基于PON网络小微站的商业楼宇 深度覆盖方案研究
徐凡 吴锋 叶蔼笙 陈潇 陈潮贤 程闽明
【摘 要】基于小微站的试点实践，从组网结构、网络配置要点、用户现场组网建议、干扰规避措施、网管监控手段等方面着手，分析了PON-IPRAN与PON-LAN两种组网方式的区别，小微站在室内深度覆盖方面卓有成效，提出小微站可作为4G室内快速补盲的手段之一。
IPRAN；Small Cell；PON；室内深度覆盖
1 引言
IPRAN是目前在LTE网络中普遍采用的技术，能提供大带宽、高Qos保障、完善的OAM等功能，能很好地满足LTE数据回传的需求。PON技术是一种一点到多点的拓扑结构，其光纤数量需求及铺设成本较传统点到点结构或环形结构大大降低，因此PON与移动接入网络特别是用PON来承载数字化室分业务，能够降低移动接入网络投资成本，提高运营商收益。
随着移动支付时代的来临，用户行为的改变对网络提出了更高要求，各大商业楼宇4G网络室内深度覆盖不足的问题逐渐暴露，本文介绍了基于PON网络的小微站对室内4G网络补盲的方案，快速有效地解决了室内弱覆盖或无覆盖问题，提高了用户感知，降低了投诉风险。
2 小微站优势及产品形态
2.1 小微站优势
相比传统的DAS系统，小微站在解决室内4G网络补盲中具有如下几点优势：
（1）流量热点增强：局部精确增加话务热点容量，小微站前移至用户端，热点用户独享载波带宽，明显提升用户速率与使用感知。
（2）固移融合：利用电信网络丰富的PON资源，实现固移融合。
（3）成本较低：利用随处可得的PON资源传输，降低布线成本，定制毫瓦级和低用户数小微站，满足业务需求的同时大幅降低成本。
（4）快速安装：实现PON接入，部署网关后实现互联网接入（PON或LAN），快速部署，半小时即可开站，参数自动配置，无需人工干预，即插即用。
（5）可控可管：部署网管，通过北向接口对接综合网管，实现网元可管可控与自动派障。
2.2 产品形态
LTE室内覆盖解决方案结合场景特点，综合考虑覆盖面积、建筑结构、容量等因素，最终选择SmallCell作为解决方案。本文基于第三方厂家（在现网中，通常将提供本地网络服务设备的主要厂家称为主设备厂家；其他厂家称为第三方厂家）的一体化小站SmallCell试点项目，总结了小微站在电信网络现网条件下的组网结构、网络配置要点、用户现场组网建议、干扰规避措施等，最后通过实际试点案例展示了小微站在特定场景下的组网优势。
SmallCell主要功能：
（1）支持4G信号覆盖；
（2）支持LTE FDD Band1（1 800 MHz频段）、Band3（2 100 MHz频段）；
（3）输出功率2×125 mW；
（4）支持VoLTE高清语音及视频；
（5）支持系统内的同频/异频切换、重选等移动性管理功能；
（6）支持通过以太网电口或光口连接PON、IP-RAN等多种传输网接入核心網；
（7）具备软件远程升级、远程监控、告警和KPI上报等完善的网管功能。
3 组网方案
3.1 组网方式
（1）PON-IPRAN接入
PON-IPRAN接入组网如图1所示：
组网说明：
将位于同一机房的A设备与OLT打通，实现PON与IPRAN的连通，现场SmallCell通过ONU接入IPRAN网络；
AU：大功率SmallCell近端，基带处理功能；
RRH：大功率SmallCell远端，射频单元，发射功率40 W/20 W/10 W/5 W；
一体化iCell：基带和射频功能一体化SmallCell，支持MIMO，发射功率2×125 mW。
方案特点：
利用随处可得的PON进行接入；
SmallCell成本低，节省专用光纤建设成本；
快速部署，半天开站。
（2）PON-LAN接入
PON-LAN接入组网如图2所示。
组网说明：
网关：汇聚SmallCell的信令，网关的一个端口通过IPRAN与核心网相连，一个端口通过互联网与SmallCell相连，SmallCell可通过PON接入，无需IPRAN专网；
防火墙：隔离城域网与核心网；
Internet接入：可通过电信PON/LAN网络或PON/LAN网络接入（只要能接入Internet即可），建议接入网络带宽下行大于50 Mb/s，上行20 Mb/s。
方案特点：
利用随处可得的PON进行接入，SmallCell通过Internet接入网关，无需IPRAN资源；
进行信令汇聚，降低核心网的负荷，节省eNB ID；
SmallCell成本低，节省专用光纤建设成本；
