利用現(xiàn)網(wǎng)資源實(shí)現(xiàn)農(nóng)村長期演進(jìn)全覆蓋的應(yīng)用

江蘇省通信管理局通信發(fā)展與保障處 堵雯曦

利用現(xiàn)網(wǎng)資源實(shí)現(xiàn)農(nóng)村長期演進(jìn)全覆蓋的應(yīng)用

江蘇省通信管理局通信發(fā)展與保障處 堵雯曦

從如何快速提高單站覆蓋能力入手，采用8通道雙拼技術(shù)和高增益天線技術(shù)相結(jié)合方案，提高單小區(qū)的發(fā)射和接收功率，提升單小區(qū)的覆蓋范圍，并衍生出多種覆蓋方案對(duì)弱覆蓋點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)盲，結(jié)合新建站點(diǎn)，初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村LTE（長期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。

農(nóng)村長期演進(jìn)全覆蓋；8通道雙拼技術(shù)；高增益天線

0 引言

2014年，中國移動(dòng)在國內(nèi)率先開始大規(guī)模部署TD-LTE（分時(shí)長期演進(jìn)）網(wǎng)絡(luò)，隨著中國移動(dòng)TD-LTE一期、二期建設(shè)的完成，多數(shù)城市基本實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋。由于TD-LTE室外覆蓋使用的是F頻段，與原有的GSM網(wǎng)絡(luò)使用的900 MHz頻段相比存在傳播損耗大，穿透性較差，廣域覆蓋能力不足的問題。特別是在農(nóng)村區(qū)域，由于現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)的站間距較大，完全利用既有站點(diǎn)資源部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)會(huì)存在大量的覆蓋盲區(qū)，無法實(shí)現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域的全覆蓋。因此，如果要實(shí)現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域的LTE全覆蓋，需要新建大量的基站，這樣勢(shì)必會(huì)帶來建設(shè)周期長，成本開銷巨大的問題，無法真正實(shí)現(xiàn)中國移動(dòng)提出的“快人一步”4G建設(shè)目標(biāo)。針對(duì)此情況，突破傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思維，從如何提高單站覆蓋能力入手積極研究TD-LTE新技術(shù)和建設(shè)手段，提出采用多天線多RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）和高增益天線技術(shù)，提高單小區(qū)的發(fā)射和接收功率，提升單小區(qū)的覆蓋范圍，初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村LTE網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 8通道雙拼技術(shù)

8通道雙拼方案，下行采用兩個(gè)8 通道RRU，其中一個(gè)RRU下行主發(fā)射TD-TEL，另一個(gè)RRU下行只發(fā)射TDS（時(shí)分同步碼分多址），TDS的剩余功率可以給TD-LTE使用，下行單制式可以最大化使用每個(gè)RRU的功率，以滿足農(nóng)村廣覆蓋場(chǎng)景下行功率的需求。

上行采用16通道雙模接收來同時(shí)提高TDS/TD-LTE上行覆蓋能力。圖2為圖1左下方BBU連接局部。。

1）同一個(gè)小區(qū)使用兩個(gè)RRU進(jìn)行聯(lián)合收發(fā)。

2）兩個(gè)RRU和兩幅天線分別并排集中放置。兩個(gè)RRU到兩副天線之間的饋線盡量保持一致，兩副天線的方位角和下傾角保持一致。兩幅天線在滿足同覆蓋的條件下，水平間距在0.5～1.5 m之間。如圖3所示。

3）16通道最大比合并接收，理論上比8通道可以獲得下行6 dB、上行4 dB的增益。

單小區(qū)場(chǎng)景下，16T（16通道發(fā)射）相對(duì)8T下行功率提升6 dB，下行增益來源：16T相對(duì)8T的下行功率增益，通過鏈路預(yù)算可得下行覆蓋提升42%左右。

單小區(qū)場(chǎng)景下，16R（16通道接收）相對(duì)8R，上行基站接收信噪比提升4 dB左右，上行增益來源：16R相對(duì)8R的接收分集增益和陣列增益，通過鏈路預(yù)算可得上行覆蓋提升28%左右。

1.2 高增益天線

高增益天線具有增益高、性能優(yōu)、風(fēng)阻低、部署快等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)天線相比，高增益天線覆蓋距離提升20%，如圖4所示。

增益高：17 dBi，支持大間距連續(xù)覆蓋。

性能優(yōu)：陣列間距優(yōu)化設(shè)計(jì)。

風(fēng)阻低：流線型天線罩設(shè)計(jì)。

部署快：原有站點(diǎn)抱桿利舊安裝。

高增益天線水平半功率波束寬度：75/75/65，垂直半功率波束寬度：4.5/4.3/3.5。詳見圖5。

經(jīng)測(cè)試，高增益天線小區(qū)邊緣SINR(信號(hào)與干擾加噪聲比）提升3.3 dB，小區(qū)邊緣容量可提升36%。

1.3 多方案組合

我們針對(duì)不同覆蓋場(chǎng)景，對(duì)普通8通道、8通道雙拼、普通天線、高增益天線進(jìn)行多組合產(chǎn)品方案，有效滿足農(nóng)村全覆蓋及深度覆蓋需求。如圖6所示。

