宏微融合组网的研究成为了未来5G网的演进方式和网络核心架构

0  前言

随着LTE网络建设不断深入，进入到下半场，互联网套餐的普及，用户数量与流量爆发式增长，移动互联网应用不断改变，无线环境日趋复杂等诸多因素，LTE网络面临着深度覆盖不足、容量和用户速率不断下降等一系列网络问题，针对这个问题，湖南联通改变传统单调以宏站建设来满足网络覆盖的思路，积极探索宏微协同的分层立体组网模式，基于场景特点，分业务类型，从用户实际需求出发，从网络分层、频率规划、宏微协同立体建设，并结合宏微覆盖协同，干扰消除优化、负荷均衡等协同优化策略，打造高品质匠心网络，低成本满足用户“深度覆盖”和“热点容量”的需求，降低网络建设维护成本，实现用户立体感知和投资效益双提升。

1  研究背景

1.1  深度覆盖不足，制约用户感知的提升

通过大数据对本省用户行为分析数据表明，超过70%的3G语音和80%的数据业务发生在室内，因此，深度覆盖质量是用户感知提升的重要因素。同时，随着城区结构层网络的逐步建设完善，网络规划及优化在向基于场景化、重深度覆盖的精细模式转变，然而城区建筑物种类多、密集，传统宏站建设难度大，效果不佳，这都制约着深度覆盖的进一步提升。

1.2  移动业务爆发性增长，但业务严重分布不均

随着提速降费的推进和创新性2I2C业务的发展，用户的流量需求得以爆发性增长，湖南联通4G业务量从2017年6月的600 TB/天快速增长到2018年2月的2 400 TB/天。同时，不同地区/年龄层用户/场景对于移动业务需求存在较大差异，青少年人口聚集区域（如校园）需求旺盛，流量爆发性增长，网络负荷持续走高，用户感知下降。然而传统宏站载波扩容手段受限于中国联通可用频谱不足，效果一般，小区分裂扩容难度大，干扰难以控制，Massive MIMO、高阶调制受限于无线环境、终端支持情况，容量提升有限，难以满足实际用户需求。

1.3  网络持续演进，未来5G需要密集化部署

为了解决未来5G网络数据流量增大1 000倍以及用户体验速率提升10~100倍的需求，除了增加频谱带宽和利用先进的无线传输技术提高频谱利用率外，提升无线系统容量最为有效的办法依然是通过加密小区部署提升空间复用度，然而随着小区覆盖范围的进一步缩小，小区分裂将很难进行，需要在室内外热点区域密集部署低功率小基站，形成超密集组网。因此积极探索宏微密集立体化组网方案，将给未来向5G演进奠定基础。

2  主要做法和成果

2.1  构建“金字塔式层级网络提升体系”

构建金字塔式层级网络提升体系（见图1），基于网络分层异构组网，结合宏微多元建设手段，实现密集化宏微立体组网，辅以覆盖增强和干扰抑制新技术，打造精品网络，精准解决用户不断增长的覆盖和容量需求，提升用户立体感知。

 

2.2  搭建宏微立体组网基础架构

核心：分层+异频组网，从而保证网络建设结构层的稳定性及延伸层的覆盖灵活性；结构层与延伸层的异频组网，减少相互干扰，覆盖层及结构层的网络质量得到保障，即便延伸层的覆盖过强也不会干扰到宏观的结构层，即便延伸层的覆盖弱化一些，也因为网络质量良好用户感知才不受影响。

结构层：由楼顶宏站及路面灯杆/铁塔站（一般在20 m以上）组成，严控站间距和站高，用于保持基础网络稳定覆盖，及吸收大部分网络容量。3G结构层F1频点重耕到2 130~2 135 MHz，4G结构层主频点继续保持1 840~1 860 MHz。

延伸层：针对深度覆盖目标区域，通过宏微协同，灵活覆盖，与结构层形成互补，定向增强深度覆盖盲点及局部区域的容量。3G延伸层频点可采用2 135~2 140 MHz，4G延伸层新建站点采用UL SDR利用2.1 GHz（2 140~2 155 MHz）及现有站点重耕到1 830~1 840 MHz与布局层异频错开组网，保证网络质量与网络性能。

通过CQT测试验证，布局层异频20/10 MHz与布局层同频组网相比，异频组网对4G下行性能提升明显，实际有效覆盖（边缘速率覆盖范围）得以增强。

2.3  打造场景化精准解决方案

构建积木式精准解决方案库（见图3），各类细分场景建设标准化，各类典型场景用什么信源、用什么天线、多大增益通过试点验证，关联匹配后形成相对感知优效、果最好、成本精准解决方案。

2.4  协同优化技术研究，实现网络质量提升

宏微协同是宏微立体组网中必不可少的部分，旨在解决宏微、微微之间协同问题，从宏微覆盖协同策略、干扰协同、宏微负载均衡等关键技术进行优化研究及策略使用，提升宏微融合网络品质，保障用户立体感知。