快速部署，半小时开站，参数自动配置，无需人工干预，插电并且接上Internet端口即可使用（为了有效控制部署，建议通过装维人员激活设备才能使用）。
小微站与宏站技术要求基本相同，小微站数量多，其以补盲为目的特点决定了对回传网络有着特殊要求。相对于传统点到点拓扑结构的IPRAN技术，PON采用点到多点的拓扑结构，非常适合小微站的灵活部署，只需要OLT和主干光缆铺设完成，就可以完成多个小微站的传输需求。
3.2 用户现场灵活组网
根据用户现场的网络情况，可选择灵活的现场组网方式。
（1）利用光纤接入：当用户侧有PON资源，且与A设备共机楼时，可直接通过光纤接入小站（小站需单独配置光模块），然后接入IPRAN，如营业厅、电信自有物业的办公室等场景。
（2）利旧客户Internet接入：当用户端已安装宽带，且带宽达到50 Mb/s或以上，在用户允许的情况下，可利用用户的冗余接入端口，接上小站，配置后即可开通，如用户家里、餐厅等场景。
（3）新增LAN接入：一般情况下，可为用户侧新申请LAN专线，如用户侧需要安装多个小站设备时，可考虑多申请几个专线IP，企业专线配置的光猫一般有4个LAN端口，意味着一条专线至少可以连接4个企业级小站，尽量避免同一个用户地点申请多条专线，一方面造成网络资源浪费和前后台配置时易混淆，另一方面复杂的现场环境不利于后期设备和网络的维护。
3.3 网络侧配置需求
需获取的无线侧资源信息与需求：TAC、PLMN ID、eNB ID、Local ID、PCI、频点、带宽等。
需获取的核心侧资源信息与需求：核心网MME组IP。
传输资源：IPRAN端口及相关逻辑资源（VLAN、IP等）。
获取的信息由厂家在小微站管理页面和网管进行配置。
3.4 组网干扰规避
SmallCell与宏基站同频组网时，存在同频干扰问题，可采取如下解决方案进行规避：
（1）使用与室外宏基站异频组网的方式规避干扰，目前试点站统一使用的2.1G频段。
（2）应用于封闭和半封闭环境，与大网重叠部分少，降低了对大网的同频影响。
小基站异频组网如图3所示：
3.5 第三方网管功能
提供的第三方网管可以实现对小站的可管可控，主要包含故障、性能、配置、任务、南北向接口等功能，同时支持基本的MR数字测量及呈现，为网元监控和性能分析提供了手段。
（1）故障：告警采集、确认、经验库、过滤、屏蔽、清除等；
（2）配置：拓扑、基站、区域、厂家等；
（3）性能：性能数据采集、统计、报表等；
（4）任务：批设备重启、参数查询设置、批采集、批升级等；
（5）北向接口：对接上层网管，支持ws/socket/FTP等；
（6）南向接口：接入监控网元。
小微站规模化应用后，将第三方网管对接上层网管平台至关重要，对接之后上层网管能实现对网元告警的实时监控与派障、故障预处理、性能分析、室内覆盖评估等功能，能更加充分地发挥小微站在室内深度覆盖补盲的作用。
4 应用场景
4.1 商业楼宇
小微站较适合的应用场所有以下特点：
（1）较为封闭，避免接入到室外基站，增加网络优化难度；
（2）场所较为空旷，小微站功率较小，频段较高，穿透能力不高，避免需要穿透多堵墙；
（3）有现有PON资源，需要足够PON资源支持接入，有现有资源可减少投资。
商业场所是现阶段具备以上特点的场所，且4G网络深度覆盖不足。随着移动支付的发展，人们的支付习惯已经转变到手机上，出门逛街购物不再使用现金，但商业楼宇存在深度覆盖的问题，收银台处于楼宇深处，室外宏站的4G信号覆盖不到室内，导致消费者无法打开支付码的情况时有发生。小微站与商业楼宇场景契合度很高，如各大卖场正常是位于地下层，环境十分封闭，摆放较多、较大货架，所以楼层空旷无墙体阻挡，室外信号无法覆盖，PON资源充足。
4.2 应用案例
以某超市为例，其开通前后RSRP的改善情况如图4所示。
该超市位于地面一层，室外信号无法覆盖到室内，导致整个商场无4G信号，在室内新增LAN专线，通过网关接入IPRAN，实现4G网络的开通，开通后下载速率55 Mb/s，4G RSRP由-114 dBm改善到-75 dBm。
5 结束语
本文提出了移动网室内深度覆盖的新设备及技术手段，通过现网小范围局部试点，在当前电信网络的组网结构下，针对室内覆盖盲区、弱区能发挥PON网络优势，采取PON+LAN、PON+IPRAN等方式灵活组网，快速部署实施，对商业楼宇提升室内用户的4G上网感知成效明显，具备一定的推广意义。
参考文献：
[1] 曹敏，蒋铭，沈成彬，等. PON承载LTE小基站回传业务研究[J]. 电信科学， 2014，30（7）： 125-129.
