長(zhǎng)春電信LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究與實(shí)踐

安子巖

【摘要】 精準(zhǔn)的LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃對(duì)于保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量具有重要意義。本文以長(zhǎng)春電信公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的具體實(shí)踐為背景，深入研究了部分關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，并因地制宜地提出了開展好本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的具體方案。

【關(guān)鍵詞】LTE FDD-LTE 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃 SINR

引言

2013年底，工業(yè)和信息化部正式頒發(fā)TD-LTE牌照。各運(yùn)營(yíng)商開始積極地準(zhǔn)備LTE網(wǎng)絡(luò)的部署。中國電信采用TD-LTE與FDD-LTE混合組網(wǎng)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)，F(xiàn)DD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模占比700%，是部署的重點(diǎn)。長(zhǎng)春電信在充分考慮到北方“小電信、大聯(lián)通”的FDD-LTE競(jìng)爭(zhēng)格局下，貼合市場(chǎng)特點(diǎn)和市場(chǎng)發(fā)展預(yù)期進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

一、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則

FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)屬于同頻組網(wǎng)，站內(nèi)站間干擾大，由此要求LTE組網(wǎng)對(duì)天線的方位角和下傾角進(jìn)行精確規(guī)劃。在規(guī)劃過程中，要求充分利用CDMA原有站址節(jié)省投資的原則，配合使用網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化工具，達(dá)到SINR（Signal toInterference plus Noise Ratio，信號(hào)與干擾加噪聲比）、RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號(hào)接收功率）、邊緣速率等覆蓋目標(biāo)為目的，并實(shí)現(xiàn)RSRP、SINR最優(yōu)化方案。在不斷修正規(guī)劃的同時(shí)，精確體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體的問題區(qū)域，針對(duì)相應(yīng)的階段性仿真結(jié)論進(jìn)行方位角、下傾角與發(fā)射功率的精細(xì)化調(diào)整。

二、網(wǎng)絡(luò)性能預(yù)期目標(biāo)

長(zhǎng)春電信部署LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)，是為用戶提供4G高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)體驗(yàn)，初步滿足正式商用化的實(shí)際使用為目標(biāo)。其主要性能指標(biāo)為：

（1）在20MHz頻譜帶寬能夠提供下行超過lOOMbps、上行超過50Mbps的峰值速率（2）改善小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量; （3）降低系統(tǒng)延遲，用戶平面內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到激活狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到激活狀態(tài)的遷移時(shí)間小于lOOms;（4）能夠?yàn)?50Km/h高速移動(dòng)用戶提供>lOOkbps的接入服務(wù);（5）支持成對(duì)或非成對(duì)頻譜，并可靈活配置1.25 MHz到20MHz多種帶寬。其中后兩項(xiàng)目標(biāo)是非重點(diǎn)目標(biāo)，僅在當(dāng)前組網(wǎng)策略中提供參考意見。

三、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃實(shí)施方案

1、需求分析。根據(jù)長(zhǎng)春市CDMA用戶發(fā)展趨勢(shì)及中國電信長(zhǎng)春公司所占市場(chǎng)份額和市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)。預(yù)計(jì)FDD-LTE牌照正式發(fā)放后年內(nèi)發(fā)展量為：FDD-LTE手機(jī)終端用戶數(shù)12萬戶，手機(jī)終端用戶忙時(shí)前向RLP數(shù)據(jù)吞吐量（ 1032.97Mbps）、忙時(shí)RRC連接數(shù)（10.56萬個(gè)）;同時(shí)發(fā)展TD-LTE數(shù)據(jù)卡用戶4萬戶，忙時(shí)前向RLP數(shù)據(jù)吞吐量（ 3304.69Mbps）、忙時(shí)RRC連接數(shù)（2.64萬個(gè)）。

2、傳播模型測(cè)試和校正。無線傳播模型的測(cè)試與校正同CDMA2000沒有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，本次網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中使用的Cost231-Hata模型公式為：

PassLoss=46.3+33.9*logf-1 3.82*loghh-a（hm）+（44.9-6.55*loghb）*logd+Cm

其中：天線掛高h(yuǎn)b;移動(dòng)臺(tái)高度hm;地物修正因子Cm;市區(qū)：a（hm）=（1.llogfc-0.7）hm-1.56logfc+0.8