2 試點(diǎn)測(cè)試和效果

中國移動(dòng)通信集團(tuán)徐州分公司在邳州對(duì)聶閣站點(diǎn)進(jìn)行了8通道雙拼改造，并結(jié)合高增益天線進(jìn)行了多種組合方案測(cè)試。邳州聶閣，距離周邊站點(diǎn)約2.5 km，且正北方向1.5 km處有村莊，其余覆蓋范圍內(nèi)為農(nóng)田。符合測(cè)試要求。農(nóng)田區(qū)域用來測(cè)試農(nóng)村廣域覆蓋，村莊區(qū)域用來測(cè)試農(nóng)村深度覆蓋

2.1 拉遠(yuǎn)DT（路測(cè)）測(cè)試情況

按照下行1 Mb/s、上行256 kb/s、電平－108 dBm進(jìn)行拉遠(yuǎn)測(cè)試，RSRP（參考信號(hào)接收功率）拉遠(yuǎn)測(cè)試情況詳見圖7，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

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2.2 拉遠(yuǎn)CQT（呼叫質(zhì)量測(cè)試）情況

按照實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)1小區(qū)方向按照1 km/2 km/2.5 km進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)試，主要測(cè)試指標(biāo)為電平值、下載速率、上傳速率。具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表2拉遠(yuǎn)CQT測(cè)試數(shù)據(jù)所示。

2.3 室內(nèi)深度覆蓋及室外廣域覆蓋數(shù)據(jù)對(duì)比

按照實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)1小區(qū)方向按照室內(nèi)深度覆蓋及室外廣域覆蓋在1.6 km處進(jìn)行測(cè)試，主要測(cè)試指標(biāo)為電平值、下載速率、上傳速率。具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表3室內(nèi)深度覆蓋及室外廣域覆蓋測(cè)試數(shù)據(jù)所示。

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2.4 試點(diǎn)測(cè)試小結(jié)

從對(duì)比測(cè)試結(jié)果可以看出：

1）“8通道雙拼加高增益天線”方案的各項(xiàng)指標(biāo)效果最好，下行增益平均增加109%左右，上行增益增加141%左右，覆蓋距離在3 km以上。

2）“8通道雙拼”與“普通8通道加高增益天線”方案的各項(xiàng)性能基本相當(dāng)下行增益平均增加50%左右，上行增益增加70%左右；覆蓋距離1.8 km以上。

因此，4種覆蓋方案可有效滿足農(nóng)村各種場(chǎng)景廣覆蓋和深度覆蓋場(chǎng)景的上下行覆蓋，提升邊緣區(qū)域的覆蓋需求。

3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及效益評(píng)估

8通道雙拼技術(shù)率先采用2個(gè)RRU和2個(gè)天線組合為1個(gè)小區(qū)，充分利用現(xiàn)有站點(diǎn)和天面資源，結(jié)合高增益天線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種場(chǎng)景的農(nóng)村弱覆蓋補(bǔ)盲，同時(shí)降低新建站點(diǎn)的建設(shè)成本和維護(hù)成本。

從效益評(píng)估方面，針對(duì)多種創(chuàng)新方案與傳統(tǒng)的普通8通道覆蓋方案，從單站點(diǎn)新建鐵塔、新增設(shè)備、配套設(shè)施等方面進(jìn)行對(duì)比。結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)地區(qū)徐州農(nóng)村站點(diǎn)情況，對(duì)新技術(shù)使用方案進(jìn)行效益評(píng)估如下：

1）普通新建站：設(shè)備成本及配套成本約65萬元人民幣。

2）新技術(shù)建設(shè)一：現(xiàn)網(wǎng)單站三個(gè)小區(qū)均為新技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊區(qū)域LTE廣覆蓋。

3）新技術(shù)建設(shè)二：現(xiàn)網(wǎng)三個(gè)基站分別對(duì)應(yīng)一個(gè)小區(qū)應(yīng)用新技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)弱覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)LTE廣覆蓋。如表4所示。從效益評(píng)估上看，單站點(diǎn)新技術(shù)方案相比新建站可以減少投資80%以上，同時(shí)減少后期維護(hù)成本。結(jié)合測(cè)試結(jié)果，在僅新增設(shè)備的情況下，新技術(shù)方案可提高小區(qū)覆蓋范圍和覆蓋能力，而且部署快，多種創(chuàng)新方案想結(jié)合，可滿足農(nóng)村各種場(chǎng)景弱覆蓋補(bǔ)盲，初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村區(qū)域全覆蓋。

4 總結(jié)

8通道雙拼技術(shù)率先采用2個(gè)8通道RRU和2個(gè)天線組合為1個(gè)小區(qū)，克服了基帶處理問題，充分利用了通道增益和天線增益，可充分利用現(xiàn)有站點(diǎn)和天面資源，提高單小區(qū)的發(fā)射和接收功率，提升單小區(qū)的覆蓋范圍，提升邊緣覆蓋，改善邊緣用戶感知；與高增益天線相結(jié)合，創(chuàng)新多種組合方案，可以實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景的農(nóng)村弱覆蓋補(bǔ)盲。結(jié)合效益評(píng)估，從單站點(diǎn)新建鐵塔、新增設(shè)備、配套設(shè)施等方面進(jìn)行對(duì)比，采用新方案單站可節(jié)約成本80%以上，同時(shí)節(jié)約后期維護(hù)成本。因此，在農(nóng)村區(qū)域新建站規(guī)劃和弱覆蓋區(qū)域補(bǔ)盲工作中，采用多天線、多RRU和高增益天線技術(shù)相結(jié)合方案，可以快速有效的初步實(shí)現(xiàn)農(nóng)村LTE全覆蓋，進(jìn)一步加快新型城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐，有效提升信息通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平。