[2] 凌云，盛利，周宾，等. PON承载LTE室分回传技术研究[J]. 中国新通信， 2015，17（1）： 22.
[3] 林国强，王鹏. 浅谈一种基于PON接入网专网承载的一体化小微站[J]. 广东通信技术， 2018，38（8）： 55-58.
[4] 京信通信系统控股有限公司. 一体化皮基站技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3078.html.
[5] 京信通信系统控股有限公司. 分布式皮基站技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3079.html.
[6] 京信通信系統控股有限公司. 大功率RRH技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3335.html.
[7] 常爽. TD-LTE多场景室内深度覆盖解决方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2015，28（6）： 64-67.
[8] 张立武. 新产品解决LTE室内深度覆盖方案分析[J]. 信息通信， 2018（5）： 273-274.
[9] 中国电信股份有限公司广东分公司. 广东电信4G无线网新技术新设备形态应用场景指导意见[Z]. 2017.
【摘 要】基于小微站的试点实践，从组网结构、网络配置要点、用户现场组网建议、干扰规避措施、网管监控手段等方面着手，分析了PON-IPRAN与PON-LAN两种组网方式的区别，小微站在室内深度覆盖方面卓有成效，提出小微站可作为4G室内快速补盲的手段之一。
IPRAN；Small Cell；PON；室内深度覆盖
1 引言
IPRAN是目前在LTE网络中普遍采用的技术，能提供大带宽、高Qos保障、完善的OAM等功能，能很好地满足LTE数据回传的需求。PON技术是一种一点到多点的拓扑结构，其光纤数量需求及铺设成本较传统点到点结构或环形结构大大降低，因此PON与移动接入网络特别是用PON来承载数字化室分业务，能够降低移动接入网络投资成本，提高运营商收益。
随着移动支付时代的来临，用户行为的改变对网络提出了更高要求，各大商业楼宇4G网络室内深度覆盖不足的问题逐渐暴露，本文介绍了基于PON网络的小微站对室内4G网络补盲的方案，快速有效地解决了室内弱覆盖或无覆盖问题，提高了用户感知，降低了投诉风险。
2 小微站优势及产品形态
2.1 小微站优势
相比传统的DAS系统，小微站在解决室内4G网络补盲中具有如下几点优势：
（1）流量热点增强：局部精确增加话务热点容量，小微站前移至用户端，热点用户独享载波带宽，明显提升用户速率与使用感知。
（2）固移融合：利用电信网络丰富的PON资源，实现固移融合。
（3）成本较低：利用随处可得的PON资源传输，降低布线成本，定制毫瓦级和低用户数小微站，满足业务需求的同时大幅降低成本。
（4）快速安装：实现PON接入，部署网关后实现互联网接入（PON或LAN），快速部署，半小时即可开站，参数自动配置，无需人工干预，即插即用。
（5）可控可管：部署网管，通过北向接口对接综合网管，实现网元可管可控与自动派障。
2.2 产品形态
LTE室内覆盖解决方案结合场景特点，综合考虑覆盖面积、建筑结构、容量等因素，最终选择SmallCell作为解决方案。本文基于第三方厂家（在现网中，通常将提供本地网络服务设备的主要厂家称为主设备厂家；其他厂家称为第三方厂家）的一体化小站SmallCell试点项目，总结了小微站在电信网络现网条件下的组网结构、网络配置要点、用户现场组网建议、干扰规避措施等，最后通过实际试点案例展示了小微站在特定场景下的组网优势。
SmallCell主要功能：
（1）支持4G信号覆盖；
（2）支持LTE FDD Band1（1 800 MHz频段）、Band3（2 100 MHz频段）；
