大型體育場館5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計研究.docx

1、大型體育場館5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計研究Researchon5GNetworkPlanningandDesigninLargeStadiums田彥豪，畢猛,侯彥莊，吳迪(中國鐵塔股份有限公司5G技術(shù)創(chuàng)新中心，河南鄭州450000)TianYanhao,BiMeng,HouYanzhuang,WuDi(5GTechnologyInnovationCenterofChinaTowerCo.,Ltd.,Zhengzhou450000,Chi-na)關(guān)鍵詞：5G；大型場館；規(guī)劃設(shè)計doi：10.12045/j.issn.1007-3043.2021.10.010文章編號：1007-3043(2021)10-0

2、048-05在進(jìn)行大型體育場館的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計時，較傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)新增了容量協(xié)同、同頻干擾控制等諸多方面的挑戰(zhàn)。結(jié)合某大型體育場館的規(guī)劃設(shè)計，給出針對性的方案，為其他大型體育場館的5G規(guī)劃設(shè)計提供參考。中圖分類號：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID回叫Abstract：Intheplanninganddesignof5Gnetworkinlargestadiums,comparedwiththetraditional2G/3G/4Gnetworks,therearemanynewchaenges,suchascapacitycoordination,

3、cofrequencyinterferencecontrol.Combinedwiththeplanninganddesignofalargestadium,itputsforwardthetargetedsolutions,whichprovidesreferencefor5Gplanninganddesigninotherlargestadiums.Keywords：5G；Large-scalestadium；Planninganddesign引用格式：田彥豪，畢猛，侯彥莊，等大型體育場館5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計研究J.郵電設(shè)計技術(shù)，2021(10):48-52.0引言隨著5G網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)和行業(yè)

4、應(yīng)用的逐步普及，大型體育場館場景的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)需求也越來越突出，5G網(wǎng)絡(luò)的獨特特點，使其面臨許多新的挑戰(zhàn),亟需針對該重點場景的規(guī)劃設(shè)計方法進(jìn)行分析研究，制定對應(yīng)方案。15G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)大型體育場館在2G/3G/4G時代主要面臨容量需求高和干擾控制難兩大難題。在5G時代將面臨更多收稿日期：2021-08-27新的挑戰(zhàn)。以中國移動為例，主要面臨如下4個方面的挑戰(zhàn)。a）4G/5G容量協(xié)同要求高。中國移動有2515-2675MHz共160MHz的2.6GHz頻譜，既可用于4G,也可用于5G。針對大型體育場館這種高容量場景，既要保障4G的容量，又要保障5G的業(yè)務(wù)需求。160MHz的頻

5、率帶寬在4G和5G如何分配，直接影響頻率規(guī)劃和小區(qū)劃分，在4G/5G容量的協(xié)同設(shè)計方面尤為重要。b）新增4G錨點站和5G站的協(xié)同規(guī)劃。在非獨立組網(wǎng)（NSA）結(jié)構(gòu)下，5G的信令服務(wù)需要4G錨點站提供，5G基站要和4G錨點站協(xié)同配合規(guī)劃，使5G用戶在4G錨點站易進(jìn)難出，確保5G用戶在5G網(wǎng)絡(luò)的駐留。0同頻干擾控制難度大。移動網(wǎng)絡(luò)在4G階段采用室內(nèi)外異頻組網(wǎng)方案，但在5G階段采用室內(nèi)外同頻組網(wǎng)，在5G方案設(shè)計時需要考慮做好物理隔離和覆蓋控制，降低場館內(nèi)外部的同頻干擾。d）垂直行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)需求高。5G網(wǎng)絡(luò)面對的不僅僅是普通個人客戶，面對的行業(yè)應(yīng)用也越來越多，如4K電視直播等，5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃開始從基于網(wǎng)

