大型活動5G無線通信保障方案淺析
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5G網(wǎng)絡可支持大帶寬、低時延高可靠、海量機器類通信等典型業(yè)務，在5G發(fā)展初期預計視頻類業(yè)務的流量所占比重較高。隨著視頻高清化、短視頻業(yè)務主流化及直播全民化，4G網(wǎng)絡的室內(nèi)覆蓋能力已無法滿足100Mbit/s以上的上行速率、20ms以內(nèi)時延的室內(nèi)業(yè)務要求。而在大型賽事活動現(xiàn)場，用戶密度極高，且5G視頻業(yè)務需求相比其他場景更高，因此對無線網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化工作的要求也相應提高，運營商需要重點保障網(wǎng)絡高質(zhì)量及高性能，確保業(yè)務承載能力，從而滿足用戶業(yè)務需求。
一、大型活動通信保障流程分析
大型活動通常體現(xiàn)了國家的綜合實力，其無線網(wǎng)絡通信保障工作一般需融合各類新興的5g業(yè)務應用，是一項技術難度高、方案復雜度高的系統(tǒng)工程。運營商需要確保網(wǎng)絡覆蓋范圍、容量及質(zhì)量，在此基礎上制定應急調(diào)整預案，全流程中的每一環(huán)節(jié)都需要細化并落實。大型活動無線通信保障流程如圖1所示。在活動保障前，首先需要進行科學合理的業(yè)務預測，在明確覆蓋區(qū)域的前提下，通過用戶行為分析和用戶數(shù)預測，制定業(yè)務模型，從而完成業(yè)務容量規(guī)劃。其次，需要對網(wǎng)絡資源、網(wǎng)絡安全等進行評估，制定無線通信保障建設方案及優(yōu)化方法。最后，大型賽事活動業(yè)務突發(fā)性高，因此對網(wǎng)絡中可能存在的風險制定應急方案不可或缺，以備在緊急情況下啟用。在活動進行中，需要進行無線網(wǎng)絡保障值守，網(wǎng)絡維護人員需實時監(jiān)控網(wǎng)絡狀態(tài)，對于各類緊急事件進行排查處理。在活動結(jié)束后，一般要對臨時改動和調(diào)整的網(wǎng)絡參數(shù)進行恢復，使無線網(wǎng)絡回歸常態(tài)化運行。
二、大型活動5G業(yè)務需求
5G網(wǎng)絡應用主要包括云VR/AR、高清直播、視頻監(jiān)控、遠程醫(yī)療、遠程控制、云游戲等，而高清直播、VR/AR、機器視覺、遠程會診等室內(nèi)業(yè)務對網(wǎng)絡速率要求較高，具體業(yè)務指標可參考表1。對于大型活動而言，典型的5G業(yè)務應用包括4K/8K高清直播、VR直播、安防保障等。4K/8K高清直播：5G直播可實時回傳高清畫面，實現(xiàn)360度全景高清、10倍變焦效果。VR直播：通過5GVR技術對明星演唱會、大型賽事等進行實時直播，使用戶獲得身臨其境般的體驗。安防保障：大型活動的安防工作非常重要，5G網(wǎng)絡可以提供操作更智能、圖像識別更清晰的安防視頻監(jiān)控手段。其中AR眼鏡通過人臉識別技術可提升安防效率，智能機器人可以進行地面安全巡檢，CPE回傳設備利用5G網(wǎng)絡將4K高清巡檢畫面回傳以完成常規(guī)安全檢查。
三、大型活動網(wǎng)絡保障方案
大型活動一般在場館內(nèi)舉辦，屬于典型的室內(nèi)覆蓋需求高業(yè)務場景。大型場館通常面積較大，單體建筑跨度大，且以鋼架結(jié)構(gòu)為主，造成天線安裝點位受限，場景空曠無遮擋，越區(qū)覆蓋與干擾控制較為困難。業(yè)務方面的特點是：業(yè)務突發(fā)性強，數(shù)據(jù)業(yè)務需求遠超語音業(yè)務，上傳業(yè)務需求大，上行流量占總流量的比重可達40%以上。（1）頻譜規(guī)劃對于舉辦大型活動的場館而言，需要協(xié)同考慮2G、4G、5G無線網(wǎng)絡涉及的室內(nèi)外所有頻段。制定頻率規(guī)劃策略時，應盡量以室內(nèi)外異頻組網(wǎng)或錯頻組網(wǎng)為主，即使采用同頻組網(wǎng)，也應采取各類手段控制并降低干擾。針對室內(nèi)場館的2G、4G、5G頻點合理規(guī)劃，根據(jù)業(yè)務需求劃分小區(qū)，還應盡量考慮后續(xù)擴容時小區(qū)分裂的便利性。5G建設初期容量普遍不高，室內(nèi)一般采用兩個頻點間隔部署，隨著用戶需求的不斷攀升，在局部熱點區(qū)域還需要疊加新的5G頻點以吸收話務。（2）業(yè)務承載與容量規(guī)劃在大型賽事活動的通信保障中，無線網(wǎng)絡建設總體投資較大，為了降本增效，需要合理利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，協(xié)同規(guī)劃業(yè)務承載方式，保證用戶業(yè)務服務體驗。其中，5G網(wǎng)絡主要承載高清視頻、AR/VR等對帶寬和時延要求較高的新業(yè)務；其他一些能夠在4G網(wǎng)絡中獲得滿意體驗的應用，仍由4G網(wǎng)絡承載。