本文对具有异构特征的HDC异频室内覆盖容量特性进行了模型化分析,获得以下结果:
异构的室内覆盖小区可承载的话务密度高于宏小区;
在给定条件下,采用同频室内覆盖+宏小区的最大容量增益为2.5倍;
在同等条件下,采用异频室内覆盖+宏小区的最大容量增益可达8.6倍;
可用频点数越多,异构网络建设越彻底,则容量增益越大。
在频谱资源受限情况下,通过异频异构来解决移动网日益加速的流量需求是一个必然的趋势和手段。目前海外主流运营商也纷纷实践这一思路。
为解决室内外导频污染问题,提高CDMA室内分布系统的话务吸收能力,减少高话务量区域室外站点容量负荷和扩容压力,增加CDMA室内分布系统的投资回报,基于多载波RRU优势和切换算法的室分异频解决方案成为优选方案之一,其中比较有代表性的是HDC方案。这种伪导频异频引导切换方案,结合室内覆盖系统部署,可以有效引导移动用户在室内覆盖区域的待机和业务行为,实现完善的异频室内覆盖。
多年来各地的实验已经证明,采用HDC技术方案,可以很好地处理高层导频污染问题,使CDMA室内网络的用户体验在很大程度上得以提升,KPI可优于宏蜂窝网络。目前,相当一部分省份的CDMA VIP室内覆盖均采用异频方式来进行保障。同时异频异构网络由于对室内话务吸收较同频网络充分,更好吸收了室分话务,疏散了宏基站话务,也为整网的话务量承载提升带来增益,本文将着重分析异构网点容量增益。
小区扩容能力特征
宏蜂窝小区是目前CDMA网络覆盖的主力。主要特征包括:基站天线扇区化,天线挂高高于周围建筑环境,站点TOP结构有较严格的要求,扩容方式以平面小区分裂和加载波为主。目前,一些大城市的平均站间距(ISD)已经达500-600米,在此基础上,再进行小区分裂,电波传播距离衰耗斜率将明显变缓,干扰隔离效应变差,软切换比例增加,扩容效果变得不明显。
目前CDMA的室内覆盖,以分布天线系统(DAS)为主。当采用基站信号源时,组网配置一般采用RRU做信源,O1+1站型配置。为兼顾覆盖,通常约2万平方米左右室内面积,采用一个RRU。也有采用干线放大器进行覆盖扩展的场景。当容量需求增长时,可以采用室内垂直小区分裂的方式,进行扩容。由于建筑结构材料一般能提供额外的电波传播损耗,因此室内覆盖小区的覆盖规模将比宏基站小很多(比如在校园网密集HDC扩容覆盖中,曾经实现过约1000平方米的微小区)。
可以看出,宏小区的覆盖面积约40万平米,而室内小区可能仅2万平米甚至可达1000平米。如果话务呈平均分布的话,宏基站扇区承载的话务将是室内站点的20~400倍。
根据以上分析得出如下结论:
宏站由于覆盖广,其吸收话务能力强;
在同等话务密度下,室内站的话务负荷将明显低于宏站一到两个数量级;
室内站有更大的小区分裂扩容潜力(立体分裂小区能力);
现实网络中,网络的话务压力瓶颈将是宏基站,在室内覆盖建设中,从容量方面要尽可能分流室内话务压力。
宏蜂窝小区+室内覆盖联合组网场景模型分析
目前,我国CDMA2000城市网络,普遍采用了以宏蜂窝为主构建全覆盖移动网络,而室内覆盖进行补充的方式。在频谱使用方面,大部分采用了同构网络模式,即室内外部署同等数量的载频。在这种情况下,由于网络本身是异构的,而频谱资源是同构的,带来室内站吸收话务不足、高层导频污染等现象。
根据多地实验,将原有同频室分覆盖改为异频HDC方式,可以使吸收话务能力提升50%以上。而业界对室内外话务分布达成了共识:70%的语音话务分布在室内,而80%-90%的数据业务话务分布在室内。
