高等院校校区TD网络覆盖解决方案专项研究报告.docx
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高等院校校区TD网络覆盖解决方案专项研究报告
高等院校校区TD网络覆盖解决方案
专项研究报告
中国移动通信集团公司计划部
中国移动通信集团四川有限公司
2009年08月
目录
1研究背景3
2高校校区典型场景建设策略分析4
2.1场景的分类4
2.2业务需求特点4
2.3覆盖规划特点5
2.4容量规划特点5
2.5建设策略分析及各种覆盖策略综合对比9
3典型场景建设方案12
3.1建筑物情况12
3.2主要设计策略12
3.3设计方案13
3.3.1覆盖方案13
3.3.2容量方案15
3.3.3宏站建设方案16
3.3.4室内分布系统和室外小区分布系统建设方案18
3.3.5电源供电方案18
3.3.6频率规划及干扰控制方案19
3.3.7切换分析19
3.4建设成本分析19
3.5方案测试验证20
3.5.1测试方案及主要测试结果20
3.5.1.1AMR以及CS基本业务支持情况21
3.5.1.2HSDPA业务支持情况21
3.5.1.3园区覆盖测试情况22
3.5.1.4园区覆盖环境网络性能23
3.5.1.5单双通道性能测试23
3.5.1.6AB双频段支持24
4创新技术研究26
4.1资源池技术方案26
4.2双通道技术方案27
4.3AB频段联合组网27
5研究结论及标准化方案建议29
5.1结论29
5.2标准化方案建议29
1研究背景
随着电信市场的深度竞争，移动通信运营商越来越关心网络覆盖深度和质量，高校校园是一个人员数量众多话务量较大的区域，话务量又具有规律性流动的特点。
随着IT技术的发展普及和电信资费标准的不断降低，校园区话务量提升明显，因此校园区成为3G数据业务的热点覆盖需求区域。
根据集团公司总部确定的“3G（TD-SCDMA）网络重点承载移动宽带业务”的市场定位和发展策略，集团公司总部计划部以市场需求为导向，明确了2009年新建基站重点覆盖核心市区的数据业务热点的建设要求。
为指导各省公司开展TD网络建设，有效提升数据业务热点区域的TD网络质量，根据市场部门提出的需要TD网络重点覆盖的数据业务热点区域，按照场景特点，分五类十个场景开展数据业务热点区域TD网络覆盖解决方案专项研究工作。
四川公司牵头承担高等院校校区场景的研究覆盖解决方案，福建公司、山东公司、贵州公司、青海公司同时参与。
本研究报告主要以大学校园为覆盖设计目标，通过对高等院校校区的场景特点及对通信的需求进行分析，采用TD网络可以应用的各种技术，积极探索创新解决方案，并根据各种覆盖方案的特点，提出合适的建设策略。
同时针对数据业务热点场景，具体分析该场景业务需求、覆盖、容量规划的特点，提出相应的TD网络建设方案，通过实际测试，验证TD-SCDMA高校校区典型场景网络建设组网方案的可行性，并对该类数据业务热点覆盖的解决方案进行总结，提出技术创新点和标准化建设方案。
2高校校区典型场景建设策略分析
2.1场景的分类
大学校园作为培养高素质人才的摇篮，在信息化的社会环境下，大学生们对于通信中语音业务的需求不断增长，而作为新兴人群的大学生们对于新事物的探知欲是很强的，因此对于数据业务的需求正在与日俱增。
从2G开始，中国移动就已将校园作为一个“数据黄金增长点”，而TD网络的一个重要覆盖目的便是满足不断增长的无线数据业务，校园也自然成为了特别关注的地点。
大学校园一般存在多种功能性建筑物，比如教学科研楼、行政楼、图书馆、宿舍楼、餐厅以及操场等。
一般校园内的用户数目总量较为固定，但用户行为在不同的建筑内具有各不相同的特点。
从区域上看，大学校园主要分为几大覆盖场景：
宿舍，教学楼（包括图书馆等），以及校园区域。
