城區(qū)共站4G覆蓋效果分析

許學(xué)卿 韓冰心

【提要】 共站升級是目前4G建設(shè)的首選方式，在城區(qū)環(huán)境下，升級現(xiàn)有基站后4G覆蓋效果能否滿足要求。本文利用鏈路預(yù)算估算和計算機(jī)仿真進(jìn)行了分析，并提出了可能存在的問題和解決方法。

【關(guān)鍵詞】 4G 城區(qū) 覆蓋 鏈路預(yù)算 仿真

目前，各運營商均正在積極部署4G網(wǎng)絡(luò)。與2/3G網(wǎng)絡(luò)相比，4G網(wǎng)絡(luò)一般使用更大的帶寬，更高的頻段，一方面使得4G網(wǎng)絡(luò)速度、頻譜使用效率更高，另一方面信號傳播損耗更大，可能會造成覆蓋不足的問題。

在LTE技術(shù)中，多種關(guān)鍵技術(shù)用于提升覆蓋，提高速率，包括：OFDM提升信號抗多徑衰落的能力；MIMO在不增加傳輸帶寬和發(fā)射功率的前提下有效提高信號發(fā)射和接受增益；干擾抑制合并通過最小化干擾功率來提升SINR，提升覆蓋；ICIC通過降低小區(qū)邊緣的干擾提高用戶感受從而提升覆蓋等。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，共站建設(shè)4G網(wǎng)絡(luò)是最經(jīng)濟(jì)、高效的一種建設(shè)方式。在城區(qū)范圍內(nèi)，各運營商都有較豐富的站址資源，基站平均站間距已近至三五百米范圍，從蜂窩結(jié)構(gòu)來看，再大規(guī)模新增宏蜂窩基站幾無可能；由于城市的發(fā)展和市民對于電磁輻射的擔(dān)心，技術(shù)上可用又能被市民接受的站址資源越來越緊張，充分利用現(xiàn)有站址也是必然的選擇。4G基站可以通過升級、替換或新增等方式建設(shè)；天饋系統(tǒng)可以改造、合路，也可以新增解決。

城區(qū)范圍內(nèi)建筑密集，無線傳播環(huán)境復(fù)雜；樓面、美化、異形塔等多種天線附掛方式形成高低不同的多層覆蓋效果；用戶密集對覆蓋的要求更高。以上多種因素使得城區(qū)成為無線信號覆蓋的重點和難點。

以下選取具有代表性的平原城市城區(qū)，從估算和仿真兩個角度對城區(qū)基站升級4G后的覆蓋能力進(jìn)行分析。示例區(qū)域面積52平方公里，每個基站平均覆蓋面積0.3平方公里，平均覆蓋半徑為374米。

一、覆蓋估算

覆蓋估算的目的是從覆蓋的角度計算所需基站的數(shù)目。最根本的計算是規(guī)劃覆蓋面積與單基站覆蓋面積之比。

1.1 LTE覆蓋能力的影響因素

1、發(fā)射功率增大，會使覆蓋能力增強(qiáng)，但功率增大也會導(dǎo)致小區(qū)間干擾的迅速增加。功率不是越大越好，要看功率增加的同時信噪比是否相應(yīng)的增加。實際設(shè)備的功率取值一定要在覆蓋能力、頻譜效率、設(shè)備成本等多方面綜合權(quán)衡。2、LTE支持多種頻段。高頻段的傳播損耗、穿透損耗比低頻段要大10dB左右。所以使用高頻段時，LTE的覆蓋范圍要縮小很多。3、多天線技術(shù)的選取對覆蓋范圍有比較大的影響。通常來說，天線的數(shù)目越多，覆蓋范圍也就越大，分集模式比復(fù)用模式覆蓋范圍大。4、LTE增加了64QAM高階解調(diào)方式，高階解調(diào)的解調(diào)門限也增加了，因此高階解調(diào)方式的覆蓋范圍就會比其他方式相對縮小。降低業(yè)務(wù)速率要求、降低調(diào)制/解調(diào)等級、降低信噪比、降低QoS要求，可提高覆蓋范圍。5、對覆蓋有影響的RRM算法主要是ICIC模塊和DRA模塊。小區(qū)間的干擾會導(dǎo)致接收機(jī)底噪的抬升，從而降低接收機(jī)靈敏度。因此ICIC技術(shù)能通過影響上下行接收機(jī)的靈敏度，從而影響覆蓋范圍。DRA決定了用戶使用的子載波數(shù)目和調(diào)制編碼方式，從而影響了覆蓋范圍。

6、CP配置影響克服多徑延遲帶來的干擾效果，限制了理論上最大的覆蓋范圍。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，應(yīng)考慮基站的覆蓋半徑大小，選取相應(yīng)的CP配置。相鄰小區(qū)采用不同的CP配置能減少符號間干擾和載波間干擾。

1.2 鏈路預(yù)算

影響LTE鏈路預(yù)算結(jié)果的特殊因素包括：靈活配置的信道帶寬、業(yè)務(wù)邊緣速率需求、系統(tǒng)帶寬資源配置、天線配置、ICIC算法對干擾余量的影響等。這些因素作為LTE鏈路預(yù)算工具的輸入?yún)?shù)，在鏈路預(yù)算開始的時候必須確定下來。以下為一組LTE鏈路預(yù)算的例子。