根據(jù)鏈路預(yù)算的結(jié)果，長(zhǎng)春市密集城區(qū)下行路徑損耗-126.46dBm，上行路徑損耗-125.55dBm;一般城區(qū)下行路徑損耗-131.85dBm，上行路徑損耗一130.94dBm。

3、網(wǎng)絡(luò)仿真。網(wǎng)絡(luò)仿真對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)評(píng)估起到了不可忽視的作用，通過仿真軟件結(jié)合長(zhǎng)春市能夠得到的最高精度數(shù)字地圖，以網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的標(biāo)準(zhǔn)工參為基礎(chǔ)，導(dǎo)入精確的站點(diǎn)經(jīng)緯度、方位角、下傾角、導(dǎo)頻功率等參數(shù)。這些關(guān)鍵參數(shù)會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)仿真的RSRP、SINR以及邊緣速率的結(jié)果，在仿真過程中結(jié)合長(zhǎng)春市精細(xì)化校正的LTE無線信號(hào)的傳播模型，輸出真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)仿真渲染圖。并利用各類別話務(wù)模型，包括行人、行車、火車、高鐵等不同速度的傳播模型來評(píng)估網(wǎng)絡(luò)容量。不同廠商的仿真軟件在實(shí)際應(yīng)用中大同小異，使用不同的仿真軟件輸出的結(jié)果有一定的偏差，但不是影響規(guī)劃仿真結(jié)論的主要因素。仿真關(guān)鍵參數(shù)分析如下：

在相同頻譜資源的情況下網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率是關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)。頻譜效率的優(yōu)劣直接受限于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性。為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求接近于六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)，站點(diǎn)高度、站間距與實(shí)際環(huán)境合理設(shè)定。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，良好的用戶體驗(yàn)往往由于用戶終端下載速率高而獲得。在站點(diǎn)充足的區(qū)域，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)差的絕大多數(shù)原因在于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量差，即所謂的SINR指標(biāo)低，不同小區(qū)間的重疊覆蓋度決定了SINR，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，下傾角、方位角導(dǎo)致小區(qū)網(wǎng)絡(luò)重疊覆蓋度高會(huì)導(dǎo)致SINR指標(biāo)降低。追其本質(zhì)原因在于：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理。諸如：站點(diǎn)選址問題偏差問題，天線掛高過高或過低問題，都會(huì)影響下傾角與方位角的規(guī)劃值。

在規(guī)劃方位角時(shí)，注意由于現(xiàn)網(wǎng)的站點(diǎn)不可能達(dá)到理論的蜂窩式布局，所以兩個(gè)夾角不能達(dá)到理論的120度，這需要結(jié)合實(shí)際環(huán)境，比如高樓遮擋等情況對(duì)小區(qū)方位角進(jìn)行精細(xì)化規(guī)劃。當(dāng)相鄰小區(qū)夾角小于120度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致小區(qū)間的重疊覆蓋。必然要進(jìn)一步調(diào)整下傾角或者發(fā)射功率，在實(shí)際站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方位角。按照這個(gè)原理，同站相鄰小區(qū)方位角夾角控制在60度以上。

在規(guī)劃下傾角時(shí)，可以通過站間距和站高來計(jì)算出下傾角取值范圍，規(guī)則中考慮采用機(jī)械下傾加電下傾的策略來對(duì)下傾角進(jìn)行調(diào)整。兩種下傾角有不同的取值范圍，規(guī)劃取值也各有不同，對(duì)于機(jī)械下傾推薦最優(yōu)的范圍為0-8度，當(dāng)機(jī)械下傾超過8度時(shí)，LTE網(wǎng)絡(luò)波瓣容易發(fā)生畸變，導(dǎo)致信號(hào)擴(kuò)散不可控制，影響周圍站點(diǎn)信號(hào)質(zhì)量。對(duì)于電下傾調(diào)整范圍為0-10度，在網(wǎng)絡(luò)初期階段應(yīng)盡可能調(diào)整機(jī)械下傾，超過機(jī)械下傾范圍則用電下傾補(bǔ)充，這樣有利于后期優(yōu)化調(diào)整。如果站點(diǎn)的站高過高、站間距過近等特殊情況，則需要重新選址和調(diào)整站高。根據(jù)理論計(jì)算，天線垂直波瓣3dB寬度以外，即所謂的半功率角，天線增益迅速下降，覆蓋變差;而下傾角規(guī)劃要同時(shí)滿足終端切換和避免干擾，由此最優(yōu)下傾的定義：實(shí)現(xiàn)干擾和移動(dòng)性能之間的最佳平衡，天線半功率角落地點(diǎn)應(yīng)位于切換帶邊緣。

