扇区劈裂技术在中国联通4G网络中的应用

2019-10-18颉斌

移动通信 2019年8期

【摘要】4G的流量需求快速增长，这导致基站在满配情况下仍不能满足容量需求。扇区劈裂技术能高效、快速提升网络容量，对该技术在中国联通4G网络中的应用可行性、应用场景进行分析、探讨。重点介绍扇区劈裂技术的原理，通过案例从容量、覆盖、干扰三方面对扇区劈裂前后的测试情况进行对比，最终确定该技术的部署策略及应用场景。

【关键词】扇区;劈裂;4T4R;劈裂天线

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.08.009 中图分类号：TN929.5

文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2019）08-0051-05

引用格式：颉斌. 扇区劈裂技术在中国联通4G网络中的应用[J]. 移动通信， 2019，43（8）： 51-55.

[Abstract] With the rapid growth of 4G traffic， base stations can not meet the capacity requirements even when they are fully loaded. Sector splitting technology can improve network capacity efficiently and quickly. This paper analyzes and discusses the feasibility and application scenarios of this technology in Unicom's 4G network. This paper focuses on the principle of sector splitting technology， compares the test results with/without sector splitting in terms of capacity， coverage and interference through cases， and finally the deployment strategies and application scenarios of this technology are determined.

[Key words]sector; split; 4T4R; splitting antenna

1 引言

工信部数据显示，截至2018年底，中国移动用户数为9.25亿户，其中4G用户数为7.13亿户;中国联通用户数为3.2亿户，其中4G用户数为2.2亿户;中国电信用户数为3亿户，其中4G用户数为2.4亿户。2018年全年用户手机流量依然保持较快增长，移动互联网接入月户均流量达4.42 GB，是2017年的2.6倍。

随着中国联通无限量套餐和2I2C业务的快速发展，用户对数据业务的需求越来越大，中国联通4G数据流量呈爆发式增长，2018年中国联通用户手机上网流量增长1.8倍，每人月均使用流量达6 GB。高清视频、直播、游戏等业务的兴起，用户对网速的体验要求也越来越高，用户对移动网络的依赖给现有的网络带来了巨大挑战。受限于频率资源，中国联通4G基站目前最大配置能做到3载波：1.8G（30M）+2.1G（20M），随着4G流量的迅猛增长，在部分热点区域，即便是最大配置也已经满足不了容量需求。提升单站容量的技术包括载波合并、高阶调制、4T4R、扇区劈裂等，这些技术目前在中国联通网络均有应用，本文重点从覆盖、容量、干扰三个方面分析扇区劈裂技术。

2 扇区劈裂技术介绍

2.1 技术原理

扇区劈裂顾名思义就是将原有常规天线覆盖扇区，通过窄波束天线、劈裂天线、多波束天线进行分裂处理，将1个扇区分裂为两个扇区。通过空间复用方式，在不增加站址和频谱的前提下，最大限度地利用网络资源，提高频谱使用效率、增加空口容量，最终达到提升网络容量的效果。

现有网络典型的站点配置一般为三个扇区，每个扇区覆盖角度为水平120°，通过劈裂技术在水平方向上将一个120°的扇区劈裂为两个60°的扇区。这意味着：同一片区域原来使用一个扇区进行覆盖，现在使用两个扇区进行覆盖，小区数目及空口资源加倍，从而获得约1.6～1.8倍的容量提升。

扇区劈裂在大幅提升容量的同时，对覆盖也有改善。劈裂后，天线波束变窄，能量集中，能有效提高覆盖能力;而且扇区变窄，主覆盖区域与边缘覆盖区域的覆盖场强更加均匀。

2.2 工程改造

目前扇区劈裂基站可分为2T2R和4T4R两种模式。中国联通目前4G网络基站典型配置为2T2R+三扇区配置，采用65°半功率角天线，目前一般是基于2T2R基站进行劈裂。采用该技术，硬件方面需做如下改动：

（1）将普通65°半功率角天线更换为内含两个33°半功率角天线的特制劈裂天线或双波束天线;

（2）将原有2T2R RRU替换为4T4R RRU或增加1个2T2R RRU。

3 案例介绍

下面以联通基站为例，介绍采用扇区劈裂技术的硬件改造过程以及覆盖、容量、干扰方面的测试对比。

3.1 基站现状

该站址目前有3G/4G设备，均为三扇区配置，采用愛立信设备，为L1800（30M）+UL2100（L： 10M、U： 10M），每扇区2个RRU（L1800 RRU+UL2100混模RRU），均为2T2R配置。从正北方向开始，三个扇区顺序标记为A、B、C。

该站址覆盖区域为高校园区，A、B扇区主要覆盖教学楼与宿舍，用户数较稳定，C扇区主要覆盖学校操场，用户较少。基于容量方面的考虑，对该基站A、B扇区进行劈裂。

3.2 硬件改造

A、B扇区新增2台双频RRU（1.8+2.1双频2T2R RRU），原有UL混模设备仅作为U2100使用（C扇区不做劈裂），替换下来的单频RRU可用于其他站点扩容。基站配置从3扇区扩容至5扇区。LTE BBU单板目前可支持18个2T2R小区，满足单站开启3载波5扇区15小区的容量需求。天线由普通四端口天线更换为四端口双波束天线，具体如图2所示：

3.3 测试结论及改进建议

（1）测试结论

采用劈裂技术，重点是为了提高扇区容量，首先从小区流量、用户数、感知速率、利用率等方面了解一下相关容量指标方面的变化（如图3所示）。

（a）A小区方向流量与PRB变化

（b）B小区方向流量与PRB变化

A、B小区劈裂后，小区流量均有提升，整体提升32.95%，PRB利用率下降11.70%。

A、B小区劈裂后，小区用户感知速率均有提升。由之前的15.69 Mb/s提升至29.41 Mb/s，提升13.72 Mb/s。小区劈裂前后感知速率对比如图4所示。

A、B小区劈裂后，最大RRC用户数增加20%;平均RRC用户数降为劈裂前一半左右。小区劈裂前后用户数对比如图5所示。

下面通过公式计算该基站扇区劈裂后较劈裂前的容量增益，计算公式如下：

容量增益=（（（劈裂后基站吞吐量÷劈裂后基站PRB利用率）÷（劈裂前基站吞吐量÷劈裂前基站PRB利用率））-1）×100% （1）

通过计算可知A、B小区采用劈裂技术后，容量增益为51%左右。

从上面的测试结构可看出，采用劈裂技术后，扇区容量得到提升。下面看一下劈裂技术对小区覆盖、干扰方面的影响（如表1所示）。