（1）校园室内区域
校园室内区域按照建筑功能可以细分为：
教学楼、行政楼、实验楼、食堂、图书馆、大礼堂、体育馆、宿舍楼。
此区域一般是校园话务量最为集中的区域，同时由于校园内部的作息时间，话务忙时具有规律性变化特点。
（2）校园室外区域
校园室外区域面积较大，主要是道路、广场、室外运动区域和草地组成。
覆盖区域较大，但是话务量相对较小。
2.2业务需求特点
大学校园内人数较多且集中，综合性大学校园内教师和学生总数较大，但总量变化不大。
校园内人员流动的规律性带来话务的规律性变化，总体来说人员变化普遍趋势如下：
1）每年有新生入校和毕业生离校，人数基本持平；
2）每天离开学校和进入学校的人员基本持平；
3）周一至周五校内人员较多而周末较少；
4）寒暑假校内人员较少；
5）9月因新生入校人数增多，漫游数目较大；
6）5-7月因毕业生陆续离校，人员总数减少。
根据校园内内不同楼宇具有的不同功能，人流量、话务量、业务需求各不同。
序号
楼宇类型
人流量
话务量
数据业务
1
教学楼
较大
一般
一般
2
行政楼
一般
一般
较少
3
实验楼
较少
较少
较少
4
食堂
较大
较大
一般
5
图书馆
一般
较少
一般
6
体育馆
较大
较少
较少
7
宿舍楼
很大
较大
较大
表2.1楼宇类型与业务特点
学校的主要用户包括学生、教师和其他人口，其中占最大数量比例的是学生这一群体，因此，主要以学生群体的业务行为来分析其话务特点。
学生的主要活动区域可按白天和晚上划分为教学区、宿舍区和其他区域（包括校园内、餐厅、操场等）。
以上述分析为基础，得出高校区的业务需求。
大学内基本所有学生都住宿，宿舍区夜间的话务量相当高。
周一至周五白天，人员集中在教学楼和实验楼。
早中晚饭时间，人员主要集中在食堂。
由于图书馆内场馆限制，一般话务量较小。
宿舍话务量基本可以作为整个校园话务容量的衡量标准。
基于以上人员活动特点的分析，室外宏站的话务压力不大，可以适当减少载频规划数量，提高载频利用率并且可以减少频率干扰；对于校园的室内分布小区，需要吸收更多的话务量，话务压力较大。
2.3覆盖规划特点
通过实地勘察并结合地图，一般来说，大学的楼群分界线明显，建筑物的高度大约在20-30m，根据建筑物平均密度特征，可以认为其符合一般城区的特征。
区域内存在大量教学楼、宿舍楼等建筑群；区域内话务量密集、用户移动速度不高、业务速率要求较高，是数据业务发展的重点区域。
一般高校区室外可采用宏基站进行覆盖，满足室外的覆盖指标。
典型高校校区的现代建筑由于采用了大量的混凝土和金属材料，造成了对无线信号的屏蔽和衰减，信号通过直射，反射，绕射等方式进入室内，信号杂乱不稳定。
移动通信用户在室内的通信受到影响和限制。
为解决以上问题，可建设室内分布系统，确保室内的TD网络性能，因此在室内覆盖站点完成建设、开通，投入使用前需要进行室内覆盖网络性能测试，同时后续通过不间断的监控，了解和保证室内覆盖的正常性能。
一些宿舍由于工程无法安装室内分布式天线，而宏站又无法对楼宇深度覆盖，可以采用小区分布系统进行覆盖。
2.4容量规划特点
对于3G业务，不同的业务有不同的速率要求和质量要求，同时这些业务是混合的，因此，在进行3G规划时，必须对业务进行分类预测和分析，建立3G业务模型，为确定网络规模打下基础。
3G业务的最大特点是多种业务的混合，最大的难点也是混合业务条件下的业务模型的建立。
不建立业务模型，3G的业务容量规划与网络规划就缺乏基础。
因此，预测3G业务种类、比例、流量，从而建立一个虚拟的3G业务模型是必须的。
一般来讲，业务模型的建立需要四个步骤：
（1）为了获得业务的忙时呼叫次数（BHCA）或忙时会话次数（BHSA），需要定量描述业务需求情况；
（2）建立各业务特征参数；CS业务的特征参数就是通话时长和激活因子，PS业务除此之外，还需要许多描述业务特征的参数。
