低成本获取配套资源，降低塔租费用，是建设线为市场发展提供的最大支持。

参考文献

1、刘磊 LTE系统容量规划方法探讨.邮电设计技术，2014（12）

2、杜军，周游 Pre 5G时代下沸点区域精准容量建设的关键问题分析及建设方式选择，2018（8）

3、华为 云南联通Relay（RRN3911）站点建设指导手册