TD—LTE農(nóng)村覆蓋的解決方案研究

陳光洪

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司 廣東 東莞 523000）

摘要：如何增強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，是中國移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中面臨的重大課題，文章根據(jù)農(nóng)村地區(qū)4G覆蓋的相關(guān)指標(biāo)及需求，并提出了農(nóng)村TD-LTE覆蓋解決方案，并對(duì)這些新技術(shù)進(jìn)行了比較，給出農(nóng)村場(chǎng)景使用優(yōu)先級(jí)，為農(nóng)村部署TD-LTE網(wǎng)絡(luò)提供參考。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；農(nóng)村地區(qū)；TD-LTE覆蓋

目前，4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正大規(guī)模推進(jìn)，大部分城市的主城區(qū)和一般城區(qū)都實(shí)現(xiàn)了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。與此同時(shí)，農(nóng)村地區(qū)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求增長迅速，農(nóng)村地區(qū)成為數(shù)據(jù)用戶的熱點(diǎn)區(qū)域，農(nóng)村場(chǎng)景的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋已成為各運(yùn)營商需要迫切解決的問題。但是，農(nóng)村地區(qū)面積廣、地形復(fù)雜多樣、村莊分散，并且TD-LTE的頻段較高，這對(duì)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋提出了新要求。

1 農(nóng)村地區(qū)4G覆蓋相關(guān)指標(biāo)

廣覆蓋主要指廣域覆蓋，包括連續(xù)覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋。連續(xù)覆蓋指特定室外區(qū)域的整體覆蓋，區(qū)域內(nèi)達(dá)到一定比例的覆蓋概率。熱點(diǎn)覆蓋指特定室外區(qū)域的局部覆蓋，局部區(qū)域內(nèi)達(dá)到一定比例的覆蓋概率。

由于農(nóng)村地域面積廣，人口密度小，農(nóng)村4G覆蓋從熱點(diǎn)覆蓋逐漸轉(zhuǎn)向必要區(qū)域的連續(xù)覆蓋?，F(xiàn)階段，農(nóng)村4G并非“連續(xù)覆蓋”，可通過行政村覆蓋率、面積覆蓋率、人口覆蓋率、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋率等指標(biāo)來表征覆蓋程度。其中，行政村覆蓋率可通過有覆蓋的行政村數(shù)量進(jìn)行估算，面積覆蓋率、人口覆蓋率以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋率需要考慮村莊的有效覆蓋面積、人口數(shù)量等信息，統(tǒng)計(jì)上有一定難度。

2 TD-LTE農(nóng)村覆蓋的解決方案

2.1 高增益智能天線

2.1.1 技術(shù)原理

天線增益經(jīng)驗(yàn)公式：

G=10lg（32400/（θH3dB×θV3dB））

其中：θH3dB、θV3dB分別為天線在水平、垂直面上的波瓣寬度。

由上述公式可以看出，天線增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度3個(gè)參數(shù)是固定數(shù)學(xué)關(guān)系，高增益智能天線的主要實(shí)現(xiàn)原理是通過減小水平或垂直波瓣寬度，提高增益。目前有兩種實(shí)現(xiàn)方案，一種是“加寬加長”方案，一種是“上下排列”方案。

“加寬加長”方案通過增加天線陣列間距，減小水平單元波束，同時(shí)增加每列的振子數(shù)，減小垂直面波束寬度，可以提高單元波束的增益。“上下排列”方案是將4列陣列上下排列組成8通道天線，拉大陣列間距，減小水平單元波束寬度，提高單元波束的增益。

2.1.2 性能提升

目前現(xiàn)有F頻段增益智能天線與普通天線相比，天線增益約提升2.5dB，小區(qū)覆蓋半徑提升超過20%。

2.1.3 部署建議

與普通八通道智能天線相比，高增益智能天線體積增加20%，重量增加10%，對(duì)天面的要求更高。在部署時(shí)，需考慮天面是否滿足要求。

高增益智能天線由于其部署方便，投資效益高，廣泛適用于農(nóng)村4G基站，建議優(yōu)先使用。

2.2 導(dǎo)頻功率提升

2.2.1 技術(shù)原理

（1）實(shí)現(xiàn)方式1：高功率RRU是將射頻輸出功率由8×10W提高到8×20W，可以支持更高的CRS發(fā)射功率；與8×10W的RRU相比，發(fā)射功率提升3dB，下行覆蓋半徑可提高20%。

（2）實(shí)現(xiàn)方式2：無線信道功率調(diào)整。通過調(diào)整不同無線信道之間的功率分配比例，提升CRS發(fā)射功率，改善RSRP、RS-SINR覆蓋指標(biāo)，從而提升CRS的覆蓋范圍和覆蓋質(zhì)量。但是通過調(diào)整不同無線信道之間的功率分配比例的方案，業(yè)務(wù)信道速率會(huì)較低。