（3）输出功率2×125 mW；
（4）支持VoLTE高清语音及视频；
（5）支持系统内的同频/异频切换、重选等移动性管理功能；
（6）支持通过以太网电口或光口连接PON、IP-RAN等多种传输网接入核心網；
（7）具备软件远程升级、远程监控、告警和KPI上报等完善的网管功能。
3 组网方案
3.1 组网方式
（1）PON-IPRAN接入
PON-IPRAN接入组网如图1所示：
组网说明：
将位于同一机房的A设备与OLT打通，实现PON与IPRAN的连通，现场SmallCell通过ONU接入IPRAN网络；
AU：大功率SmallCell近端，基带处理功能；
RRH：大功率SmallCell远端，射频单元，发射功率40 W/20 W/10 W/5 W；
一体化iCell：基带和射频功能一体化SmallCell，支持MIMO，发射功率2×125 mW。
方案特点：
利用随处可得的PON进行接入；
SmallCell成本低，节省专用光纤建设成本；
快速部署，半天开站。
（2）PON-LAN接入
PON-LAN接入组网如图2所示。
组网说明：
网关：汇聚SmallCell的信令，网关的一个端口通过IPRAN与核心网相连，一个端口通过互联网与SmallCell相连，SmallCell可通过PON接入，无需IPRAN专网；
防火墙：隔离城域网与核心网；
Internet接入：可通过电信PON/LAN网络或PON/LAN网络接入（只要能接入Internet即可），建议接入网络带宽下行大于50 Mb/s，上行20 Mb/s。
方案特点：
利用随处可得的PON进行接入，SmallCell通过Internet接入网关，无需IPRAN资源；
进行信令汇聚，降低核心网的负荷，节省eNB ID；
SmallCell成本低，节省专用光纤建设成本；
快速部署，半小时开站，参数自动配置，无需人工干预，插电并且接上Internet端口即可使用（为了有效控制部署，建议通过装维人员激活设备才能使用）。
小微站与宏站技术要求基本相同，小微站数量多，其以补盲为目的特点决定了对回传网络有着特殊要求。相对于传统点到点拓扑结构的IPRAN技术，PON采用点到多点的拓扑结构，非常适合小微站的灵活部署，只需要OLT和主干光缆铺设完成，就可以完成多个小微站的传输需求。
3.2 用户现场灵活组网
根据用户现场的网络情况，可选择灵活的现场组网方式。
（1）利用光纤接入：当用户侧有PON资源，且与A设备共机楼时，可直接通过光纤接入小站（小站需单独配置光模块），然后接入IPRAN，如营业厅、电信自有物业的办公室等场景。
（2）利旧客户Internet接入：当用户端已安装宽带，且带宽达到50 Mb/s或以上，在用户允许的情况下，可利用用户的冗余接入端口，接上小站，配置后即可开通，如用户家里、餐厅等场景。
（3）新增LAN接入：一般情况下，可为用户侧新申请LAN专线，如用户侧需要安装多个小站设备时，可考虑多申请几个专线IP，企业专线配置的光猫一般有4个LAN端口，意味着一条专线至少可以连接4个企业级小站，尽量避免同一个用户地点申请多条专线，一方面造成网络资源浪费和前后台配置时易混淆，另一方面复杂的现场环境不利于后期设备和网络的维护。
3.3 网络侧配置需求
需获取的无线侧资源信息与需求：TAC、PLMN ID、eNB ID、Local ID、PCI、频点、带宽等。
需获取的核心侧资源信息与需求：核心网MME组IP。
传输资源：IPRAN端口及相关逻辑资源（VLAN、IP等）。
获取的信息由厂家在小微站管理页面和网管进行配置。
3.4 组网干扰规避
SmallCell与宏基站同频组网时，存在同频干扰问题，可采取如下解决方案进行规避：
（1）使用与室外宏基站异频组网的方式规避干扰，目前试点站统一使用的2.1G频段。
（2）应用于封闭和半封闭环境，与大网重叠部分少，降低了对大网的同频影响。