不妨做一个简化模型:假设一个网络中的热点小区,对于一个宏蜂窝扇区覆盖区,话务密度为D,有N个载频可均匀用于话务承载,室内分布的话务比例为P。
用同频室内外覆盖时,即使室内站可吸收话务为2/3 P,仍然有1/3比例话务由宏站承载;而采用异频时,这部分室内话务将全部引导到室内系统:
1、如果该小区仅仅建设了宏蜂窝网络,则该扇区的每个载频的话务承载为D/N;
2、如果该小区的室内部分已经建设有完善的室分系统,而室分系统按同频配置,则宏站每载频的话务负荷为(1-(2/3)*P)*D/N;
3、如果该小区室分系统按异频配置,而由于室内系统的覆盖面积远低于宏站,可以考虑室内异频载波仅仅配置1个载频。则宏站每载频的话务负荷为(1-P)*D/(N-1);
根据前文所述,由于异构后的网络,容量瓶颈在宏小区,则评价全网容量,可以宏网负荷作为标准(容量与负荷间呈反比关系),可得三种方式下,终局容量的对比。
1、当我们取D=1,就可以得出对于不同P和N取值,宏站小区话务的典型对应曲线。
从曲线族可以看出,由于全面采用宏小区覆盖,作为容量特征的等效载波数,与室内话务占比无关,与可用频点数呈线性增长关系,该结果可作为同/异构网络的容量基线(如图1)。
2、当采用室内外同频组网(当前主导组网形式),可以假设室内外采用同等数量的载波进行配置。由于宏站的RF覆盖能力高于室内站,因此,室内系统大约仅能吸收2/3比例的室内话务。由室内系统“泄漏”到宏站的话务,将明显影响这种组网方式的整体话务承载能力。
这种组网方式中,网络的容量随可用频点数和室内话务占比,单调增长,当可用频点数为7,且室内话务占比为90%的条件下,该组网方式可以提升整网容量2.5倍(如图2)。
3、当采用室内外异频组网(具备HDC典型组网特征)的情况下,室内站对特定业务使用单个载波配置,宏网则采用剩余的N-1个频点配置。由于异频室内覆盖系统可以实现室内话务的全吸收,更加有效地降低宏站话务承载负荷水平,提升网络容量。
当可用频点数为7,且室内话务占比为90%的条件下,该组网方式可以提升整网容量8.6倍,容量增益为室内外同频方式的3.4倍。表3中,红色字体标注部分,均显示异频方式的容量优于同频方式(如图3)。
根据以上分析,CDMA网络在宏蜂窝配置载频数量较高时,可以采用室内覆盖进行话务卸载扩容,异频室内覆盖组成的异构网络,有更好的话务卸载能力,扩容增益更大;对于现网1x业务,若考虑配置频点数为3,室内话务为占比为70%,室内外异频方式,较室内外同频方式,可提升容量约20%;对于现网的EVDO业务,若考虑配置频点数为4,室内话务为占比为90%,室内外异频方式,较室内外同频方式,提升整网容量约300%;当次800M频谱使用后,考虑EVDO配置频点数为7,室内话务为占比为90%,室内外异频方式,较室内外同频方式,提升容量约340%。
当引入异频异构组网架构后,更多地是考虑逐步卸载热点的话务,对宏网的覆盖架构几乎没有影响,而室内覆盖的微站,将引入更多、更小的小区来吸收室内话务量,从而形成立体化的大容量组网架构。
当前CDMA的网络热点对容量的需求逐渐凸显,积极引入异频异构的频率规划方案,推广HDC方式的室内覆盖,并在热点等区域,以卸载话务而非局部补盲的为目标,进行室内覆盖建设,配以RRU和Pico基站的应用,将对提升频谱利用率,E2E用户感受有积极的作用。