TD—LTE農(nóng)村覆蓋解決方案的研究

林躍偉

摘 要：農(nóng)村區(qū)域已經(jīng)成為數(shù)據(jù)用戶的熱點(diǎn)區(qū)域，農(nóng)村場景的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋已成為各運(yùn)營商需要迫切不解決的問題。提出了農(nóng)村TD-LTE覆蓋的解決技術(shù)方案，并從規(guī)劃指標(biāo)、成本等方面分析了TD-LTE覆蓋方案的實(shí)施效果，以期為今后的農(nóng)村TD-LTE實(shí)現(xiàn)全覆蓋提供新的參考方法。

關(guān)鍵詞：TD-LTE；4G網(wǎng)絡(luò)；站點(diǎn)資源；GSM網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.025

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，農(nóng)村建設(shè)取得了一定的效果，不僅表現(xiàn)在各種醫(yī)療保險(xiǎn)、農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼等基本生活的扶持上，更大的變化還體現(xiàn)在公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面。其中，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也得到了非常大的支持?；谖覈簧俎r(nóng)村地區(qū)地廣人稀的實(shí)際情況，如果仍然按照2G或3G無線覆蓋的方式部署，不僅投資巨大，且無法滿足農(nóng)村用戶接入高速寬帶的需求。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的誕生，我國有望使用TD-LTE技術(shù)來解決這一系列問題。但農(nóng)村場景由于地理特征明顯、空間環(huán)境較為復(fù)雜，因此，在此場景下實(shí)現(xiàn)TD-LTE覆蓋需要提出合理的建設(shè)方式及覆蓋方案。如何節(jié)約投資，最大化利用既有站點(diǎn)資源部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)農(nóng)村弱覆蓋地區(qū)進(jìn)行補(bǔ)盲，成為了一個(gè)亟待解決的問題。

1 農(nóng)村場景全覆蓋的解決方案

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，TD-LTE已經(jīng)在覆蓋了大部分城市地區(qū)，TD-LTE建設(shè)的主要方向已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向農(nóng)村市場。目前，農(nóng)村地區(qū)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)才剛起步，對(duì)于部分農(nóng)村，GSM網(wǎng)的站間距過大，TD-LTE與GSM共站無法保證有效覆蓋，增加新站點(diǎn)又會(huì)加大投資成本。為了最大化挖掘當(dāng)前共站模式的潛力，提升廣覆蓋能力及邊緣用戶的感知度，需要采用創(chuàng)新方案提升TD-LTE的覆蓋能力，滿足農(nóng)村邊緣廣覆蓋的需求。

1.1 普通8T8R方案

目前，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的宏站普遍采用了8T8R方案，即采用8通道RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）和8收8發(fā)的普通智能天線。多天線技術(shù)的明顯標(biāo)志為波束賦形，通過動(dòng)態(tài)波束賦形將主信號(hào)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)終端，從而獲得更高的SINR（信號(hào)與干擾加噪聲比）值。該方案的實(shí)現(xiàn)主要基于TDD（時(shí)分雙工）系統(tǒng)的上/下行鏈路使用相同的頻點(diǎn)，基站可以利用對(duì)上行信道接收信號(hào)的判斷（不同天線的相位和功率或信噪比）對(duì)下行信道條件進(jìn)行預(yù)估，實(shí)現(xiàn)波束賦形。該方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的用于信道估計(jì)的開銷，實(shí)時(shí)性較好。

1.2 提升發(fā)射功率的方案

通過提高導(dǎo)頻發(fā)射功率和高功率RRU輸出方案，可以提升下行功率，增大下行覆蓋半徑。

1.2.1 提高導(dǎo)頻發(fā)射功率

CRS（小區(qū)公共參考信號(hào)）用于下行信道估計(jì)、調(diào)度下行資源、切換測量等，CRS是下行信道解調(diào)的基礎(chǔ)。CRS功率增強(qiáng)可以借用業(yè)務(wù)信道及空RE（資源塊）功率，可提高下行鏈路信道的解調(diào)性能，增大LTE覆蓋范圍。應(yīng)用導(dǎo)頻功率提升軟特性，即將Pa/Pb配置由（-3，1）設(shè)為（-6，3），導(dǎo)頻功率提升3 dB，最大允許路徑損耗增加3 dB（單小區(qū)），可使下行覆蓋半徑增大約20%.

1.2.2 采用高功率RRU輸出方案

采用8×20 W功率的RRU設(shè)備可以支持更高的CRS發(fā)射功率。與傳統(tǒng)8×10 W的RRU相比，發(fā)射功率可提升3 dB，最大允許路徑損耗增加3 dB（單小區(qū)），下行覆蓋半徑可增大約20%.

提升導(dǎo)頻發(fā)射功率及整體發(fā)射功率有利于下行PDCCH（物理下行控制信道）的解調(diào)，下行覆蓋半徑可增加20%，能改善區(qū)域覆蓋的性能。但該方案無上行增益，小區(qū)整體覆蓋半徑內(nèi)無明顯增益，建議應(yīng)用于存在覆蓋空洞的區(qū)域，對(duì)于采用的基本方案，已能實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋的場景，如果要提升功率，需同時(shí)進(jìn)行其他方式的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。

1.3 高增益智能天線方案

該方案采用高性能天饋系統(tǒng)，通過提高天線增益增大覆蓋半徑，可將現(xiàn)有天饋增益提升3 dB，即由14 dBi提高至17 dBi，在F頻段上能有效增大覆蓋半徑20%以上，且部署簡單，可快速提升網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力。根據(jù)中國移動(dòng)TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)測試的結(jié)果，采用15.5 dBi高增益的天線與14 dBi的天線相比，覆蓋距離可增加13%左右。但在實(shí)際工程建設(shè)中，高增益智能天線較長（2.7 m左右）或較寬（0.4 m），質(zhì)量較大，比普通天線的安裝難度大，需要結(jié)合實(shí)際情況綜合考慮選用。

