世界杯来了！浅谈大型足球场馆移动通信保障设计方案
作者：谢 鹰 李富新 吴国桥 编辑：小雇
【导读】巴西世界杯昨夜开战，这个夏天的足球盛宴已经拉开序幕。作为一个移动通信网优人，如何保障这些大型体育场馆移动通信需求，是我们必须了解的基本知识，本文从业务需求分析、网络规模取定、分布系统建设、应急通信保障、新技术应用、资源的有效利用等角度对大型体育场馆移动通信建设和保障进行详细分析和阐述。(网优雇佣军）
一 大型体育场馆移动通信需求分析
大型体育场馆一般为举行大型体育赛事而建设，规模较大的一般为足球体育场，这类体育场规模可达4～8万坐席，可举行足球、田径等多类赛事。同时随着体育场馆商业化运作，越来越多的体育场馆室内兼有大众健身、商场、大型会议等其他功能，室外举行大型演唱会等娱乐活动功能，使得体育场馆在非赛事阶段也有突发话务需求和日常话务需求。
如何建设移动通信网络以满足这些体育场馆的移动通信需求？首先就要详细的分析体育场馆不同阶段不同功能时的话务需求的特征：
● 应用场景一：日常非赛事，非大型活动阶段
该阶段移动通信需求一般为室内商业设施人流、大众健身场所活动人群的移动通信需求，室外主要为一般小型赛事或者日常体育训练的移动通信需求，其移动通信话务需求较少，与平时其他区域的用户需求相似。
可以采用人数预测（包含商业设施人流预测、大众健身场所活动人群、看台和场地内人数预测），结合当时网络移动通信普及率、该运营商市场份额、用户话务模型综合分析得出移动通信的话务需求。
● 应用场景二：大型足球比赛等体育赛事阶段
该阶段移动通信话务需求呈现一定规律型，同时也是话务突发较为严重的阶段，此阶段体育场馆观众规模可能达到体育场馆的设计能力，本文以足球赛事为例进行分析：
足球比赛移动通信需求分析如下图：
从上图可以看出，体育比赛中移动通信话务需求高峰主要在入场阶段、中场休息阶段和退场阶段，而在比赛进行阶段话务需求不高，由于在体育场馆内聚集了高达4～8万观众，一旦在短时间都有移动话务需求，其需求的通信量是十分巨大的，要针对不同阶段进行对应的移动通信网络规划准备以满足移动通信业务需求。
用户活动区域也主要以看台、过道、室内小范围（吸烟室、卫生间、距离看台室内出入口较近的商场）区域、周边停车场等，并都可能产生局部高话务需求。
● 应用场景三：大型演唱会等娱乐活动阶段
该阶段移动通信话务需求呈现一定规律型，同时也是话务突发较为严重的阶段，此阶段体育场馆观众规模可能达到体育场馆的设计能力，本文以演唱会为例进行分析：
演唱会移动通信需求和体育赛事较为类似，但也存在一定的区别
突发话务主要集中在两个阶段，入场和退场，演唱会进行过程中话务需求一般，由于没有足球比赛的中场休息阶段，用户主要活动区域一般主要在看台、舞台周边的露天场地、入退场所走的过道和停车场等区域，而室内其他区域不会出现高峰话务需求。
以上三种情况，移动通信网络规划设计中必须考虑，后两种阶段是移动通信＋应急通信来保障，而第一种情况，是如何有效利用资源，在非赛事、非活动阶段这些网络资源再利用和共享问题。根据大量的数据调研和分析，只要满足了体育赛事需求基本能够满足演唱会的需求。当然在进行移动通信网络规划时，必须考虑露天场地的覆盖问题（演唱会阶段这些区域将是高话务区）。而从足球赛事话务需求分析和大量的数据调研显示，入场、退场阶段仅仅依靠体育场馆内部的移动通信资源很难保证用户需求，一般在这两个阶段需依靠周边宏基站、应急通信车、体育场馆内移动通信系统共同吸收话务。而在中场休息阶段，由于体育场馆建筑本身的信号屏蔽，室外宏基站、应急通信车很难吸收看台和室内话务，这阶段一般需要体育场馆内移动通信系统来满足。