2.4.1  宏微覆盖协同优化

从精准覆盖及干扰控制角度考虑，微基站建设将会发挥越来越大的作用，如何保证大网宏站与微基站在覆盖区域能够及时合理进行无缝的重选与切换，这是一个新的课题。传统情况下，为了考虑宏站整个小区不会因为过早的异频测量从而引起小区速率下降，一般会把宏小区的异频启动测量门限开启得比较晚，但是这会影响切换到微小区上的及时性。为解决这个问题，在原有RSRP的异频测量启动门限的基础上，新引入RSRQ的异频测量启动门限，既保证宏小区与微小区切换性能不受影响，又确保及时顺利切换。

2.4.2  宏微干扰协同优化

通过采用功率域协调，精准功率参数优化，结合RF优化，控制重叠区域内宏站和小站的信号强度，其值相差越大，自干扰越小。与此同时，开启干扰抑制算法，进一步消除干扰，提升整体性能。

2.4.3  宏微异频组网下负荷均衡协同

对于高业务的热点区域，通过微站进行精准吸热，能最大化地保证热点区域的话务聚焦。如何保证宏微小区之间的话务达到均衡，直接影响到热点区域的用户感知。

诺基亚新的连接态的负载均衡算法（AMLE），可以通过X2接口和异频邻区进行小区之间的负载信息的交互，当异频小区间的负载差异超过设定的deltaCac参数门限（当然还有其他几个条件）时则进行小区间基于AMLE的LB切换，从而实现小区间的话务均衡。

当小区的负载门限低于Target Load的时候，小区会触发和异频邻区的负载信息交换，当主小区和异频邻区负载同时满足如下条件时触发AMLE的LB切换，使得用户数、PRB利用率等基本一致，达到均衡目的。

a） CACS［CACT （邻区的可用容量） - CACS （主小区的可用容量）］ > AMLEPR：deltaCac。

b） CACS （主小区的可用容量）

c） CACT（邻区的可用容量）≥AMLEPR：cacHeadroom。

d） UE检测到的目标邻区的下行RSRP大于设定的LNHOIF：thresholdRsrpIFLBFilter参数门限。

通过开启负荷均衡并优化相关参数，两小区间用户数和PRB利用率趋向于均衡，效果良好。

2.5  不同场景宏微载波融合协同策略

宏微载波融合可以充分利用运营商不同制式或系统的频谱资源，将宏站和微站的资源合并，有效提升整网容量，这也是宏微融合组网的关键技术之一。在不同场景下，如何让用户更好地体验宏微融合效果，是研究的重要方向，通过大量测试和研究，针对室内外不同场景，制定宏微载波融合的协同策略，提升用户感知。

2.5.1  室外：宏微小区信号存在差异

策略一：宏微互配，当覆盖场景中UE分散分布在微站覆盖区域内，建议使用宏微互配。在该策略配置下：

a） 天线近处及中间区域UE均可占用CA，更多的用户可以得到速率保证。

b） 在天线近处切换到微站上，可以分担宏站的下行控制信道及上行负荷。

c） 该场景下对非CA用户，在天线近处切换至微站，可以使用较好的信号。

策略二：微站为主载波，当覆盖场景中UE集中在微站覆盖区域近处，同时非CA区域UE较少或基本无驻留，例如集会，建议配置微站为主载波。在该策略配置下：

a） 天线近处用户占用微站为主载波CA，在UE集中区域得到速率保证。

b） 非CA区域用户较少或无UE长期驻留，故速率无需太多保证，分配更多资源给重点区域。

图5示出的是室外宏微CA部署策略（策略二）。

2.5.2  室内：不同频段信号强度基本一致

策略：互配主辅，当覆盖场景为室内，不同频段小区覆盖范围相同，且强度基本一致时，建议使用互配主辅的方式。在该策略配置下：

a） 当UE从外部小区切入时，外部小区信号一般都较好，但进入场内迅速衰减，建议采用同频切换的策略。

b） 开启基于质量主载波选择功能（PCELL_ SWAP），将大部分CA用户均衡到2.1 GHz频段上使用CA。既保证了1.8 GHz频段的负荷，也使得UE到2.1 GHz频段后能继续使用CA，保证速率。

2.6  新技术应用：降干扰、提性能

2.6.1  下行IS技术&PRB blanking

下行IS：定义了PDSCH调度发生的优选区域，该区域可以扩大或缩小，以适应负载。如果一个高负荷小区与带有干扰重构的小区相邻，eNB将会对该小区进行抑制，从而提高频率调度增益。通过频率选择性调度可以为边缘用户分配干扰较少的资源块。PDSCH重构的目的是通过建立一个静态的PDSCH 信道来降低高负荷小区的干扰。下行干扰重构能够重新分配资源到最优区域。

PRB blanking功能：它可以永久地排除某些用于下行调度的 PRB来实现下行干扰抑制，在每个子帧调度阶段都需要考虑，根据现网PRB资源利用情况周期性更新优选RB数量。

2.6.2  上行多点协同（CoMP）和BBU池

在人群密集、集中的聚集区域，需采用多小区提升容量，但是不同小区之间的用户会相互干扰，影响用户感知，实施上行CoMP技术成为抑制干扰的有效方案，同时结合BBU 池的技术，可有效解决上行CoMP中对X2接口带宽的高时延要求。

