居民区室内深度覆盖方案研究与应用

2023-08-20武晓凯冯慧琼

通信电源技术 2023年9期

武晓凯，冯慧琼，张搏，朱琳，杨超

（1.中国移动通信集团山西有限公司太原分公司，山西太原 030000；2.中国移动通信集团山西有限公司，山西太原 030000）

0 引言

随着城市基础建设的快速发展，楼宇建设速度远远快于网络的覆盖速度，越来越多的弱覆盖区域迫切需要进行信号覆盖，尤其是室内用户深度覆盖的问题日益凸显。传统的4G/5G 频段组合和不同类型设备组合是当前高层楼宇覆盖的主流解决方式，虽然能在一定程度上解决居民区弱覆盖的问题，但是局限性也很明显。因此，文章针对各自的局限性，采用统筹、灵活组合的组网方式，探索新型覆盖解决方案[1]。

1 4G/5G 互操作参数研究应对深度覆盖

1.1 空闲态重选

独立组网（Standalone，SA）和长期演进（Long Term Evolution，LTE）网络重选遵循高低优先级重选规则，互相可以重选。建议5G 用户终端（User Equipment，UE）优先驻留新空口（New Radio，NR）网络。在NR 覆盖质量满足区域终端驻留或重选到NR网络，离开NR 覆盖范围重选到LTE 网络。

将NR 网络优先级设置为最高，LTE 优先级设置为中，全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）优先级设置为低。不同优先级网络之间，通过异频异系统小区测量规则和不同优先级重选规则进行重选控制，以保证5G 终端在NR满足覆盖的区域优先占用NR网络。在NR无覆盖区域，重选到LTE 等其他低优先级网络[2]。

1.2 数据业务态切换

SA 和LTE 之间数据业务态基于覆盖测量的切换均采用A1/A2+B1（B2）事件进行（事件B1 或B2 可配置）。整体原则是在NR 覆盖区域5G 终端优先驻留在NR 进行业务，在NR 覆盖不连续区域，切换到LTE 小区以保证数据业务的连续性。

从NR 到LTE，基于覆盖的切换采用A1/A2+B1事件，当UE 移动到NR 覆盖边缘，基于覆盖切换到LTE。从LTE 向NR，NR 优先级最高。在NR 覆盖质量满足要求的情况下，5G 终端从低层网络切换到NR 网络。从LTE 向NR 的基于覆盖的切换采用A1/A2+B1 事件进行[3]。

本着5G终端优先使用5G，5G感知优于4G的原则，对4G/5G 切换门限设置分电平进行，分别对比不同设置下的前台用户速率差异。对比小区5G到4G切换、4G 到5G 重定向成功率以及NR 小区的感知速率变化，进而摸索适用于深度覆盖和快衰场景的参数门限，以保证用户感知。

1.3 语音业务切换或回落

当前，协议语音上只支持LTE 和NR 之间的互操作，支持5G 回落到LTE 用长期演进语音承载（Voice over Long-Term Evolution，VoLTE），但不支持NR 回落到2G/3G。语音回落LTE 支持2 种方式，即切换和重定向[4]。

移动已基本实现VoLTE 的连续覆盖。在5G 建网初期，5G 网络还不连续。在5G 未部署新空口承载语音（Voice over New Radio，VoNR）之前，回落LTE网络进行VoLTE为首选语音方案。用户发起语音业务，即回落到LTE 网络，并发起VoLTE 业务。VoLTE 业务释放后，基于4G 到5G 的异系统测量与切换完成快速回落（Fast Return）流程而返回NR 网络。

1.4 小结

目前，高层的建设速度远远快于网络建设速度，网络深度覆盖不足问题越发明显。为了保证用户尽可能驻留SA 网络、NR 数据业务质量不低于4G 网络，并且使5G 演进的分组系统（Evolved Packet System，EPS）语音质量感知较好，需要研究当前网络情况下深度覆盖场景及快衰场景重选、切换、语音EPS 参数策略。

针对居民区深度覆盖场景，通过各项参数边缘门限验证对比，在保证用户实际感知的情况下，总结出相应的参数。随着5G 覆盖的日趋完善与网络结构的进一步演进，以及行业应用的逐渐拓展，后续的策略参数需要结合日常优化和行业应用进一步调整优化。

2 硬件覆盖方案研究应对深度覆盖

2.1 传统覆盖方案分析

当前主流传统覆盖方案主要有3 种：楼顶对打、楼顶宏站以及周边宏站。

（1）楼顶对打。该方案的优点是物业协调难度小、建设造价成本低、可以基本解决15 层以下楼宇高度的覆盖问题。其局限性是传统射灯天线垂直/水平波瓣覆盖能力较差，且E 频段穿透能力相对弱。

（2）楼顶宏站。该方案的优点是物业协调难度小、宏站周边附近楼宇可全覆盖、室内深度覆盖穿透性强。其局限性是塔下阴影、越区覆盖问题严重，距宏站较远的楼宇覆盖相对较弱，远处占用用户易造成通话感知差，甚至掉话现象[5]。

（3）周边宏站。该方案的优点是不涉及楼宇物业协调、覆盖范围广且可兼顾道路覆盖。其局限性是无法针对性深度覆盖特定楼宇。

2.2 新型覆盖方案探索

传统的楼顶对打、楼顶宏站、周边宏站是当前高层楼宇覆盖的主流解决方案，这些方案可以在一定程度上解决居民区弱覆盖的问题，但是局限性也很明显。针对各自的局限性，积极研究并探索出5 种新型覆盖解决方案[6]。