综上所述，大型体育场馆室内移动通信业务需求（需室内信源解决）以足球赛事的中场休息峰值需求为主，覆盖区域以看台、室内、露天场地为主。
日常话务需求较少的情况下，需根据话务需求对移动通信网络资源进行调配和共享以保证资源的有效利用。
根据对一些已建成的体育场馆赛事话务报表分析，我们发现中场休息时段吸收话务量较高，同时无线呼损极高，通过相关数据调研分析得出，网管收集话务报表为忙时报表，而实际话务产生是在中场休息短短的20分钟之内产生的，造成了中场休息时段话务量和资源利用率并不是特别高，但无线呼损比较高的现象，因此移动网络规划时必须对中场休息时用户模型进行细致的分析，保证用户的话务需求，当然用户需求是非常高的，移动网络不一定百分之百的去满足，还必须结合投资、频率规划、机房、室内分布系统等多方面因素对移动通信网络资源进行合理配置。
二 综合室内分布系统建设
室内分布系统建设分为两种情况
● 由体育场馆自己建设综合室内分布系统，建设POI系统，由移动运营商来租用
● 各自运营商自建室内分布系统，综合考虑现有2G网络、3G网络、4G网络和WLAN的接入需求。
以上两种情况均有商用案例。
大型体育场馆的室内分布系统建设宜遵循以下原则：
● 分区建设，宜竖切分区，根据看台和室内联系情况，把整个体育场馆分为几个区，比如看台以及看台下室内分为四个区，每个区共享信号源，保证中场休息时，看台以及室内（卫生间、吸烟室、室内商场）高话务需求
● 综合考虑2G、3G、4G、WLAN的接入需求，如多运营商接入的需考虑POI系统建设，重点解决不同网络的覆盖需求和干扰隔离问题
● 建议选取光电混合型的分布系统，在主通信机房和设备竖井间采用光纤，本层天线接引，采用1/2线径以上的电缆，需根据体育场馆进行具体分析
● 看台覆盖、场地覆盖设计必需结合频率规划综合考虑，保证频率复用间隔。
三 应急通信解决方案
一般说来，不论是举行体育赛事还是娱乐活动，在不到0.5平方公里范围内集中数万移动用户，其移动通信需求又易集中突发，常规的移动网络建设很难全面满足业务需求，此时借助应急通信手段能很大的缓解和吸收移动高突发话务。
大型体育场应急通信解决方案主要解决用户入场和退场时高话务需求，同时兼顾体育场内移动通信需求，应急通信解决方案需重点关注一下两点：
● 频率规划
● 应急通信电力和传输保障
四 多网协同应用
移动通信技术发展，多网协同应用在大型体育场馆移动通信保障提供更优的解决方案，如：
● GSM网络半速率技术应用：缓解突发话务压力，提高话务疏通能力
● 3G的HSDPA技术应用：拓展数据提供能力，为用户数据增值业务提供更快更优的服务
● LTE 网络引入为数据业务提供更高质的服务
● WIMAX＋WLAN的应用：为固定宽带接入、游牧式宽带接入、移动宽带接入提供高速通道，更好的满足移动用户需求
五 资源有效利用
大型体育场馆话务需求具有突发特征，比如举行大型体育赛事、大型娱乐活动，而在其他时候其话务需求并不十分高，如何保证资源有效利用也是大型体育场馆移动通信设计必须考虑的问题。
在初始设计阶段考虑未来资源有效利用问题，贯彻资源池概念，在非突发话务时段，拆除部分资源用于其他区域，动态调配资源解决周边业务需求，而不影响整个体育场馆日常通信需求。待突发话务需求来临时，只需增加资源或者动态调配回体育场馆即可满足突发话务时移动通信需求。
六 案例分析
根据以上原则规划了某中心体育场移动通信方案。
6.1 场所简介