對于大型場館，應考慮以極限容量進行規(guī)劃，2G、4G、5G網(wǎng)絡硬件一次部署，軟件根據(jù)場館舉辦賽事的實際需求進行靈活配置，既能夠保障網(wǎng)絡覆蓋范圍、容量和質(zhì)量，又可以提升資源利用率。5G容量規(guī)劃需要結(jié)合4G網(wǎng)絡負荷、5G業(yè)務發(fā)展預測等因素。進行容量需求估算時，應重點考慮用戶數(shù)預測、市場占有率、終端滲透率和業(yè)務保障速率等指標，具體可參考表2。長采用小區(qū)分裂、增加載波等手段保障網(wǎng)絡容量。（3）設備選型大型場館室內(nèi)環(huán)境以LOS徑為主，覆蓋較好，但是容量需求高且干擾極其嚴重?？梢赃x擇小微站、新型室分、賦形天線等設備和器件，提升網(wǎng)絡容量、降低干擾。5G室內(nèi)覆蓋設備可優(yōu)先選擇使用外接天線型分布式皮基站，采用光電復合纜支持最大距離200米的遠端單元pRRU拉遠。由于容量需求較高，一般應選擇4T4R分布式皮基站設備，相比傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)可以提供良好的覆蓋及較高容量，同時也便于靈活地擴充容量。賦形天線旁瓣抑制比高、滾降角度小，可精準控制天線覆蓋范圍，建議大型場館在天線選擇上優(yōu)先采用賦形天線以控制干擾，有效消除相鄰復用蜂窩區(qū)的重疊覆蓋。（4）組網(wǎng)方案對于高話務用戶密集場景的場館室內(nèi)覆蓋基站，如果選用分布式皮基站，應以多頻多模設備為主，同時滿足2G、4G、5G多制式網(wǎng)絡需求。根據(jù)4G與5G不同的性能及業(yè)務需求狀況，也可以選擇4G與5G分別獨立部署一套RHUB中繼單元與pRRU遠端單元，也就是4G和5G采用不同的小區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)。該種方式的優(yōu)點在于：4G網(wǎng)絡容量需求較高、小區(qū)分裂密度較大，而5G建設初期容量需求不大，4G與5G網(wǎng)絡可相對獨立地進行性能優(yōu)化。在大型場館的業(yè)務密集區(qū)域需要合理設計射頻端安裝高度及位置，干擾嚴重的看臺區(qū)域外接賦形天線，當層高大于8米時，通過分布式皮基站外接四通道板狀天線增強覆蓋效果。（5）高容量保障方案大型活動業(yè)務需求突發(fā)性強，具有潮汐效應，觀看類活動直播、轉(zhuǎn)播、AR/VR沉浸式體驗等業(yè)務較多，上行業(yè)務需求非常強勁，且干擾嚴重，需重點考慮容量保障方案，可以綜合考慮C-RAN、超高頻率復用、室內(nèi)外協(xié)同頻率規(guī)劃、載波池等功能協(xié)同應用。其中，大型活動采用C-RAN組網(wǎng)具有較多優(yōu)勢。采用室內(nèi)外BBU集中的C-RAN組網(wǎng)可以在一定程度上緩解室內(nèi)外同頻干擾，同時站間動態(tài)調(diào)度、載波資源共享功能也可以借助C-RAN組網(wǎng)獲得增益，節(jié)省載波資源，提高投資利用率。C-RAN集中機房為MEC/UPF下沉提供了最佳部署位置，大型賽事的實時直播、高運算、低時延需求更容易借助C-RAN實現(xiàn)MEC邊緣云部署。此外，有利于引入?yún)f(xié)作化技術CoMP，提升小區(qū)邊緣速率。（6）應急保障方案大型活動的重要性和影響力極高，務必要保障網(wǎng)絡的正常運行，對于突發(fā)情況應實施應急預案，確保業(yè)務順暢進行。容災備份、設備備份：啟用設備容災備份方案，并進行冗余覆蓋設計，一般應考慮多載波協(xié)同覆蓋方式。實時監(jiān)控：對于用戶數(shù)和利用率等關鍵指標進行監(jiān)控，提前設置預警門限，一旦觸發(fā)門限則開展應急負荷處理。問題定位：提前準備相關參數(shù)預案，對臨時出現(xiàn)的故障、高話務、高干擾等問題迅速定位?？焖僬{(diào)整落地：提前準備可能涉及的相關網(wǎng)絡參數(shù)腳本，并開通綠色通道，確保優(yōu)先執(zhí)行。一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡緊急突發(fā)事件，可以通過以上應急保障預案多措并舉，最大程度地保障用戶業(yè)務需求。
四、結(jié)束語
大型賽事活動雖然場地受限，用戶數(shù)量相對固定，但5G多種業(yè)務場景同時存在，流量熱點呈波動分布，對于網(wǎng)絡規(guī)劃有更精細、更嚴格的要求。大型活動是5G室內(nèi)覆蓋場景高業(yè)務的集中體現(xiàn)，無線網(wǎng)絡保障方案需在業(yè)務預測、頻率規(guī)劃、容量規(guī)劃、設備選型、組網(wǎng)方案、應急預案等多方面協(xié)同考慮，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡高容量、高可靠性，確保用戶良好的業(yè)務體驗。
作者:馬穎 鄧安達 林菁 張書豪 李浩 單位:中國移動通信集團設計院有限公司 中國移動通信集團有限公司