近年来,随着智能终端的日益丰富,移动互联网迅猛发展,无线数据流量和信令数量对网络的冲击前所未有,这使得“频谱”和“站点”从未像现在这样成为左右无线网络未来发展的关键要素。
站点密度触碰到无法超越的极限,在很多热点价值区域,经过多年的建设,宏站建设密度已经非常大,一些发达地区密集城区的站间距甚至小于米。尽管如此,由于城市环境复杂、业务量大,网络仍面临容量压力和深度覆盖盲区。然而,受邻区干扰机制所限,继续提升宏站密度,并不是解决这些问题的有效办法。
有限频谱难以应对移动互联的数字洪流,相对于传统的语音业务,移动互联对频谱消耗呈几何级数增长。而扩展新频段、演进到新制式等常规扩容手段,则需要经历一个产业成熟的过程,无法及时、有效应对运营商当前面临的挑战。
小区分裂、网络拓扑结构异构化,即构建立体分层网络(HetNet)将是应对未来数据流量陡增,满足容量增长需求的主要途径。在宏蜂窝网络层中,运营商通过布放大量低功率非标准六边形蜂窝接入点Small Cell,形成低功率节点层,大量重用系统已有频谱资源,增强总的等效功率资源,并有针对性地按需部署、就近接入,来满足热点地区对容量的需求。
图 多层部署场景
HetNet场景最大的特点就是引入大量的Small Cell,用于增强网络覆盖以及热点区域的容量。一般来说异构(HetNet)组网,Macro Cell覆盖较大区域,解决移动通信连续性覆盖所面临的问题,Femto、Pico、Micro等Small cell设备所覆盖区域,吸收热点地区的数据量。有统计表明,未来80% ~ 90%的系统容量将发生在室内和热点场景,这就意味着,单位区域内,用户的分布是非均匀的。由于用户分布、系统容量的不均匀性,Macro Cell与Small Cell之间的有效协同(即宏微协同)成为异构(HetNet)网络的一个关键技术。
宏微协同技术中的关键在于区域容量的优化以及宏微干扰抑制,在HetNet同频组网的场景下,为解决HetNet同频组网的容量和干扰问题,引入了CRE和ABS机制。CRE机制,通过扩大偏置参数的方法,可以扩大Small Cell的覆盖范围,进一步提升系统的容量。而ABS机制为,在干扰小区(宏小区)配置ABS子帧,仅发送必要信息 (SS, CRS, PBCH, SIB),并基于宏小区的ABS pattern信息调度宏小区UE,即在ABS子帧上不进行调度;而被干扰小区(Pico)仅在ABS子帧上对CRE区域内的用户进行调度,降低宏小区下行信号对Pico的干扰。
图 干扰消除和覆盖增强
方案上可分成两个方面:区域容量联合检测、区域容量实现机制。区域容量联合检测主要包括区域及区域“温度”的描述,区域容量检测信息的统计、汇聚、上报。区域容量实现机制主要包括CRE机制、ABS机制等。
ABS/CRE参数的自动控制及优化,都是与负荷相关的,即需要根据Macro Cell和Small Cell的负荷情况作为衡量区域“温度”的基准来调整、优化其参数配置。其基本思路为,Macro Cell默认一直打开,Small Cell则根据用户历史统计数据在特定“闲”的时段关闭。在Small Cell开启时,Macro Cell进行区域“温度”监测。初始系统配置正常的ABS和CRE参数。随着区域“温度”上升,系统通过调整/优化ABS和CRE参数配置,扩大Small Cell覆盖范围,尽可能多的吸收Macro Cell的用户和业务,提升系统的整体容量。后续当区域“温度”的逐步降低时,再次通过调整/优化ABS和CRE参数配置,将ABS和CRE参数调整为正常的配置。当Small Cell关闭时,则关闭ABS和CRE参数调整、优化功能。
图 HetNet区域容量优化方案
从产品选型和部署策略上来讲,分为一下几个步骤,涉及室外补忙,室外补热,Small Cell室内覆盖,DAS室内覆盖,以及穿透室内覆盖,中兴通讯均有相应产品覆盖。
图 HetNet部署策略
室外补盲场景:在覆盖空洞处部署Small Cell;典型情况RSRP覆盖受限;补盲场景应用需要有较大的发射功率,建议选择Small Cell输出功率选2×1W~2×5W。
室外补热场景:在已有宏站覆盖区域,部署Small Cell,卸载宏站负荷,提高单用户吞吐速率和整体系统容量,为避免对宏小区用户产生严重干扰,Small Cell发射功率应略小于2×1W;
Small Cell组网室内覆盖:多点联合组网用于较大面积室内,多见于企业级应用场景;需要发射功率相对较大的毫瓦级Small Cell产品,如Indoor Pico。
穿透照射室内:室外站点通过穿透照射,解决室内覆盖仍然是所有系统包括LTE最常用最普遍的解决方案。
DAS系统信号源:室内覆盖区域面积较小的场景可以选择Smell Cell中2×5W的Small Cell产品作为信号源。