该体育场占地七点八万平方米，建筑面积十五点八万平方米，拥有六万坐席，共有六层，可满足国际足球和田径比赛要求，并且设有卖场、展馆、会议厅、健身室等多项辅助设施，融群众休闲、娱乐、健身、购物为一体。体育场外围是由水环绕而成，通过四座引桥相连的四条长各约200米左右的通道进入体育场。
体育场首层面积约为54000平米,周长960米,南北长约400米,东西长270米,内部足球场南北长190米,东西长130米。北区观众席外周长约570米,内周长220米左右，南区观众席外周长550米，内周长200米，东西区外周长约360米,内周长300米。体育场看台顶棚有2条环形工作通道，1－6层有4座设备竖井，体育场内部五层北侧建有椭圆形国际会议中心。
6.2 信源规模取定
主要包含GSM、3G基站，GSM建设144块载频（可进一步扩容到168块），3G建设36个扇区*载频（可进一步扩容到40个）
● GSM网络建设规模
看台区采用GSM900与DCS1800进行双层网络覆盖，共分为8个区域，每小区最大采用1个10TRX的GSM900和1个6TRX的DCS1800信源配置。最大配置16×8＝128个载频。
体育竞赛部配置两个独立的8TRX的GSM900基站，共计配置载频数16个。随着日后业务的发展，当GSM系统话务量增加时还可以通过增加载频的方式进行扩容。
根据容量需求，整个体育场GSM基站配置可建设144个载频（其中看台部分为16×8＝128载频，通道共享其中16×4＝64载频，体育竞赛部为16载频），如容量有需求可进一步扩容至168个载频。
● 3G网络建设规模
我们仍然采取与GSM系统相同的分区规划，看台区划分为8个区，看台区最大配置32个载频。
体育竞赛部单独配置2个2载频配置的3G基站即可满足3G话务需求，即此处3G共配置4个载频。随着日后3G业务的发展，当3G系统话务量增加时还可以通过增加载频的方式进行扩容。
根据容量需求，整个体育场3G基站配置可建设36个载频（其中看台部分为4×8＝32载频，通道共享其中4×4＝16载频，体育竞赛部为4载频），如容量有需求可进一步扩容至40个载频。
6.3 中心机房的建设
体育场首层有一个主通信机房，为各大运营商共用机房，机房包含监控室、电池室、设备室，共300平方左右，鉴于机房的空调、电池等设施可能统一建设，各运营商共用，因此，本方案仅考虑设备室的设备摆放，至少需要80平米的设备摆放位置，由于具体摆放区域由体育场管理中心指定，下图仅为摆放示意：
主通信机房设备数量及供电要求如下：
● GSM机架：14架，每架2800W，最大需2.8*14=3 9KW
● 3G机架：7架，每架3000W,最大需3*7=21KW
● 光近端设备：28套，每套按0.2KW,最大需0.2* 28=5.6KW
● 传输设备、WLAN设备等其他设备，最大需2KW
● 设备最大耗电：68KW
● 直流电源系统：一套开关电源系统，系统容量 为3000A（本期模块容量为2200A）
● 两组2000Ah蓄电池组（蓄电池放置在电池机房 ，需40平米位置）
空调如需自建，需建设专用空调3台（2用1备），功耗75KW；
整个体育场1－6层有4座设备竖井，分别用来放置光远端设备或者WLAN交换机设备。
6.4 室内分布系统建设
建议将体育场划分为六个区分别进行覆盖，分别满足GSM、3G的室内分布接入，同时兼顾WLAN的接入。
室内分布系统规模如下：
光近端：10套（GSM900），8套（GSM1800），10套（3G）
光远端：24套（GSM900）,22套（GSM1800）,24套（3G）
天线：300副左右
● 看台区
为满足体育场馆的美化要求，建议采用GSM与3G系统合路覆盖，有效减少天线安装数目，即每小区安装2副宽频天线，分别覆盖上层看台与下层看台。看台区分区及天线安装示意图如下：