（3）获得网络规划关键数据；获得的关键数据就是各业务的忙时业务流量，即爱尔兰数。
（4）按业务分类归纳数据。
业务模型建立后，对话务需求进行具体考虑：
对无线通信普及率、中国移动占有率及其中TD用户占有率进行预测；考虑到学生在白天、晚上的行动规律，取定各时间段人口分布比例如下；基于总TD用户数和用户分布比例，得到各区域用户；根据对用户R4话音、R4数据及HSDPA数据业务模型的分析，同时依据容量计算公式，得到校区各区域所需要的小区容量；根据业务预测结果和覆盖场景的特点，采取相应的TD网络建设策略。
高校区域内存在大量公寓楼、教学楼等建筑群；区域内话务量密集、用户移动速度不高、业务速率要求较高，是数据业务发展的重点区域。
高校区域内有明显的话务特征，一是数据量大，很多学生用手机登陆QQ或用电脑高速上网；二是话务量迁移的问题，如白天话务量主要发生在教学楼，晚上话务量主要在宿舍；三是话务量集中，学生的话务基本集中在18点以后，特别是21点到24点是其通话的高峰阶段。
三是学生通话时间较长；四是学生的短信使用比例远远高于话务的使用量。
根据校园内不同楼宇不同时段突发话务量的特点，在楼宇间话务量较小时段，为了充分吸收校园内其它区域话务量，可以采用共小区RRU技术，将多个楼宇和室外广场或不同功能的楼宇组成一个小区。
例如将宿舍楼同教学楼、食堂等其它楼宇或校园内室外覆盖区域组成共小区，可以更有效的利用无线设备资源。
在RRU共小区组网时，需要综合考虑各楼宇、区域话务情况分布，在容量足够的前提下将室外宏站同校内部分楼宇组成共小区。
容量估算方法：
TD-SCDMA网络承载着CS业务和PS业务，是一个话音和数据业务并存的系统，原有GSM的爱尔兰B方法不再适用。
目前业界关于3G网络混合容量估算有以下几种方法，分别是等效爱尔兰法、PostErlang-B法、坎贝尔方法等。
1）等效爱尔兰方法
等效爱尔兰方法的基本原理是根据业务所消耗的资源大小，将一种业务等效成另外一种业务，并计算等效后的业务总话务量，然后计算满足此话务量所需的信道数。
在TD-SCDMA网络中，一个信道就是载波、时隙、扩频码的组合，称为一个资源单位RU（ResourceUnit），其中一个时隙内由一个16位扩频码划分的信道为最基本的资源单位，即BRU。
各种业务占用的BRU个数是不一样的，在一个时隙中，最多可有8个语音AMR12.2K业务，或者2个CS64K业务，或者2个PS64K业务，或者1个PS128K业务，据此可以估算不同业务占用资源比例，例如设业务A为AMR12.2K和业务B为CS64K，预测A的话务量为12Erl，预测B的话务量为6Erl。
业务A：
每个连接占用2个BRU信道资源；
业务B：
每个连接占用8个BRU信道资源；
因此根据每种业务占用信道资源的比例，可以将1Erl的业务B等效为4Erl的业务A，则网络中总话务量为6×4＋12=36Erl（业务A），如果要求阻塞率为2%，则通过查询爱尔兰B表，共需要46个业务A的信道资源，共需要92个BRU资源。
也可以将4Erl的业务A等效为1Erl的业务B进行计算。
该方法缺陷是不同的等效方式，最后计算所需资源不同。
2）PostErlang-B方法
PostErlang-B方法的原理是先分别计算出每种业务满足容量要求需要的信道数，再将信道进行等效相加，得出满足混合业务容量所需要的信道数。
在TD-SCDMA网络中，使用扩频因子不同的业务所占用的基本信道BRU个数是不一样的，例如：
一个扩频因子SF=1的业务，占用16个BRU，SF=8的业务，占用2个BRU，在一个载波下，如果上下行时隙比例确定，则所能提供的上下行BRU数目是固定的，因此只要确定了总的BRU数目，根据单小区在一定时隙配比条件下的上下行BRU数目，就可以确定满足容量需求的小区数目。