（1）新型楼宇天线。新型楼宇天线的水平及垂直覆盖面优于射灯天线，通道旁瓣双通道强，但主瓣方向深度覆盖劣于射灯天线。新兴楼宇天线覆盖高层有优势，适用于楼间距较小、楼体相对薄、通透性较好的场景。20 层以上的高层楼宇，可以采取上对打的方式覆盖，超过40 层的高层楼宇，采用上下同时对打的方式覆盖。

（2）频段选型。该方案的优势是可以充分利用900 MHz/1800 MHz 频谱较强的穿透能力，弥补E 频段在室内覆盖薄弱区域的缺点，较好地解决复杂的高层楼宇内因深度覆盖不足而导致的语音业务质量差的问题。其局限性是现网存在较多频分双工（Frequency Division Duplexing，FDD）900 MHz 直放站，存在干扰且排查难度高，FDD1800 MHz 资源较难挖潜。

（3）灯箱基站。该方案的优势是具有良好的隐蔽性，避免了用户因害怕辐射而导致的纠纷问题，入场施工沟通较容易，同时可以有效保障灯箱基站能安装在较合理的位置，具有较为理想的覆盖效果。灯箱天线目前安装4G E 频段或者D 频段宏站射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU），支持5G 频段，为后期的5G 升级提供便利。其局限性是相比普通地面射灯天线，成本投入较高。

（4）楼顶斜抱杆宏站。该方案的优势是楼顶物业协调难度小、建设施工难度小、租金低、穿透性强、越区覆盖以及塔下阴影现象可控。其局限性是距宏站较远的楼宇覆盖相对较弱。

（5）EasyMacro。该方案的优势是楼顶物业协调难度小、建设施工难度小、租金低以及穿透性强。EasyMacro 垂直/水平波束均可调，且支持FDD1800 MHz与5G 频段。通过增加EasyMacro 微站，可以针对性解决深度覆盖问题。其局限性是距较远的楼宇覆盖相对较弱，需多点位增设微站。

2.3 多种覆盖方案组合应用

在实际居民区场景中，由于楼宇排列、高度、楼间距、造型、户型以及墙体损耗等特点，单一的方案可能无法满足室内深度覆盖的需求。因此，文章基于3 种现有的传统覆盖方案，结合5 种新型覆盖补充解决方案，根据现场情况，采用统筹、灵活的方式进行覆盖方案组合应用（见图1），更加有效、彻底地解决高层楼宇深度覆盖不足的问题，实现不同居民区场景的优质网络全覆盖。

2.3.1 楼顶宏站+EasyMacro 覆盖组合

宏站+EasyMacro 覆盖属于应用图1 中的②⑧组合方案。以某小区的15 栋高层住宅为例，周边宏站受楼宇阻挡而导致室内深度覆盖不足。因此，提出在楼顶新建宏站来解决深度覆盖不足的问题，但是12 号楼位于楼顶宏站覆盖边缘，因此增加EasyMacro天线补充深度覆盖。方案实施后，整体覆盖率由85.26%提升至97.18%。选取用户在其家中进行实测，整体覆盖电平由-105 dBm 提升至-87 dBm，提升约18 dBm。

2.3.2 宏站+楼底对打（E 频段）覆盖组合

宏站+楼底对打（E 频段）覆盖属于应用图1 中的②④组合方案。以某小区10 栋高层住宅为例，物业允许楼顶新建宏站，楼底做射灯对打，应用宏站+楼底对打组合方案。方案实施后，楼内深度覆盖得到明显改善，室外小区道路综合覆盖率由85.01%提升到99.19%；低层楼宇的室内覆盖率由83.59%提升到98.23%。选取用户在其家中进行实测，整体覆盖电平由-108 dBm 提升至-86 dBm，提升约22 dBm。

2.3.3 楼顶对打（E 频段）+楼底灯箱基站组合

楼顶对打（E 频段）+楼底灯箱属于应用图1 中的①⑥组合方案。以某大中型高层小区为例，由于楼底院内绿化、路面硬化，物业不允许破路施工，实地勘察楼宇分布后，决定采用楼顶宏站（每个扇区分别放在不同的楼宇）与楼底灯箱基站覆盖的方案，既能解决整个小区的信号覆盖问题，又不会破坏小区绿化结构整体布局。在小区内新增4 个宣传栏美化基站，同时在楼顶增设12个对打天线（E频段）。应用该组合方案后，小区整体覆盖率由78.56%提升至98.87%。

2.3.4 FDD900 频段选型设备+新型楼宇天线组合

FDD900 频段选型设备+新型楼宇天线应用图1中的④⑤组合方案。以某小区住宅为例，该小区共13 栋楼，每栋楼43 层，属于市区内的超高楼层。传统的射灯天线不足以覆盖整面楼栋，因此需使用新型楼宇天线进行覆盖，同时采用叠加FDD 900 MHz 频段的方式弥补穿透力不足的弱点，叠加采用楼底覆盖增强的方案。实施该组合方案后，小区内道路覆盖率由71.37%提升至98.81%，室内覆盖率由65.33%提升至96.75%。