6、絡(luò)指標(biāo)的設(shè)計向基于業(yè)務(wù)的設(shè)計轉(zhuǎn)變。25G規(guī)劃設(shè)計應(yīng)對方案結(jié)合鄭州奧體中心體育場的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計過程，研究總結(jié)具體的應(yīng)對方案。鄭州奧體中心為2019年舉行的第十一屆全國少數(shù)民族傳統(tǒng)體育運動會的主辦場地，設(shè)體育場1座，可容納觀眾50000人，是河南省單體建筑面積最大的公建項目。2.1總體規(guī)劃設(shè)計思路體育場的規(guī)劃設(shè)計需考慮場館周邊主干道、場館進(jìn)出區(qū)域及場館內(nèi)部各功能區(qū)等不同區(qū)域的差異性覆蓋，總體設(shè)計思路為：主干道宏站覆蓋，場館進(jìn)出區(qū)域微站吸熱，場館不同功能區(qū)采用無源室分和有源室分相結(jié)合的覆蓋方式。宏站和微站的5G規(guī)劃設(shè)計方法和4G基本一致，下面主要就場館的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計方案進(jìn)行介紹。2.2 5G

7、覆蓋規(guī)劃綜合4G和5G的信源導(dǎo)頻功率、2.6GHz與2.3GHz頻段在饋線和無源器件插損差異、2.6GHz與2.3GHz頻段空間傳播損耗和穿透損耗差異等因素，在典型室分場景下，通過鏈路預(yù)算分析，2.6GHz頻段的5G覆蓋電平和2.3GHz頻段的4G覆蓋電平差值在1dB以內(nèi)，具體計算過程如表1所示。在覆蓋規(guī)劃設(shè)計時，2.6GHz頻段的5G點位按照傳統(tǒng)的2.3GHz的4G進(jìn)行規(guī)劃即可滿足5G覆蓋要求。2.3 4G/5G容量協(xié)同規(guī)劃體育場可容納觀眾50000人,按照中國移動用戶的滲透率70%,中國移動4G用戶滲透率為100%,保證單用戶下行速率L5Mbit/s（高清視頻）和上行速率200kbit/s

8、（即時通信）的業(yè)務(wù)體驗速率的情況下，預(yù)計需要168個4G小區(qū)才滿足移動4G用戶接入需求；5G網(wǎng)絡(luò)仍處在初期用戶發(fā)展階段，容量暫不存在瓶頸，重點保障5G用戶體驗質(zhì)量。結(jié)合體育場的3層看臺結(jié)構(gòu)，體育場1層設(shè)計40個扇區(qū)、2層設(shè)計30個扇區(qū)、3層設(shè)計22個扇區(qū)，每個扇區(qū)規(guī)劃2個4G小區(qū)的雙載波，看臺區(qū)域共規(guī)劃4G小區(qū)數(shù)為（40+30+22）x2=184個，可滿足容量需求。中央草坪區(qū)域共規(guī)劃8個扇區(qū)，16個4G小區(qū)，作為中間草坪有觀眾的演唱會等場景備用。為保障容量均衡，將E120MHz、E220MHz、D320MHz、FDD180015MHz終端滲透率較高且?guī)捿^大的頻點作為主用頻點；D720MHz&

9、gt;D820MHz終端滲透率偏低，E310MHz、FDD180010MHz帶寬較小，作為容量補充頻點。5G開通100MHz帶寬小區(qū)。根據(jù)以上分析，對4G/5G的頻率規(guī)劃如表2所示。隨著用戶業(yè)務(wù)特征的變化，可將中國移動2.6GHz的160MHz頻率帶寬根據(jù)4G和5G的負(fù)荷靈活調(diào)整。比如在4G單用戶需求速率較高時，可將非關(guān)鍵區(qū)域的5G小區(qū)帶寬由100MHz調(diào)整至60MHz,4G小區(qū)進(jìn)行2.6GHz頻段擴容。另外，900MHz頻段也可用于FDD進(jìn)行容量補充。表3為擴容后的頻率規(guī)劃表，在1層看臺和2層看臺擴容2.6GHz頻段和FDD900MHz的4G小區(qū),共增表12.6GHz的5G和2.3GHz的4

