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4G、5G融合建設時代下廣覆蓋精準建設的關鍵問題分析及建設方式選擇

http://www.ocrv.icu ( 2019/7/5 16:29 )

摘要

目前移動網絡進入4G、5G融合建設的時代,由于5G目前主要在核心城區、高業務量區域進行部署建設,廣覆蓋區域目前仍需要不斷完善4G網絡建設。如何對廣覆蓋區域精準進行建設,并選擇經濟性較好的建設方案,已成為管理者和網絡規劃人員需要面對的重要課題。目前中國聯通廣覆蓋主要通過L900、Relay回傳等手段進行建設,但由于廣覆蓋區域用戶密度較低,在選擇建設方案時,應充分對建設方案進行對比及分析。本文以云南聯通大理鶴慶縣建設為實例,給出廣覆蓋精準建設及經濟性分析的方法論。以經濟性分析對合理選擇建設方式進行論證。為實現“降本增效”提供了一套可量化的評估方法。為中國聯通4G、5G融合建設時代合理選擇建設方式,降低建設成本,提升網絡覆蓋做出積極有益的探索。

關鍵詞

4G、5G融合建設 廣覆蓋  L900  Relay回傳 經濟性分析 降本增效

引言

中國聯通在LTE網絡部署時,通常先使用1840-1860MHz頻段20M帶寬LTE標準基站進行覆蓋。由于廣覆蓋區域,主要指行政村、自然村、縣鄉道路等場景,人口密度較低,相應用戶業務吞吐量也較低,采用1800M頻段覆蓋無法有效發揮設備的業務吞吐能力。至2019年底,中國聯通將獲得900M額外5M頻段,屆時將在900M頻段共有11M資源可用,在選擇L900(10M)的情況下,理論單站吞吐率可到75Mbps,能夠滿足廣覆蓋區域的用戶需求。同時,900M低頻的覆蓋能力,遠大于1800M,利用900M對廣覆蓋進行建設,將大大提升中國聯通廣覆蓋水平。

隨著網絡進一步延伸至廣覆蓋區域,如何在人口密度較低的區域選擇合理的建設方式,本質就是根據建設覆蓋的目標,對建設投資的經濟性、后期運行成本進行綜合考量。其中對主設備、配套、傳輸進行合理選型,是網絡建設達到“降本增效”目標的關鍵。以大理鶴慶縣上壩村為例,需要覆蓋的區域內約有60戶人家,由于該村受到金沙江阻擋,光纜施工難度大,受投資較大原因一直無法有效解決用戶的覆蓋需求。

圖1:大理鶴慶縣上壩村位置

因此,在廣覆蓋區域的建設方式選擇時,除傳統L1800、L900建設方式外,還需要考慮多樣化的建設手段,從而達到三個目標:1)用戶感知(包括覆蓋及速率)得到保障;2)多樣化手段解決建設難點;3)以可量化的最佳經濟性進行方案選擇。

廣覆蓋精準建設的關鍵問題及不同覆蓋方式對比

廣覆蓋精準建設重點關注以下問題:

一是結合地形情況,合理選擇設備頻段;

二是測算覆蓋區域內的用戶數量,結合用戶體驗的感知速率保障,合理選擇設備類型;

三是關注傳輸接入成本,關注建設的整體投資;

四是通過自建小配套方式,降低后期運營成本。

注:第一、二條將在第2部分進行分析,第三、四條將在第3部分重點進行分析。

2.1L900方式與L1800覆蓋及容量對比

從拉網測試距離數據對比看,L900比L1800覆蓋平均強14.87dB;定點測試L900比L1800覆蓋平均強13dB。

圖2:L1800與L900覆蓋拉網對比

從理論吞吐率來看,L900(5M)、L900(10M)與L1800(20M)對比如下。

表1:各頻段吞吐率對比

從基本的站距要求看,通常廣覆蓋場景L1800站距在0.5KM-1.2KM,L900站距在1.5KM-3KM。

2.2廣覆蓋的用戶感知保障測算

結合單用戶感知速率和常用的業務占空比,根據當地現有或預測要達到的市場占有率,可以計算出不同設備能夠滿足的用戶數量。計算方法為:可保障的用戶數量=綜合吞吐率/單用戶感知速率/業務占空比/市場占有率。各類型設備可滿足的用戶數量如下:

表2:各頻段可保障的用戶數量測算

注:占空比指標定義:同時使用網絡的人數占空口資源的比例,可從華為網管獲得,常用取值區間為3%-5%;

單用戶感知速率,1.21Mbps為保障480P視頻質量、4S緩沖速率、緩沖8S視頻所需的帶寬。保障720P、1080P業務(4S緩沖速率,緩沖8S視頻)帶寬需求分別為2.78Mbps、5.35Mbps。

2.3Relay方式的原理及使用方法

Relay是一種無線中繼解決方案,“DeNB(Donor eNodeB)+RRN(Relay remote node)”為ReBTS(Relay BTS)提供無線傳輸通道,解決了部分站點無傳統移動承載網的問題。

Relay架構新增網元RRN,DeNB集成具有中繼功能的EPC,實現RRN注冊管理、NAS和NAS安全、鑒權認證、狀態管理等功能。

圖3:Relay基站架構

Relay組網包含宿主基站DeNB和中繼站RN(Relay Node)兩個邏輯節點,組網示意圖如下:

圖4:組網示意圖

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兩部分。RRN接入DeNB并建立LTE空口承載;ReBTS可供覆蓋范圍內的UE接入。

根據ReBTS(如上圖F2)和DeNB(如上圖F1)使用的頻點,可以分為帶外Relay和帶內Relay場景:

若ReBTS和DeNB使用的頻點相差≥ 60MHz,則稱為帶外Relay場景。

若ReBTS和DeNB使用的頻點相差<60MHz,則稱為帶內Relay場景。

二者的主要差異是干擾程度的高低,帶外場景由于頻譜隔離度足夠,可以認為基本不存在子站內接入與回傳間干擾,部署簡單,吞吐率較高;帶內場景會存在較強的子站內接入與回傳間干擾,需要配套相關的特性,同時吞吐率較低。

Relay站點的主要應用場景如下圖所示,包括4種主流應用場景:

圖5: 4種主流應用場景

場景1:L1800作為宿主站,L900作為葉子站,葉子站的業務吞吐率最高,優選;

場景2:L1800作為宿主站,L900作為葉子站,多個葉子站接入,用于一些頻譜緊張的場景,葉子站的吞吐率會比較低,次選;

場景3和場景4:L900作為宿主站,L900繼續作為葉子站,該場景主要用于少量偏遠站點的接入,吞吐率都最低。

針對RN部分的典型配置如下:

RN最大功耗為80W,對于有市電場景,可配置電源柜進行供電,針對無市電場景,可使用太陽能進行供電。八木天線支持低頻(880~960M)和高頻(1710~2170M)配置,增益大于14dBi。

圖6:RN建設示意圖

廣覆蓋建設的經濟性分析

3.1  廣覆蓋區域建設經濟型分析的方法論

1)廣覆蓋區域涉及的建設投資及運營成本

建設投資主要包括:主設備投資(含天線)、三費(設計、施工、監理)投資、傳輸引入(含光纜及設備)、配套建設投資

運營成本主要包括:塔租、電費。注:頻占費、運維費等其他費用不做深入討論。

以中國聯通相關集采價格及云南聯通運營成本為例:

表3:相關建設投資及運營費用

備注:L900、L1800考慮使用鐵塔站址進行建設,RELAY站點考慮自建小配套方式。

由于Relay站點對配套要求較低,盡量選取現有電力桿塔、自建水泥桿等方式進行建設,降低配套建設的投資。

2)廣覆蓋區域的建設經濟性分析方法論

將建設投資按照7年折舊的方式,計算每年的折舊費用。

計算K值為:(折舊部分+年運營費用)*n,n為年限,計算出每種建設類型的不同K值,以7年時間進行對比選擇,選取K值較低的建設方式。

3.2  L1800+Relay建設方式與L900建設方式的經濟性分析

本節對L1800+Relay建設方式與L900建設方式,在拓展覆蓋時的K值變化進行對比分析。通過對比1個站點、2個站點、3個站點,在7年過程中的不同K值變化,找出合理的建設方式。