计算过程描述如下：
1.根据预测，确定规划区域内CS业务话务量和PS数据业务流量；
2.对PS数据业务，根据吞吐量，将其转化为等效爱尔兰；
3.确定站型和时隙配比；
4.计算单小区单业务的信道数目；
5.根据爱尔兰B或者爱尔兰C公式确定单小区所能支持的爱尔兰数；
6.计算NodeB需求个数。
从以上过程可以看出，PostErlang-B方法的计算结果过于悲观，原因在于基站的信道资源实际是在各种业务间共享的，但此方法人为的割离了业务的信道资源，降低了基站信道资源的利用率。
这是该方法的缺陷。
3）坎贝尔方法
坎贝尔方法是综合考虑所有的业务并构造成一个等效的业务，并据此来计算系统可以提供该等效业务总的话务量，然后得到混合业务的容量计算。
该方法最后是利用ErlangB来计算相应的信道数的，这样网络的规模也就可以计算出来了。
计算过程描述如下：
1．确定目标规划区域各种业务的话务量；
2．根据各种业务占用的BRU资源，确定各种业务相对基本业务信道的业务资源强度；
3．计算混合业务均值；
4．计算混合业务方差；
5．计算坎贝尔信道；
6．计算规划区域内总的坎贝尔信道业务总量；
7．通过载波数、时隙分配方式，确定单小区可提供的基本业务信道数（采用话音业务做为基本业务），进而利用坎贝尔信道数=（小区基本业务信道数—基本业务信道的业务资源强度）/坎贝尔信道，得到单小区可提供的坎贝尔信道数，通过查询爱尔兰B表，可以得到单小区的坎贝尔业务量；
8．用规划区域内总的坎贝尔信道业务总量除以单小区可提供的坎贝尔业务量就可以得到所需小区数。
4）SK算法
通过随机背包迭代算法，计算基于混合业务且满足不同QoS需求所需的信道资源。
沿用了ATM网络流量计算的基本思路和管道共享的概念，可体现不同业务的QoS需求。
但是，计算量大，比较复杂，不便于实际应用；对PS业务非实时性的特点体现不够。
可以看出坎贝尔方法是将所有业务统一为CS域业务进行等效，并运用爱尔兰B公式进行分析和计算，而实际上，网络中不仅存在CS域业务，而且还存在着PS域业务，PS域业务和CS域业务的业务特点有很大不同，而且对PS域业务通常采用爱尔兰C公式进行分析，因此利用坎贝尔方法对所有混合业务进行容量估算，存在着固有的局限性，表现在没有考虑各种业务阻塞率的差别，而简单认为所有业务的阻塞率都相同。
通常认为，坎贝尔方法对CS域的混合业务的估算是合适的，而对存在PS域业务的数据业务，如果不对坎贝尔方法进行修正，则不完全适用。
因此，当进行TD-SCDMA网络容量规划时，如果PS域业务占较大的比例，对按照以上的坎贝尔方法进行估算，结果和实际网络需求会出现较大的误差。
2.5建设策略分析及各种覆盖策略综合对比
（1）高校校区TD网络建设的总体原则
高校校区的网络建设遵循室内外一体规划原则：
确保室内覆盖系统能提供良好的室内信号，同时要避免对室外构成强干扰；确保室外宏站对室外场景及部分楼房室内场景的良好覆盖，同时做好室内外切换参数的设置；在频率分配、设备支持的情况下室内外尽量采用异频组网方式，做好干扰协调，避免系统间的互相影响。
工程建设方案必须满足国家和通信行业相关标准，电磁辐射值应满足国家标准。
TD室内覆盖系统建设应以改造现有室内覆盖系统为主，新建室内覆盖系统为辅。
在共用分布系统改造工程中应充分利用原有分布系统资源，同时解决器件老化、需求变化、覆盖不足等新情况。
新建TD分布系统应考虑和GSM、WLAN系统共用。
TD室内覆盖系统改造应确保原有GSM网络正常运行，并为后续优化设计留有余地。
多系统共存时系统间隔离度应满足要求，避免系统间的相互干扰。
（2）建设策略
根据前述建设的原则和基础，提出主要建设策略：
校园覆盖的规划主要以规划室内覆盖和室外覆盖两部分组成。