10、G覆蓋電平差異計算表表2體育場頻率規(guī)劃表序號類別5G和4G的覆蓋差異（無源室分）5G和4G的覆蓋差異（有源室分）說明1子載波功率差異/dB1=10lg(100/0.001)-10lg(273x12)-10lg(20/0.001)-10lg(100x12)=2.63QJG小區(qū)為20MHz帶寬，設(shè)備單通道功率20W©3小區(qū)為100MHz帶寬，設(shè)備單通道功率100W2DAS損耗差異/dB2=(73-6.6)/100x20+(12.5-11.4)/100x50=0.692=0。次要由功分器插損、耦合器的耦合損耗、1/2”&7/8”饋線傳輸損耗以及天線損耗構(gòu)成©J分器、耦合器

11、、天線在2個頻段的指標(biāo)基本一致蘑！lW20m的7/8"饋線下口50m的1/2"f彪分耀，2.6GHz損耗比2.3GHz大0.69dB仁有源室分不涉及3自由空間損耗差異/dB3=20log(2600)-20log(2300)=1.06自由空間損耗:P%H_LOS=32.4+17.3lg)+20lg(/c)4穿透損耗差異/dBA4=4x(2.6-23)=1.2根據(jù)3GPPTS38.901,混凝土墻場景穿透損耗卜5+4/J的單位為GHz覆蓋電平差異/dB=1-A2-A3-4=-0.32=1-A2-A3-4=037區(qū)域A組頻點B組頻點中央草坪區(qū)域FDD180015MHzNR100M

12、Hz一Fl+F2E310MHzGSM9001層看臺E220MHzFDD180010MHzNR100MHzEl20MHzD820MHzGSM9002層看臺FDD180015MHzE310MHzNR100MHzD320MHzD720MHzGSM9003層看臺E220MHzFDD180010MHzNR100MHzEl20MHzD820MHzGSM900表3體育場4G網(wǎng)絡(luò)擴容后頻率規(guī)劃表區(qū)域A組頻點B組頻點1層看臺E220MHzFDD180010MHzD220MHzNR60MHzEl20MHzD820MHzDI20MHzGSM9002層看臺FDD180015MHzE310MHzD220MHzNR80M

13、HzD320MHzD720MHzFDD90010MHzGSM9003層看臺E220MHzFDD180010MHzNR100MHzEl20MHzD820MHzGSM900加60個4G小區(qū)。中國移動主要頻段對應(yīng)的頻率如圖1所示。2.4 4G錨點和5G協(xié)同規(guī)劃在NSA組網(wǎng)場景下，一旦NSA用戶接入非4G錨點站，將導(dǎo)致無法添加NR（NewRadio）輔載波，從而無法享有5G業(yè)務(wù)?？紤]到5G終端對4G錨點頻點的支持度、FDD1800MHz系統(tǒng)的大容量優(yōu)勢及網(wǎng)絡(luò)維護復(fù)雜度等因素，目前中國移動以FDD1800MHz系統(tǒng)的4G站點做錨點為主。FDD1800MHz的4G錨點站和5G的協(xié)同規(guī)劃設(shè)計非常重要。4G錨

14、點站的負(fù)荷過載也會影響5G用戶的感知，在進(jìn)行4G業(yè)務(wù)均衡過程中，優(yōu)先保障4G錨點站的負(fù)荷不過載。在空閑態(tài)，4G錨點站和非錨點站通過專用小區(qū)重選優(yōu)先級，來確保5G終端能夠準(zhǔn)確、穩(wěn)定地駐留在4G錨點站上。在連接態(tài)，為讓5G終端盡量保持在4G錨點站，在4G錨點站和非錨點站對切換策略進(jìn)行差異化設(shè)置，4G錨點站側(cè)切換主要采用A2+A4事件（用于4G錨點站切向于非錨點站），同時設(shè)置較低的A2事件的觸發(fā)門限（如-105dBm）,難以啟動異頻/異系統(tǒng)的測量，確保5G終端在4G錨點站信號較好時，較難觸發(fā)到非錨點站的切換；非錨點站側(cè)主要采用A1+A4事件（用于非錨點站向4G錨點站之間），采用基于頻率優(yōu)先級的切換，

