TD—LTE農(nóng)村覆蓋解決方案

周巍 符新 常鶴

【摘要】 本論文對(duì)農(nóng)村各類典型場景的4G覆蓋方案進(jìn)行分析，通過鏈路預(yù)算推算出TD-LTE的基站的覆蓋半徑，得出了農(nóng)村地區(qū)4G快速覆蓋的整體方案，可以為今后的農(nóng)村TD-LTE規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考，為即將到來的農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)做好技術(shù)準(zhǔn)備，使中國移動(dòng)的4G網(wǎng)絡(luò)能快速部署到廣大農(nóng)村。

【關(guān)鍵詞】 TD-LTE 農(nóng)村覆蓋 鏈路預(yù)算

一、前言

中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正大規(guī)模推進(jìn)，目前已實(shí)現(xiàn)全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上地區(qū)4G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。根據(jù)規(guī)劃，到今年年底，中國移動(dòng)將進(jìn)一步擴(kuò)大4G覆蓋范圍，增強(qiáng)覆蓋效果，實(shí)現(xiàn)全國全省主要交通干道、省內(nèi)3A級(jí)以上風(fēng)景區(qū)的全部覆蓋以及農(nóng)村數(shù)據(jù)流量較高區(qū)域的熱點(diǎn)覆蓋。

如何快速有效的把技術(shù)領(lǐng)先的4G網(wǎng)絡(luò)部署到廣大農(nóng)村地區(qū)，使農(nóng)村地區(qū)的信息化平臺(tái)更通暢、更快捷是目前LTE研究的重大課題。

二、農(nóng)村典型模型分析

2.1農(nóng)村地形分類

平原：一般海拔在200米以下，指廣闊而平坦的陸地。它的主要特點(diǎn)是地勢低平，起伏和緩，相對(duì)高度一般不超過50米，坡度在5°以下。

丘陵：一般海拔在200米以上，500米以下，相對(duì)高度一般不超過200米，高低起伏，坡度較緩，由連綿不斷的低矮山丘組成的地形。

山地：一般在500米以上，地面峰巒起伏，坡度陡峻。

2.2傳播模型

無線電波傳播的特性主要取決于傳播環(huán)境，即地形地貌、建筑物材料和分布、植被、車流、人流、自然和人為電磁噪聲等多個(gè)因素影響，不同的傳播環(huán)境下電波傳播特性不盡相同。傳播模型是通過多種參數(shù)對(duì)復(fù)雜的無線電波傳播環(huán)境進(jìn)行提煉總結(jié)和描述。因此，無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃通常用無線傳播模型來估算基站的覆蓋范圍。

傳播模型按建模方法主要分為確定性模型和經(jīng)驗(yàn)型模型兩大類。確定性模型是根絕具體的現(xiàn)場環(huán)境，應(yīng)用電磁場理論，詳細(xì)計(jì)算得出的公式。其參數(shù)多，計(jì)算量大，復(fù)雜度高，但同時(shí)得到的模型十分精確。經(jīng)驗(yàn)型模型主要是通過大量的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析歸納出的公式，參數(shù)少，計(jì)算量小，比較適合在預(yù)規(guī)劃過程中使用，后期再進(jìn)行模型校正，得到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的精確模型。

下表列出了幾種常見模型的特點(diǎn)：

TD-LTE室外宏基站傳播模型常用COST231-Hata模型，在選取常規(guī)參數(shù)下，參照TD-SCDMA系統(tǒng)2G頻段模型，通用模型公式可以簡化為：

2.3鏈路預(yù)算結(jié)果

確定好傳播模型的參數(shù)后，從傳播模型公式可以計(jì)算出結(jié)合鏈路預(yù)算得到的最大路徑損耗，就可以估算出信道的覆蓋半徑。需要注意的是：根據(jù)上述公式一般僅能計(jì)算平原和丘陵場景的基站覆蓋半徑理論值；由于山區(qū)地形的電波傳播損耗更受到基站及手機(jī)與山地阻擋相對(duì)位置的影響，因此無法計(jì)算出農(nóng)村山區(qū)的基站覆蓋半徑，此時(shí)需要根據(jù)勘測和選址情況確定建設(shè)方式。

三、農(nóng)村覆蓋策略和方案

相比城市，我國農(nóng)村地廣人稀，寬帶入戶挑戰(zhàn)大，且農(nóng)村需覆蓋面廣、距離遠(yuǎn)且用戶分散，單位用戶話務(wù)量和總話務(wù)較低。受經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響，農(nóng)村的地區(qū)通信水平差異明顯。在建設(shè)過程中，農(nóng)村通信投入大，建設(shè)運(yùn)維成本高，另外由于競爭影響以及經(jīng)濟(jì)水平影響，造成通信資費(fèi)低，而農(nóng)村通信收入?yún)s較低。在運(yùn)維過程中，由于農(nóng)電網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，服務(wù)質(zhì)量難于保證。另外，農(nóng)村地區(qū)地形地貌復(fù)雜多變，有平原、丘陵、高山、樹林、隧道等。

因此，在進(jìn)行TD-LTE農(nóng)村覆蓋時(shí)，應(yīng)充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，從而在滿足覆蓋效果的前提下，盡量節(jié)約成本。