总的来说一般建议楼宇内利用室内分布系统或小区分布系统进行深度覆盖，校园开放区域采用宏站进行建设。
由于覆盖室内的分布系统一般采用宽频小增益吸顶的非智能天线，因此建议采用“小功率，多天线”的规划理念进行网络覆盖规划，每个天线的覆盖半径不宜过大，对于特殊场景的覆盖，应根据具体环境单独确定。
TD建设更多满足数据业务的需求，且TD建设是基于2G网络的建设基础上，大多采用了共址方式，并采用室内外站点共址方式，以及为解决校园站房资源紧张问题，可适当在校外进行站点建设，对校园内进行覆盖，并采用光纤拉远方式进行深度覆盖。
（3）容量设计策略
根据用户预测数据及分布情况，采用多个小区建设，对各小区的容量和载扇配置进行详细规划。
在建设初期，室内分布单小区载频配置以O3为主，数据业务需求较高的站点可引入A频段，载频配置达到O6或者更多载波。
在设计时，应保证扩容的便利性。
当室内分布系统配置容量紧张时，尽量做到在不改变分布系统架构的情况下，通过空分复用、增加载波及小区分裂等方式快速扩容，满足业务需求。
因此，原则上应采用多个单通道RRU进行物业点覆盖，以利于使用空分复用功能。
对于业务需求较小的物业点，可以采用单个单通道RRU进行覆盖。
针对业务需求特别高的站点，在满足覆盖需求的情况下，可适当增加RRU的数量来满足今后业务扩容需求。
（4）覆盖方式策略及对比
TD网络建设主要采取的覆盖方式包括：
室外宏基站、室内分布系统覆盖和室外小区分布系统覆盖等三种类型。
其中宏基站主要用于室外覆盖及楼层比较低且楼的数量比较少的场景；室内覆盖主要用于楼层较高且楼房密集、宏基站覆盖不能很好的达到覆盖指标要求的场景；小区分布覆盖则主要用于楼房密集，但建设室内覆盖有困难的场景。
鉴于高校校区的教学区和宿舍区楼房较多，因此，除了采用室外宏站对校区的室外进行覆盖外，同时采用室内分布系统和小区分布系统对室内进行深度覆盖，以达到覆盖效果良好、提高数据业务应用速率的效果。
总之，根据不同场所的实际需求，选择适合的覆盖解决方案，需要充分利用各种无线覆盖方式的优势，实现室内及热点地区的覆盖，综合考虑室内外情况，合理配置基站和室内分布、小区分布系统资源。
1）宏基站覆盖
以宏基站为主进行网络覆盖，重点覆盖数据业务需求高的区域，覆盖的业务热点区域力求室外成片连续，基站间距控制在450至600米。
宏基站链路预算，采用COST-231传播模型，各信道链路预算值计算如下表示：
类别
密集区域
一般区域
P-CCPCH覆盖半径
下行
0.44
0.57
AMR覆盖半径
上行
0.46
0.59
CS64覆盖半径
上行
0.35
0.45
PS64覆盖半径
上行
0.39
0.50
AMR覆盖半径
下行
0.55
0.71
CS64覆盖半径
下行
0.39
0.51
PS64覆盖半径
下行
0.50
0.65
PS128覆盖半径
下行
0.44
0.56
PS384覆盖半径
下行
0.44
0.56
2）室内分布系统覆盖
教学楼、行政楼、实验楼、图书馆、礼堂、报告厅、体育馆、食堂等，由于此类建筑纵深较大，存在大量走廊，室外宏站到达室内衰耗较大，信号较弱，建议采用室内分布系统进行覆盖，可以有效吸收室内话务量，提高用户感受。
如果学校宿舍楼差异较大，一些典型宿舍楼如宿舍房间之间存在公共走廊则建议采用室内分布系统建设。
根据集团公司编写的《3G（TD-SCDMA）网络工程室内分布系统建设指导原则》，得出室内分布系统天线口功率、天线增益与覆盖半径的关系如下表所示：
天线口功率
天线增益
覆盖半径
天线增益
覆盖半径
天线增益
覆盖半径
dBm
dBi
米
dBi
米
dBi
米
0
3
5.1
7
7.0
11
9.5
1
3
5.5
7
7.5
11
10.2
2
3
6.0
7
8.1
11
11.0
3
3
6.5
7