15、設(shè)置較低的A1事件的觸發(fā)門限（如-110dBm）,易于啟動對錨點頻點的異頻測量，確保5G終端在非錨點站進(jìn)行業(yè)務(wù)時，較易觸發(fā)向4G錨點站的切換。2.5干擾控制設(shè)計在干擾控制方面從硬隔離和軟隔離2個維度來考慮規(guī)劃設(shè)計，硬隔離主要是利用建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行同頻干擾的隔離，軟隔離主要是通過異頻交叉、天線合理選型精準(zhǔn)覆蓋來進(jìn)行干擾控制。a）奧體中心體育場南北2個區(qū)域都是非封閉結(jié)構(gòu)，需協(xié)同考慮周邊宏站和微站的站址，避免宏站和微站的主瓣方向正對體育場的出入口，規(guī)避5G的室內(nèi)外同頻干擾。頻段名稱使用頻率900MHz頻段889MHz上行頻率范圍909MHz934MHz下行頻率范圍954MHz1.8GHz頻段1710M

16、Hz上行頻率范圍1735MHz1805MHz下行頻率范圍1830MHz1.9GHz頻段1885MHzFlF21915MHz2.3GHz頻段2320MHzElE2E32370MHzNR100MHz2.6GHz頻段2515MHzDID2D3D7D82675MHz、NR60MHz4.9GHz頻段4800MHz4900MHz圖1中國移動主要頻段對應(yīng)頻率圖無線通信b）現(xiàn)階段5G用戶相對4G用戶較少，但5G只能采取同頻組網(wǎng)。在對體育場看臺的頻率進(jìn)行規(guī)劃時，4G采用層間頻率交叉、同層A/B頻率交替的組網(wǎng)方式降低同頻干擾。5G扇區(qū)部署密度在4G的基礎(chǔ)上減半，加大物理隔離，降低同頻組網(wǎng)帶來的干擾（見圖2）。10

17、B4G扇區(qū)劃分圖圖2體育場結(jié)構(gòu)及4G/5G扇區(qū)劃分示意圖0大型體育場館天線選型的重點是看臺區(qū)域天線的選型，其直接影響扇區(qū)覆蓋范圍和干擾分布。依據(jù)運營商的用戶量、滲透率、感知速率計算出來扇區(qū)覆蓋的用戶數(shù)，根據(jù)場館現(xiàn)場的座位密度和座位分布確定扇區(qū)需要覆蓋的長度和寬度。通過扇區(qū)邊界和天線可安裝位置，確定需要天線的波瓣角（3dB波瓣）。如圖3所示，以2層看臺的天線選型為例，計算過程如下：天線所處的馬道距離看臺掛高約22m,天線安裝點位垂直于覆蓋區(qū)域中線點，每個天線覆蓋范圍為22mx22m,所需天線水平波瓣角計算方法：DE-圖3天線波瓣角計算示意圖GREESATAN（水平覆蓋寬度。/2）/天線到座位的垂

18、直距離bx2=DEGREESATAN（22/2）/22x2=53.2°O同樣的方法計算垂直波瓣角也為53.2。根據(jù)天線廠家提供的天線信息，優(yōu)選天線水平和垂直波瓣角接近53.2。的天線。2.6行業(yè)應(yīng)用保障考慮到各垂直行業(yè)對5G網(wǎng)絡(luò)的需求，在規(guī)劃設(shè)計階段，需向物業(yè)方、主辦方收集垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)訴求，進(jìn)行場景化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。表4為5G典型行業(yè)應(yīng)用對應(yīng)的業(yè)務(wù)指標(biāo)需求表。大型體育場館涉及的行業(yè)應(yīng)用主要為eMBB業(yè)務(wù)，如電視直播、視頻回傳、VR直播、5G安防等。針對大型體育場館的行業(yè)應(yīng)用，移動無線網(wǎng)絡(luò)保障的方法主要有：a）行業(yè)應(yīng)用區(qū)域設(shè)置獨立5G小區(qū)。b）開通SA（StandAlone）網(wǎng)絡(luò)提升上行