1.4 8通道雙拼技術(shù)方案

8通道雙拼技術(shù)是指單扇區(qū)采用2個(gè)8通道RRU及2副8通道天線，提升單扇區(qū)接收和發(fā)射增益，從而達(dá)到增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑的目的。下行同一個(gè)小區(qū)采用2個(gè)8通道RRU，其中，一個(gè)RRU下行只發(fā)射4G信號(hào)，另一個(gè)RRU下行只發(fā)射3G信號(hào)，3G的剩余功率可以給4G使用。下行單制式可最大化使用每個(gè)RRU的功率，4G可以實(shí)現(xiàn)下行16通道發(fā)射，以滿足農(nóng)村和道路廣覆蓋場景下行功率的需求。上行2個(gè)8通道RRU（3G/4G）采用最大比合并接收實(shí)現(xiàn)上行16通道接收，提升3G/4G的上行覆蓋能力。

8通道雙拼技術(shù)方案是TD-SCDMA/TD-LTE雙模創(chuàng)新解決方案，理論上可以獲得最大3 dB的上行增益，能有效增大上行覆蓋范圍約20%.根據(jù)中國移動(dòng)TD-LTE現(xiàn)網(wǎng)測試結(jié)果，采用8通道雙拼技術(shù)方案的小區(qū)相比于采用8T8R的小區(qū)在室外上行覆蓋距離增加約20%.同時(shí)，對(duì)于室內(nèi)的上、下行速率提升效果優(yōu)于室外，這表明采用8通道雙拼技術(shù)方案的小區(qū)在深度覆蓋上也有明顯改善。8通道雙拼技術(shù)方案的優(yōu)勢在于引入下行功率增益，上行合并增益3 dB，有效解決了上、下行不平衡的問題，增大了小區(qū)的覆蓋半徑。該方案的劣勢是每小區(qū)都需新增1套天饋及RRU，使投資和建設(shè)難度增加。

1.5 8通道雙拼技術(shù)+高增益智能天線方案

該方案是指8通道雙拼結(jié)合水平半功率角為75°，增益為17 dBi的高增益智能天線，單扇區(qū)由2個(gè)8通道RRU及2副8通道高增益天線組成。使用雙天線時(shí)，根據(jù)使用頻段及90 mm陣列間距計(jì)算出安裝天線間距（要求間隔80～150 cm），從而避免相位差造成的功率損耗。

2 方案測試結(jié)果分析

目前，多數(shù)已有的有關(guān)農(nóng)村覆蓋規(guī)劃指標(biāo)、覆蓋方案等的決策都缺少足夠的測試數(shù)據(jù)支撐，因此，需要開展區(qū)域測試，以摸索農(nóng)村覆蓋的基本情況、各種覆蓋方案的性能。本文為了驗(yàn)證上述方案對(duì)農(nóng)村場景覆蓋的改善情況，在某基站進(jìn)行了8通道雙拼改造，并結(jié)合高增益智能天線進(jìn)行了多種組合方案測試。按照下行1 Mbit/s、上行256 kbit/s、電平-108 dBm進(jìn)行拉遠(yuǎn)DT（路測）測試，根據(jù)RSRP（參考信號(hào)接收功率）指標(biāo)測試結(jié)果將各種方案與普通8通道+普通天線方案進(jìn)行對(duì)比，各種方案實(shí)測覆蓋距離對(duì)比結(jié)果如表1所示。

從表1可看出，8通道雙拼+高增益天線方案的各項(xiàng)指標(biāo)最好，下行增益增加約110%，上行增益增加約142%，覆蓋距離在3 km以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通8通道+普通天線方案。8通道雙拼+普通天線與普通8通道+高增益天線方案的各項(xiàng)性能基本相同，下行增益分別增加約53%和48%，上行增益分別增加約65%和71%，覆蓋距離在1.5 km以上。

通過對(duì)普通8T8R方案、高增益智能天線方案等進(jìn)行分析后，建議在農(nóng)村場景中按照以下原則選用方案：①在覆蓋半徑小于1.2 km的區(qū)域，普通8T8R方案能很好滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)規(guī)劃指標(biāo)。②當(dāng)覆蓋半徑大于1.2 km時(shí)，綜合考慮成本和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，建議采用高增益智能天線以及8通道雙拼技術(shù)增強(qiáng)覆蓋能力。在更加空曠的地貌應(yīng)采用高增益智能天線可以使覆蓋范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。③當(dāng)覆蓋半徑大于2 km時(shí)，建議應(yīng)用8通道雙拼技術(shù)+高增益智能天線方案，該方案不僅能滿足超遠(yuǎn)距離覆蓋要求，還能實(shí)現(xiàn)上、下行的平衡。

3 結(jié)束語

總之，對(duì)于新時(shí)期下農(nóng)村信息化建設(shè)，TD-LTE的全覆蓋屬于一項(xiàng)長期、艱巨的系統(tǒng)工程。我國農(nóng)村地形復(fù)雜多樣，解決不同場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋是TD-LTE農(nóng)村覆蓋需要解決的首要問題。本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)TD-LTE農(nóng)村覆蓋創(chuàng)新方案進(jìn)行了研究，給出了各種研究方案的適用場景，研究成果對(duì)優(yōu)化今后的農(nóng)村TD-LTE規(guī)劃設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)全覆蓋起到了一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