看台区将安装GSM900光纤直放站近端8台、直放站远端8台；DCS1800光纤直放站近端8台、直放站远端8台；3G光纤直放站近端8台、直放站远端8台。
光纤直放站近端机安装在体育场北侧的通信机房，光缆通过位于东、西两侧的竖井至看台顶端，然后通过铺设在看台顶端的环形管道至各远端机，远端机安装在体育场看台顶棚的定制钢架中，覆盖天线初步拟订安装在看台顶棚上，采用美化天线，尽量与顶棚风格融为一体。
● 体育场室内部分（西区一层体育竞赛部除外）
分为西区与东区两个半区，东、西半区各水平划分为两个区，同时1～3层与4～6层再分为两个独立的部分，即每个半区共分为4个独立的区域。由于此区域用户人数较少，话务量不大，故8个区域分别共享覆盖看台的8个GSM与3G信源。分布系统采用三系统合路方式，GSM900、DCS1800与3G系统共用一套天馈。
此区域共计安装GSM900光纤直放站远端8台；DCS1800光纤直放站远端8台；3G光纤直放站远端8台。
光纤直放站近端机与看台共用，光缆通过竖井至远端机安装位置，远端机分别就近安装在东西两侧的4个竖井中。
● 西区一层体育竞赛部
室内部分的西区一层体育竞赛部划分为2个独立区域，此区域共计安装GSM900光纤直放站远端2台；DCS1800光纤直放站远端2台；3G光纤直放站远端2台。
● 体育场东西南北四个通道及通道正对场外部分
由于体育场内话务高峰期时用户主要分布在看台区及体育场东西南北四个通道及通道正对场外部分区域，故在四个通道及通道正对场外部分另外设置信源可充分吸纳话务量，将东、南、西、北四个通道及正对的场外部分划分为四个独立区域。经了解目前体育场周围宏基站数目较少，且利用体育场建筑的阻挡及空间距离，可有效保证四个区域之间及与体育场内部的看台区之间的隔离，便于频率规划。我们采取在每个通道安装一副方向性较好的定向天线延通道方向向场外进行覆盖，兼顾体育场通道及外部通道；信源共享看台4个小区的信源。
通道及通道正对场外部分区域共配置GSM900光纤直放站远端4台；DCS1800光纤直放站远端4台；3G光纤直放站远端4台。
通道及通道正对场外部分区域天线安装示意图如下：
● 体育场外的环形区域（四个通道正对部分除外）
由于此区域话务量较小且宽度较小，通过低层室内覆盖部分天线进行泄漏覆盖，不需增加信源。
● 绿茵场
考虑日后体育场可能会举行演唱会或交易会等其他文艺活动，绿茵场内会产生突发话务量，而同时体育竞赛部内话务量应几乎为零，建议采用“资源动态配置系统”（带切换单元）调用体育竞赛部的载频资源进行话务量吸纳，利用安装在看台区下立壁上的定向天线，将绿茵场划分为南、北两个半区进行覆盖。安装GSM900与3G载波池各2套，分别覆盖南北半区。
绿茵场覆盖分区及天线安装示意图如下：
因为“资源动态配置系统”支持分集功能，故每个半区需安装2副独立的垂直极化天线或者1副双集化天线，天线采用美化天线，尽量与周围建筑风格融为一体。
6.5 应急通信车
为满足赛事期间业务突发，共为体育场配置4辆应急通信车，应急通信车主要为解决出入场时高突发话务需求。应急通信车位需求如下图：
七 结束语
本文着重从需求分析角度，对大型体育场馆移动通信网络建设规模取定、室内分布系统建设原则等相关内容提供了具体的设计思路，方案设计中频率规划、功率设计、切换分析等进一步细化设计内容由于篇幅原因未作详细论述。希望本文能对大型体育场馆的移动通信网络建设提供有力支撑。
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