小基站异频组网如图3所示：
3.5 第三方网管功能
提供的第三方网管可以实现对小站的可管可控，主要包含故障、性能、配置、任务、南北向接口等功能，同时支持基本的MR数字测量及呈现，为网元监控和性能分析提供了手段。
（1）故障：告警采集、确认、经验库、过滤、屏蔽、清除等；
（2）配置：拓扑、基站、区域、厂家等；
（3）性能：性能数据采集、统计、报表等；
（4）任务：批设备重启、参数查询设置、批采集、批升级等；
（5）北向接口：对接上层网管，支持ws/socket/FTP等；
（6）南向接口：接入监控网元。
小微站规模化应用后，将第三方网管对接上层网管平台至关重要，对接之后上层网管能实现对网元告警的实时监控与派障、故障预处理、性能分析、室内覆盖评估等功能，能更加充分地发挥小微站在室内深度覆盖补盲的作用。
4 应用场景
4.1 商业楼宇
小微站较适合的应用场所有以下特点：
（1）较为封闭，避免接入到室外基站，增加网络优化难度；
（2）场所较为空旷，小微站功率较小，频段较高，穿透能力不高，避免需要穿透多堵墙；
（3）有现有PON资源，需要足够PON资源支持接入，有现有资源可减少投资。
商业场所是现阶段具备以上特点的场所，且4G网络深度覆盖不足。随着移动支付的发展，人们的支付习惯已经转变到手机上，出门逛街购物不再使用现金，但商业楼宇存在深度覆盖的问题，收银台处于楼宇深处，室外宏站的4G信号覆盖不到室内，导致消费者无法打开支付码的情况时有发生。小微站与商业楼宇场景契合度很高，如各大卖场正常是位于地下层，环境十分封闭，摆放较多、较大货架，所以楼层空旷无墙体阻挡，室外信号无法覆盖，PON资源充足。
4.2 应用案例
以某超市为例，其开通前后RSRP的改善情况如图4所示。
该超市位于地面一层，室外信号无法覆盖到室内，导致整个商场无4G信号，在室内新增LAN专线，通过网关接入IPRAN，实现4G网络的开通，开通后下载速率55 Mb/s，4G RSRP由-114 dBm改善到-75 dBm。
5 结束语
本文提出了移动网室内深度覆盖的新设备及技术手段，通过现网小范围局部试点，在当前电信网络的组网结构下，针对室内覆盖盲区、弱区能发挥PON网络优势，采取PON+LAN、PON+IPRAN等方式灵活组网，快速部署实施，对商业楼宇提升室内用户的4G上网感知成效明显，具备一定的推广意义。
参考文献：
[1] 曹敏，蒋铭，沈成彬，等. PON承载LTE小基站回传业务研究[J]. 电信科学， 2014，30（7）： 125-129.
[2] 凌云，盛利，周宾，等. PON承载LTE室分回传技术研究[J]. 中国新通信， 2015，17（1）： 22.
[3] 林国强，王鹏. 浅谈一种基于PON接入网专网承载的一体化小微站[J]. 广东通信技术， 2018，38（8）： 55-58.
[4] 京信通信系统控股有限公司. 一体化皮基站技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3078.html.
[5] 京信通信系统控股有限公司. 分布式皮基站技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3079.html.
[6] 京信通信系統控股有限公司. 大功率RRH技术规格书[EB/OL]. [2018-07-10]. http：//www.comba.com.cn/Product3-040101_3335.html.
[7] 常爽. TD-LTE多场景室内深度覆盖解决方案[J]. 电信工程技术与标准化， 2015，28（6）： 64-67.
[8] 张立武. 新产品解决LTE室内深度覆盖方案分析[J]. 信息通信， 2018（5）： 273-274.
[9] 中国电信股份有限公司广东分公司. 广东电信4G无线网新技术新设备形态应用场景指导意见[Z]. 2017.