鏈路預(yù)算僅是理論上的，不能在實際中保證網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋的可靠性。覆蓋目標(biāo)和要求也隨著不同的網(wǎng)絡(luò)要求而各有不同的假設(shè)，鏈路預(yù)算結(jié)果會因不同的輸入?yún)?shù)有較大的變化。采用Cost 231-Hata的修正模型，可以估算出上下行小區(qū)覆蓋半徑分別為387米和568米。規(guī)劃區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有基站覆蓋半徑為374米，由此可以得出簡單結(jié)論：規(guī)劃區(qū)域內(nèi)基站疊加4G系統(tǒng)可以滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求。

二、覆蓋仿真

為了進(jìn)一步驗證共站建設(shè)4G基站后的覆蓋效果，可以利用計算機(jī)仿真方式進(jìn)行更細(xì)致的分析。

2.1仿真參數(shù)

？ 天線選擇。采用65度水平半功率角，18dBi增益天線。

？ 頻率選擇。采用E-UTRA Band 1 - 20MHz頻段，上下行起至頻率分別為1920MHz，2110MHz。

？ 基站選擇。采用S（1，1，1）配置，43dBm每通道。MIMO 3模式，即開環(huán)空間復(fù)用模式，在該模式下，單用戶的峰值速率將大大提高。

2.2仿真結(jié)果

？ 最佳服務(wù)小區(qū)仿真預(yù)測

最佳小區(qū)的分布是仿真結(jié)果中需要重點關(guān)注的指標(biāo)。要求各小區(qū)覆蓋區(qū)域清晰、均勻合理，基本沒有越區(qū)覆蓋。

由于規(guī)劃仿真參數(shù)取自經(jīng)多輪優(yōu)化過的現(xiàn)網(wǎng)天饋參數(shù)，越區(qū)、過覆蓋情況較少，因此大多數(shù)小區(qū)的覆蓋邊界都很清晰，主服務(wù)區(qū)域覆蓋合理，但在基站較密集的區(qū)域，有部分基站越區(qū)覆蓋，考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)對小區(qū)間互相干擾較為敏感，因此需要在建設(shè)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)時，嚴(yán)格控制基站的天線高度及功率過高，防止越區(qū)覆蓋的產(chǎn)生。

？ 公共參考信號覆蓋場強(qiáng)仿真預(yù)測

在LTE網(wǎng)絡(luò)中，無論是小區(qū)選擇、重選還是切換，都需要以RS信號強(qiáng)度作為參考。城區(qū)RSRP電平一般要求大于等于-105dBm的區(qū)域不低于90%。

通過仿真統(tǒng)計，96.2%規(guī)劃區(qū)域RSRP電平都滿足要求的-105dBm，但在基站距離較遠(yuǎn)的區(qū)域出現(xiàn)了較差的覆蓋，電平強(qiáng)度低于-110dBm，建議在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)或優(yōu)化中重點關(guān)注。

？ RS-SINR指標(biāo)仿真預(yù)測

RS-SINR即載波干擾噪聲比：定義為終端接收的RS有用信號和干擾的比值，是判斷信道質(zhì)量的直接依據(jù)，該參數(shù)一般要求大于等于-5的區(qū)域不小于90%。

從統(tǒng)計看98.0%的區(qū)域RS-SINR指標(biāo)大于等于-5。在建網(wǎng)初期網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，小區(qū)PCI分配相比寬松，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕；同時并得益于仿真參數(shù)取自經(jīng)多輪優(yōu)化過的現(xiàn)網(wǎng)天饋參數(shù)，越區(qū)、過覆蓋情況較少，因此RS-SINR指標(biāo)指標(biāo)優(yōu)于要求的90%的比例。

？ PDSCH-SINR指標(biāo)仿真預(yù)測

LTE網(wǎng)絡(luò)中的PDSCH信道即物理下行共享信道，用于承載來自傳輸信道DSCH的數(shù)據(jù)，是LTE網(wǎng)絡(luò)中的下行業(yè)務(wù)信道，該信道SINR值將直接影響到業(yè)務(wù)的BER、BLER，最終影響到業(yè)務(wù)質(zhì)量。不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下PDSCH-SINR指標(biāo)變化如圖2。隨著LTE網(wǎng)絡(luò)承載流量翻倍變化，PDSCHSINR>=-6的指標(biāo)僅降低了0.06%，說明在承載低速率業(yè)務(wù)上，隨著流量的翻倍，LTE網(wǎng)絡(luò)性能下降不明顯，但在高速率業(yè)務(wù)要求的SINR>=6分布上，卻下降了近12%，且集中在小區(qū)邊緣。

三、覆蓋總結(jié)

通過以上分析，現(xiàn)有城區(qū)基站布局基本能夠滿足LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求，考慮到LTE網(wǎng)絡(luò)對小區(qū)間干擾的敏感性，建議嚴(yán)格控制LTE基站重疊覆蓋區(qū)域，以減少越區(qū)覆蓋對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。LTE網(wǎng)絡(luò)所能提供的容量遠(yuǎn)大于3G網(wǎng)絡(luò)，能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)平均吞吐速率，但隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的提升，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)范圍下降要遠(yuǎn)高于低承載速率業(yè)務(wù)的下降，且主要集中在小區(qū)邊緣。因此對于密集城區(qū)，如果負(fù)載較高，可考慮開通ICIC功能，也可以在熱點區(qū)域進(jìn)行FDD/ TDD混合組網(wǎng)分擔(dān)業(yè)務(wù)壓力。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計 / 《LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計》編委會編著.--北京：人民郵電出版社，2012.5

[2] LTE輕松進(jìn)階 / 元泉編著. -北京：電子工業(yè)出版社，2012.4