所以，為了保障LTE網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃階段即對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、天饋參數(shù)實(shí)行精細(xì)化校正，同時(shí)指導(dǎo)工程建設(shè)環(huán)節(jié)選擇合理的站址。本次規(guī)劃經(jīng)過反復(fù)五次仿真參數(shù)修正，最終確定了長(zhǎng)春市城區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為：最佳天線掛高范圍32米-45米;城區(qū)平均站間距380米，最大單向偏移距離76米。

4、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定。LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不能根據(jù)3G網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。本次網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模主要參考了網(wǎng)絡(luò)仿真的結(jié)果。將仿真的結(jié)果回溯對(duì)比市場(chǎng)發(fā)展預(yù)測(cè)，綜合參考市場(chǎng)預(yù)測(cè)的發(fā)展規(guī)模、同時(shí)指引和參與承載網(wǎng)和核心網(wǎng)的規(guī)劃。本次仿真后的最終的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模調(diào)整為稍大于市場(chǎng)預(yù)測(cè)規(guī)模，且考慮了年內(nèi)公司整體經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略政策上的再次擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的可能性。最終確定的實(shí)驗(yàn)網(wǎng)目標(biāo)為：密集城區(qū)和一般城區(qū)共計(jì)規(guī)劃FDD-LTE宏基站約800站，同理規(guī)劃了TDD-LTE宏基站約200站。根據(jù)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的實(shí)際體驗(yàn)式組網(wǎng)目的，本次規(guī)劃未考慮室內(nèi)分布系統(tǒng)、高速公路和高速鐵路4G覆蓋的問題。

5、站點(diǎn)勘測(cè)。站點(diǎn)實(shí)地勘測(cè)是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的關(guān)鍵一環(huán)。站點(diǎn)勘測(cè)的目的是反復(fù)校正仿真參數(shù)，需要重復(fù)閉環(huán)處理勘測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果。其過程是：（1）仿真預(yù)測(cè)，輸出預(yù)選結(jié)果;（2）實(shí)地勘測(cè)選擇合適的建筑物或建設(shè)場(chǎng)地做為預(yù)選站;（3）根據(jù)預(yù)選站實(shí)地勘測(cè)記錄的經(jīng)緯度、天線預(yù)計(jì)掛高、周圍新建高大建筑物、天線型號(hào)預(yù)選等內(nèi)容進(jìn)行修正;（4）再次仿真，輸出結(jié)果;（5）分析實(shí)際預(yù)選站址帶來的覆蓋問題;（6）實(shí)地再勘測(cè)，提出解決方案。

6、編制無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃報(bào)告。

四、結(jié)束語

根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)反饋，在RSRP大于-80dbm，SINR大于25db以上時(shí)，F(xiàn)DD-LTE終端能夠?qū)崿F(xiàn)MIMO雙通道并達(dá)到LTE的峰值速率，且LTE的下載速率和SINR成正比。在RSRP覆蓋指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，SINR的中高值比例越高，頻譜利用率越高，下行速率隨之提升。對(duì)于FDD-LTE網(wǎng)絡(luò)來說，保證RSRP接收電平的連續(xù)覆蓋，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性和切換成功率，同時(shí)避免重疊覆蓋導(dǎo)致的小區(qū)干擾的確是一個(gè)難題。因此，從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃開始就精細(xì)化考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，對(duì)于有效地提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量具有重要意義。

參 考 文 獻(xiàn)[1]中國電信集團(tuán)公司《TD-LTE混合組網(wǎng)研討會(huì)專題材料》[2]中國電信集團(tuán)公司《LTE試驗(yàn)網(wǎng)工程無線網(wǎng)主設(shè)備工程技術(shù)規(guī)范書》[3]胡涂林、徐景編著《3GPP LTE無線鏈路關(guān)鍵技術(shù)》，電子工業(yè)出版社，2008年