經(jīng)實(shí)地勘察后可發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)網(wǎng)資源中，傳統(tǒng)有線接入里程長，維護(hù)代價(jià)大；無線2/3G帶寬小，無法滿足4G帶寬需要；中國移動(dòng)農(nóng)村GSM普遍站間距2km以上，農(nóng)村4G覆蓋能力要求高。

綜上所述，農(nóng)村地區(qū)基站建設(shè)方式如下：

3.1平原建設(shè)方案

3.2丘陵建設(shè)方案

在丘陵地帶，村鎮(zhèn)的房屋多為平房，房屋的分布也比較稀疏，用戶少且分布廣。對(duì)信號(hào)影響較大的便是樹木造成的信號(hào)衰耗以及緩坡對(duì)信號(hào)的阻擋。在實(shí)際的選站過程中，需要遵循以下原則：

3.3山區(qū)建設(shè)方案

山區(qū)建站相對(duì)于以上兩種地形是最為復(fù)雜的，主要表現(xiàn)為山體阻擋嚴(yán)重，造成電波的傳播衰落較大，達(dá)到全面有效覆蓋是很困難的。另外，相對(duì)于以上兩種地形來講，用戶分布更為零散，話務(wù)密度更低。

需要根據(jù)不同的用戶分布、地形特點(diǎn)來選擇合適的基站位置、站型、天線型號(hào)，以此確定基站或建在山頂上、山腰間、山腳下、或山區(qū)里的合適位置。

對(duì)于山區(qū)建站，考慮到征地、引電費(fèi)用差別較大，所以是采用高山上建站，還是半山腰或者是山腳下，要綜合考慮投資費(fèi)用。

為了進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力和業(yè)務(wù)質(zhì)量，對(duì)于一些需要增強(qiáng)覆蓋的場景，可以通過以下策略，加強(qiáng)農(nóng)村場景下TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的用戶感知水平。

1）采用高性能天饋提升覆蓋能力

單元增益預(yù)計(jì)可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提升2.5～3dB，即F頻段由14dBi提高至16.5～17.0dBi左右，可使覆蓋能力增強(qiáng)20%。

2）16T16R TDS/TDL雙模創(chuàng)新方案提升邊緣區(qū)域覆蓋能力

下行采用兩個(gè)8通道RRU，其中一個(gè)RRU下行只發(fā)射TDL，另一個(gè)RRU下行只發(fā)射TDS，下行單制式可用到每個(gè)RRU的最大功率滿足網(wǎng)規(guī)農(nóng)場場景下行功率要求。

上行采用16通道雙模接收來同時(shí)提高TDS/TDL上行覆蓋能力：

同一個(gè)小區(qū)使用2個(gè)RRU進(jìn)行聯(lián)合收發(fā)。

根據(jù)不同應(yīng)用場景，2個(gè)RRU可以集中放置，也可以分開放置。

16通道最大比合并接收，理論上比8通道可以獲得最大3dB的增益。

3）使用Relay基站回傳，延伸覆蓋能力

宿主基站為用戶提供覆蓋的同時(shí)，給Relay節(jié)點(diǎn)提供無線回傳鏈路，在一些覆蓋廣，有盲區(qū)的山區(qū)使用，延伸TD-LTE的覆蓋能力。

從前期測試情況，當(dāng)農(nóng)村基于4G與GSM共站址建設(shè)時(shí)，對(duì)于85%的場景采取普通宏站覆蓋方案時(shí)，可以做到90%的比例的RSRP都大于-105dBm，邊緣下載速率達(dá)15Mbps，整體覆蓋水平良好，甚至要優(yōu)于城區(qū)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；對(duì)于站間距較大場景，使用RS Power Boosting方案分別能提升20%的覆蓋半徑，從而能有效保證4G業(yè)務(wù)的連續(xù)有效覆蓋；采用16T16R覆蓋增強(qiáng)方案，相對(duì)8T8R方案覆蓋半徑提升20%。

四、結(jié)論

本論文對(duì)農(nóng)村各類典型場景的4G覆蓋方案進(jìn)行分析，通過鏈路預(yù)算推算出TD-LTE的基站的覆蓋半徑，得出了農(nóng)村地區(qū)4G快速覆蓋的整體方案，可以為今后的農(nóng)村TD-LTE規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考，為即將到來的農(nóng)村4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)做好技術(shù)準(zhǔn)備，使中國移動(dòng)的4G網(wǎng)絡(luò)能快速部署到廣大農(nóng)村。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] TD-LTE在農(nóng)村場景建設(shè)的策略和方案，徐皓 顏軍 李賓 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，中國新通信雜志.

[2] 中國移動(dòng)TD-LTE農(nóng)村覆蓋方案研究，中國移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司，河南，鄭州，450008，移動(dòng)通信雜志.

[3] TD-LTE農(nóng)村基站覆蓋能力分析，徐德平 鄧安達(dá) 程日濤 張華 焦燕鴻，中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京，100080，電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化雜志.

[4] TD-LTE 4G網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村場景規(guī)劃設(shè)計(jì)與工程建設(shè)中方案研究，鐘志成 高新，中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州，510630，數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用雜志.