但传统的DAS系统多以同轴电缆分布系统为主,其存在不同制式网络共用一套分布系统,功率不匹配;无源器件多,无法实现系统端到端监控;馈线及天线安装,物业协调难度大,建设周期长及成本高等诸多问题。中兴通讯创新性提出有源室分系统三层构架完美解决上述问题。他们分别为:基带单元(BBU,BaseBand Unit box)、远端汇聚单元(Pbridge)以及远端射频单元(pRRU,Pico Remote Radio Unit),系统结构及功能模块如下图所示:
图 有源室分三层架构
其中BBU为中兴BBU平台产品B8200,完成基带信号的调整和解调,提供CPRI接口扩展单元;远端汇聚单元Pbridge完成光电转换、数字中频信号合路,以及下行信号功分/上行信号合分路的功能,可通过PoE为pRRU供电;而pRRU主要实现射频信号和数字信号转换以及宽带信号的接入处理,通过超五类线实现CRPI数据收发和电力供应,极易部署。
该款pRRU,重约0.5KG,最大机顶输出功率2*100mW,最大功耗小于17W,外形小巧美观,可用于室内覆盖,天线内置集成,特别适合于办公楼、商业购物中心、小中型企业、政府机关、旅馆等。得力于它的紧凑型系统。 另外,其支持PoE供电,无需再进行繁琐的电源布线,设备部署的位置也不受限制;支持900M/1800M/2100M/2600M等频段,支持5/10/15/20MHz LTE带宽,满足不同用户不同场景需求。
图 R8102物理外观
场景举例
机场覆盖:大型场馆包括大规模的剧院、影城、展览馆、体育场、机场等设施,这些场所往往是重大集会所在地。其场地开阔、容纳人数众多,通讯的特点为密度高、话务量大,仅依靠覆盖室外的宏站难以解决这些矛盾,必须运用特殊的室内覆盖手段加以解决。
解决这种大型空间覆盖问题的方法和原则如下:
- 准确的容量估算
- 采用垂直分区划分覆盖小区,按照大型空间形状布置小区
- 采用BBU+RRU,降低分布系统馈线损耗
- 从上至下多层次覆盖
- 采用窄波束天线,控制小区间信号干扰
- 采用超级小区技术,根据需要合并小区,减少干扰,兼顾容量
- 和周边一体化的覆盖解决。
对于超大空间覆盖,建议根据需要,使用超级小区技术,将各小区进行合并,并兼顾容量。
图 机场等行空间的覆盖办法
对于个别热点区域,比如VIP区,停车场,以及机场办公区域等特别区域则可酌情使用Pico或者DAS系统进行覆盖。
写字楼与宾馆:写字楼与宾馆/酒店一般位于大型、高层建筑内,高层楼宇在底部区域易出现移动信号覆盖弱甚至盲区;中部临窗区域乒乓切换频繁、容易掉话;高层区域则信号杂乱,无主服务小区,无法正常通讯。该类场景聚集着众多高端用户,通讯需求旺盛,只有建设室分系统才能同时满足网络的覆盖、质量和容量问题。
中兴通讯将丰富的室外大网规划经验结合室内分布建设经验,灵活运用各种手段做出针对每个案例的最优覆盖方案。
方法一:室外宏站照射室内,是LTE最常用最普遍的解决方案,相当一部分室内覆盖是通过穿透照射解决的。穿透照射主要用于室内无法部署基站设备的场景,可以用于高大写字楼的覆盖,也可以用户高密度区域如居民区、大学宿舍区的覆盖,解决方案有宏站照射、高空照射、地面分布系统等。
方法二:室内DAS系统覆盖,DAS没有覆盖半径的限制,DAS系统通过分布系统的设计来满足覆盖要求,一般有专门的设计人员。其可以根据覆盖要求来配置天线的位置、数量、射频器件的数量和指标,并可以根据频段改造和利旧现有的2/3G DAS系统。根据覆盖需求以及周边设施等条件,DAS信号源可选用宏站,PICO甚至直放站来操作。LTE既可以使用现有DAS系统以单通路形式实现,也可以增加一路做MIMO以提高室内容量。
对于有新部署需求或者改造需求的室内DAS系统,建议使用中兴pRRU有源室分三层架构。 pRRU(R8102)和Pbridge(PB1000)、BBU一起组成有源室分分布系统。
图 室内分布系统的典型应用场景
方法三:室内PICO站补忙或者补热,Pico产品单点引入,小面积的室内覆盖;几个Pico节点覆盖室内,需要注意的是当微站与宏站或者微站连片覆盖且频率相同时,需考虑使用eICIC/ICIC技术,控制宏微/微微间的干扰。
市区补忙补热:使用微站安装于盲区或者热点区域一侧,由于设备较为轻便,可采用了典型的挂墙安装方式,由内置天线进行覆盖,或者使用路灯抱杆,甚至复用现有的鞭状天线,可快速实现落地安装并运行。如果现场环境传统布线不方便,S1/X2口可采用WIFI回传技术。其适用于城市中心狭窄的街道;步行街;广场等宏站边缘以及热点区域。
总结
未来,移动网络是一个更加注重业务体验的网络,HetNet立体分层网通过多频、多模、多扇区等技术手段,有效保证单个基站向超宽带方向演进;同时,通过改变网络拓扑结构,在宏蜂窝网络层中布放大量低功率的微蜂窝基站,重用系统已有频谱资源,提高频谱密度,保证超宽带无处不在,为小区中心及边缘用户提供充沛的流量资源,满足用户的大流量需求,帮助运营商提升网络竞争力,实现商业成功。