由于一個Relay站點僅能提供單扇區服務能力,為公平對比,擴展L900時按照單扇區站型與Relay站點進行對比。

表4:L1800+Relay建設方式與L900建設方式的經濟性分析

取值說明:L900每增加一個基站,傳輸接入按照2公里取值。

L900基站的塔租按照使用鐵塔公司現有站址進行計算。

Relay站點采用自建小配套方式,無后期塔租費用。每年電費取0.6萬元。

可以看到, L900站點在初始建設時,由于設備價格低、覆蓋范圍遠,比L1800站點整體運營的費用要低。但隨著覆蓋范圍的進一步增大,由于L900傳輸接入及塔租的影響,通過Relay方式進行延伸覆蓋將更有優勢。

結合廣覆蓋特點,在鄉鎮區域由于人口密度較大,考慮L1800方式進行覆蓋,在擴展覆蓋時,使用Relay方式,降低傳輸接入投資、塔租成本是更具有經濟性的選項。

3.3 云南大理鶴慶縣建設實例

1)試點背景和方案

大理上壩村位于大理自治州龍開口鎮,約有60戶人家,由于前期建設問題,村里手機信號一直處于微弱狀態。Relay站點建設具體位置距離宿主站直線距離2.6KM,由于受到金沙江阻擋,難以直接拉光纜至上壩村,采用繞行方式傳輸距離將增加至15KM以上。

此次方案選擇的是高頻外置天線版本(L1800),直接外接八木天線的RRN,其中外接八木天線能帶來12-15dBi增益。

RRN通過接收宿主站點“LF鶴慶中江”LTE基站信號,給站點提供可靠傳輸接入。

表5:宿主站葉子站信息

備注:由于頻段帶寬及終端滲透率問題,上壩村基站覆蓋制式選取為U900,通過FDD制式進行Relay回傳。后期將考慮升級為L900基站。

2) RRN硬件安裝及測試

葉子站(L1659-鶴慶縣龍開口鎮上壩村)在部署位置時,測試收到LTE信號質量為RSRP=-94dBm,SINR=12dB,均滿足Relay站點安裝要求。

RRN現場安裝圖如下,經過3.6H就完成設備安裝及調試工作,大幅度縮短開站時間。

圖7:RRN現場安裝示意圖

葉子站開通后,15天穩定運行,期間KPI指標(接入、掉話、切換功能)正常,15M回傳帶寬,2.6KM傳輸距離下,RRN3911 Relay回傳下行峰值達到60Mbps,上行峰值達到33Mbps。U900單用戶測試感知下行速率達到7.8Mbps,上行速率達到2.1Mbps。

圖8:RRN KPI監控結果

3) L900建設方式與Relay建設方式K值對比

小結

通過對廣覆蓋區域不同建設方式的頻段特點、設備容量、投資及運營成本分析,結合云南大理實際建設案例,可以得到以下結論:

1)在4G、5G融合建設時代,不斷完善4G覆蓋,不但與5G建設不重合,更是提升用戶體驗的重要手段。關注頻段的覆蓋差異、設備容量差異,用好不同的建設手段,是工作中首要關注的問題。

2)綜合考慮“建設投資+運營成本”,而不是僅僅考慮在某個專業進行投資降低。在選取建設方案時,對7年時間內的總運營成本進行測算,選取合適的建設方案。

3)結合Relay回傳技術,在容量足夠情況下,節省傳輸投資,同樣能夠取得低成本的建設效果。

4)自建小配套、低成本獲取配套資源,降低塔租費用,是建設線為市場發展提供的最大支持。

參考文獻

1、劉磊 LTE系統容量規劃方法探討.郵電設計技術,2014(12)

2、杜軍,周游 Pre 5G時代下沸點區域精準容量建設的關鍵問題分析及建設方式選擇,2018(8)

3、華為 云南聯通Relay(RRN3911)站點建設指導手冊

作者:周游 謝軍   來源:郵電設計技術

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