未开启CoMP时，UE1对邻近小区都是干扰信号，开启了CoMP 后，联合接收技术形成一个虚拟的天线阵列，在服务小区和其他邻近小区接收的UE1的信号都成了有用信号。在该方案中，定义了2种集合。

a） UL CoMP 集合：可定义6个小区。

b） 接收集合：是UL CoMP 集合的子集，从6个小区中选取4个小区。包含1个服务小区和3个协助小区。上行SINR最高的3个小区被选为协助小区。

2.6.3  其他新技术

2.7  典型应用案例

2.7.1  密集景区（凤凰古城宏微融合组网）

凤凰古城景区前期仅靠周边宏站覆盖，然而古城核心区域内房屋紧凑、小巷狭窄，深度覆盖严重不足。景区新建设备安装区域协调部署困难，居民对于通信设备极为敏感，传统建设方式难以施工部署。

针对上述问题，因地制宜，充分利用景区内等公共设施，在核心景区内10个区域，采用RRU挂墙或入箱伪装，部署20面新型双通道射灯天线/微型天线，延伸层多点密集部署，结合U&L SDR技术，和周边宏微异频协同组网，同步解决核心区域内3G/4G深度覆盖。结合基于场景异频宏微协同参数优化设置，全面保障用户立体感知。

通过宏微融合组网和相关优化后，景区覆盖率从87.92%提升至97.76%，下行速率从32.6 Mbit/s提升至54.5 Mbit/s，日均流量由21.5 GB提升至95.5 GB，用户感知明显提升，整体覆盖略好于友商，SINR、上下行速率领先优势明显。

2.7.2  高流量聚集场景（贺龙体育馆宏微融合组网）

贺龙体育馆多次举办大型体育比赛、演唱会等大型活动，满员的情况下4G用户将在12 000人以上，而3G/2G语音用户预计在10 000人左右，用户对于数据和语音需求巨大。

2.7.2.1  宏微融合组网和协同优化方案

密集宏微融合组网方案：采用分区域/活动配置，精准覆盖不同区域，并保障容量需求。

VIP区域（演唱会）：通过北面顶棚的基站，使用窄波束、高增益的天线来往VIP区域覆盖，并控制好覆盖范围，避免对看台产生干扰；舞台右下侧通过手推车配置小基站+Relay回传来对VIP区域进行覆盖。

看台区域：看台区域采用3个基站、12台RRU配置，配合定向天线精准覆盖各看台区域，室内包厢区域采用1个基站、4台RRU配置。

同时采用CoMP+BBU池技术，抑制上行干扰；采用IS和PRB blanking技术，抑制下行干扰。

2.7.2.2  网络质量提升效果

贺龙体育馆整改优化前后指标对比如下：SINR从3.96 dB提升至13.03 dB，平均下载速率从32 Mbit/s提升至42 Mbit/s。

2017年3月23日中韩十二强足球赛保障情况：

3G：峰值用户数1 192个，话务量高达347 Erl，流量高达13.8 GB；RRC建立成功率达到了99.65%，远高于改造前孙燕姿演唱会的93%，也是历次活动保障最高的。

4G：4G峰值总用户高达8 477个，单小区最大接入用户数673个，峰值流量160.3 GB；无线接通率维持在99.7%以上。

2.7.3  高流量聚集场景（长沙南站候车厅）

长沙高铁站候车室属于超高人流量、超高密度、超高驻留用户数的场景。原有2个室分站点，3G、4G覆盖良好。因学生潮和冰雪天滞留的旅客，导致流量暴涨的情况，现有网络无法满足，急需加强厚度，快速改善用户感知。

因存量室分站点无法实现小区分裂，以现网30 MHz带宽的1.8 GHz室分小区打底，将现网2.1 GHz室分的30 MHz带宽清退，这30 MHz分为前后15 MHz分别用于8个mRRU，相邻mRRU错频，采用垂直波瓣角较小的天线，有效控制波瓣范围，精确覆盖目标区域，同时结合基于RSRP&RSRQ切换策略，保障微站同室分微微之间切换，确保良好协同，形成精准扩容方案。

实施完成后，SINR提升5.86 dB至15 dB，区域日均流量从541 GB增长到732 GB，日均流量增幅35%，整体PRB利用率从72.7%降至47.5%。整体容量有效提升，用户体验明显改善。

3  结束语

湖南联通从现网实际问题和挑战出发，改变传统以宏基站和传统室分建设来满足网络覆盖的思路，通过构建宏基站与微基站的融合组网模式，结合宏微紧密协同和宏微干扰消除技术优化解决价值场景用户深度覆盖和热点容量的需求，用户立体感知明显提升。

该模式已在景区、大型交通枢纽、校园、体育场馆等重要场景应用，效果显著，具备很强的推广价值。同时，宏微协同的分层异构密集组网成为了未来5G网的一个可预见的演进方式和网络核心架构，湖南联通基于宏微融合组网的研究，为未来5G网络快速部署打下了坚定的基础。