8.8
11
11.9
4
3
7.0
7
9.5
11
12.9
5
3
7.5
7
10.2
11
13.9
6
3
8.1
7
11.0
11
15.0
7
3
8.8
7
11.9
11
16.2
8
3
9.5
7
12.9
11
17.5
9
3
10.2
7
13.9
11
18.9
3）小区分布系统覆盖
一些宿舍由于工程无法安装室内分布式天线，而宏站又无法对楼宇深度覆盖，可能导致楼宇内终端用户感受较差，此种情况可以采用室外分布系统进行覆盖。
室外分布系统即采用分布式天线系统安装于楼宇之间的空地或者楼宇外墙（天线采用伪装外型天线），对楼宇内部进行覆盖。
若楼宇外墙可安装伪装天线，则采用楼宇间天线对打覆盖。
一般天线安装于楼宇外墙，为了避免信号泄漏造成干扰，要求天线降低高度安装。
由于采用室外天线进行覆盖，信号必须严格控制，楼宇较低时才适宜使用，否则易造成越区覆盖等问题，一般建议在楼宇间使用，利用楼宇本身作为阻挡。
根据小区分布系统的覆盖特点及经验值，得出小区分布系统天线口功率、天线增益与覆盖半径的关系如下表所示：
天线口功率
天线增益
仅穿过玻璃及一般隔断的覆盖半径
穿过2层隔断的覆盖半径
天线增益
仅穿过玻璃及一般隔断的覆盖半径
穿过2层隔断的覆盖半径
dBm
dBi
米
米
dBi
米
米
7
7
11.9
1.8
11
16.2
2.4
8
7
12.9
1.9
11
17.5
2.6
9
7
13.9
2.0
11
18.9
2.8
10
7
15.0
2.2
11
20.4
3.0
11
7
16.2
2.4
11
22.0
3.2
12
7
17.5
2.6
11
23.8
3.5
13
7
18.9
2.8
11
25.7
3.8
14
7
20.4
3.0
11
27.8
4.1
15
7
22.0
3.2
11
30.0
4.4
通过对高等院校校区的场景特点及对通信的需求进行分析，根据各种覆盖方案的特点，提出合适的建设策略。
3典型场景建设方案
3.1建筑物情况
川师大新校区位于成都市龙泉区，东经104°05′46″，北纬30°41′04″；整个校区东西长约1200米，南北长约800米。
主要楼层情况：
建筑层高5至6层。
3G建设情况：
目前还没有3G站点。
根据对学校的勘察情况，目前已建校区主要分为3个区域，即中间的教学区和东、西两个宿舍区。
教学区域中已经建设完成的教学楼共有7栋：
含3栋实验楼、1栋教学楼、1栋行政楼、1栋图书馆、1栋艺术楼（音乐学院）。
东苑宿舍位于校园的东南方向，共5栋宿舍楼，含3栋男生宿舍和2栋女生宿舍。
西苑宿舍位于校园的西南方向，共6栋宿舍楼。
图表31川师大校园内建筑分布图
3.2主要设计策略
业务质量指标设计要求：
覆盖区内无线可通率：
移动台在无线覆盖区内90%的位置，99%的时间可接入网络。
无线信道呼损：
根据集团要求无线信道呼损市区不高于2%。
块差错率目标值（BLERTarget）：
话音1%，CS64K0.1%－1%，PS数据5－10%。
3.3设计方案
根据校园内三大区域（西部宿舍区、中部教学区、东部宿舍区）主要建筑类型，主要设计建设方案为：
教学区、西苑宿舍楼室外采用TD宏站1覆盖；室内：
教学区设计为室内分布系统，同时利用原2G室内分布系统；西苑宿舍楼利用华为双通道RRU建设室外小区覆盖，覆盖和容量可以满足。
东苑宿舍楼距离宏站1约600米，考虑室外采用宏站2覆盖，室内建设室内覆盖满足需求。
该区域利用共小区RRU覆盖，同时进行室内、室外覆盖。
3.3.1覆盖方案
综合川师大校园情况以及建筑功能分布，经过实地勘察研究和理论计算后，进行了广泛的讨论，确定的覆盖建设
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