19、速率。c）移動160MHz全帶寬CA（CarrierAggregation）小區(qū)。d）4.9GHz頻段小區(qū)擴容等。在本次體育場的行業(yè)應(yīng)用保障中，涉及的5G行業(yè)應(yīng)用及5G無線網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計方案如下。表45G典型行業(yè)應(yīng)用對應(yīng)的業(yè)務(wù)指標(biāo)需求表5G場景類型關(guān)鍵指標(biāo)需求單用戶上行帶寬需求/(Mbit/s)單用戶下行帶寬需求/(Mbit/s)時延/ms連接數(shù)/個可靠性eMBBVR/AR>5>100<5局部2-100中家庭娛樂130<10局部250低全景直播30-40(4K)1<102-100低工業(yè)相機501.5<1002-100低uRLLC無人機>40(4K)>

20、40(4K)ms級2-100中車聯(lián)網(wǎng)<1<1<10250高智慧醫(yī)療10(1080P)10(1080P)<10局部101000高遠(yuǎn)程操控<1<15-100局部百萬級高mMTC智慧城市bit/s級bit/s級<20百萬千萬級中智慧農(nóng)業(yè)bit/s級bit/s級<10千百萬級中a) 記者在全媒體指揮中心通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸現(xiàn)場的新聞素材。5G規(guī)劃設(shè)計方案：全媒體指揮中心單獨分裂一個5G室分小區(qū)。b) 位于體育場北側(cè)的5G公交車現(xiàn)場直播高清電視，乘客免費體驗5G速率；位于體育場東北的公安視頻監(jiān)控攝像頭采集的高清視頻通過5G回傳到監(jiān)控室。5G規(guī)劃設(shè)計方案：2個業(yè)

21、務(wù)區(qū)各獨立規(guī)劃一個5G宏站小區(qū)。針對安全隔離和時延要求高的行業(yè)應(yīng)用需聯(lián)合核心網(wǎng)、承載網(wǎng)可采用網(wǎng)絡(luò)切片、移動邊緣計算等方案進(jìn)行業(yè)務(wù)保障，具體保障手段需結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和行業(yè)應(yīng)用需求進(jìn)行合理選擇。3結(jié)束語大型體育場館的5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計相比4G有很大的不同，本文結(jié)合5G規(guī)劃設(shè)計的挑戰(zhàn)分析，給出了對應(yīng)的解決方案，供類似場景的方案規(guī)劃設(shè)計參考。參考文獻(xiàn)：1 李睿，劉旭峰，高敏，等.5G業(yè)務(wù)發(fā)展與運營商應(yīng)對策略J.通信世界，2018(9):21-22.2 王勇，劉詩虎，張清.大型場館4G+5G標(biāo)準(zhǔn)化組網(wǎng)方案研究J.信息通信，2019(7):132-134.3 張欣旺，周嬌，王大8睥，等.5G室內(nèi)多場景目標(biāo)網(wǎng)覆

22、蓋方案J.移動通信，2019,43(8):62-67.4 宋靜川，鐘連峰，陳青山，等.面向容量保障的4G與5G頻率協(xié)同研究CZ5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研討會(2019論文集).移動通信雜志社，2019:163-166.5 華為技術(shù)有限公司.室內(nèi)覆蓋數(shù)字化5G解決方案技術(shù)指導(dǎo)書EB/OL.2020-02-17.https：/529e599532687e21af45b307e87101f69f31fbf5.html.6 羅宏，黃嘉銘.針對行業(yè)用戶的5G規(guī)劃研究J.廣東通信技術(shù),2020,40(8):2-4.7 周競科.5G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)方案探討J.中國新通信，2018,20(7):68-69.8 許浩，李辰.5G室內(nèi)覆蓋規(guī)模部署研究與思考J.電信科學(xué)，2020(