（3）實(shí)現(xiàn)方式3：無線信道功率調(diào)整。小區(qū)參考信號(hào)功率與帶寬成反比，對(duì)于業(yè)務(wù)需求不是很旺盛區(qū)域，可通過縮帶寬的方式增強(qiáng)單位頻率的功率，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)下行覆蓋的目的。

2.2.2 部署建議

高功率RRU可以全面提升下行信道的發(fā)射功率，改善下行覆蓋，適用于農(nóng)村廣覆蓋的普遍需求，但是在部署時(shí)需注意上下行鏈路平衡。

在農(nóng)村4G業(yè)務(wù)發(fā)展初期，主要考慮覆蓋需求，容量需求不明顯，可通過縮帶寬、調(diào)整不同無線信道之間的功率分配比例的方式增強(qiáng)CRS單位頻率的功率，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)下行覆蓋的目的。

2.3 六扇區(qū)技術(shù)

2.3.1 技術(shù)原理

六扇區(qū)技術(shù)是充分利用智能天線的波束賦形能力，在不新增設(shè)備的情況下，將傳統(tǒng)單站3扇區(qū)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?扇區(qū)模式。在同一個(gè)RRU、同一個(gè)天線上建立兩個(gè)異頻的TD-LTE小區(qū)，快速、低成本提升單站覆蓋能力和網(wǎng)絡(luò)性能和容量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，利用TDD特有的智能天線波束賦形能力，通過調(diào)整天線幅度和相位權(quán)值，將2個(gè)小區(qū)方位角各偏置一定角度進(jìn)行覆蓋。

2.3.2 性能提升

在六扇區(qū)模式下，兩載波波束變窄，相比傳統(tǒng)三扇區(qū)能量更集中。

另外，通過優(yōu)化調(diào)整天線幅度和相位取值，為智能天線尋找一組功率和干擾處于最佳平衡點(diǎn)的參數(shù)模型，實(shí)現(xiàn)能量的再分布，提升邊緣用戶信號(hào)強(qiáng)度，改善用戶感知。

原扇區(qū)方向增益提升6dB（120°與240°方位），原扇區(qū)夾角方向增益提升7～9dB。

2.3.3 部署建議

六扇區(qū)技術(shù)在覆蓋和容量方面的性能提升，使其有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

（1）六扇區(qū)技術(shù)建立在現(xiàn)有站址基礎(chǔ)上，可解決選址難的問題。

（2）與原三扇區(qū)20Mbit/s融合組網(wǎng)，提升單小區(qū)覆蓋半徑，可以改善城區(qū)室內(nèi)深度覆蓋和農(nóng)村廣覆蓋水平。

（3）可以解決高校區(qū)等場(chǎng)景的覆蓋、容量需求。考慮到農(nóng)村村莊分布廣泛，村莊與農(nóng)田交錯(cuò)分布，村莊不連續(xù)性較強(qiáng)，因此六扇區(qū)技術(shù)在農(nóng)村的應(yīng)用場(chǎng)景有限。

2.4 16T16R技術(shù)

2.4.1 技術(shù)原理

16T16R是將兩個(gè)8通道RRU、兩面8通道天線進(jìn)行雙拼，共同覆蓋同一小區(qū)，形成16通道收發(fā)，從而提升覆蓋能力。

2.4.2 性能提升

對(duì)于下行，兩個(gè)8通道RRU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，下行覆蓋半徑相對(duì)8T8R提升30%。

對(duì)于上行，采用16通道接收，并采用最大比合并算法提高上行信號(hào)解調(diào)能力，從而提升上行覆蓋能力。上行增益相對(duì)8T8R理論提升4dB，對(duì)應(yīng)覆蓋半徑能力提升25%。

2.4.3 部署建議

16T16R技術(shù)在部署時(shí)，對(duì)天面要求較高，兩個(gè)天線需部署在同一水平面，水平間距要求在3～5倍波長，并且具有相同的方向角和下傾角，實(shí)現(xiàn)同覆蓋。實(shí)際現(xiàn)網(wǎng)部署時(shí)存在較大困難，影響實(shí)施效果。

2.5 覆蓋增強(qiáng)COMP功能

覆蓋增強(qiáng)COMP功能，本小區(qū)和鄰區(qū)通過協(xié)作同時(shí)對(duì)邊緣用戶進(jìn)行聯(lián)合接收處理，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試驗(yàn)證：在小區(qū)邊緣（RSRP=-100dBm）區(qū)域吞吐量增益約10%，在室外站覆蓋室內(nèi)的邊緣（RSRP=-115dBm）區(qū)域吞吐量增益約30%。

在覆蓋受限場(chǎng)景開啟，COMP功能可增強(qiáng)邊緣覆蓋性能，尤其對(duì)于室外站覆蓋室內(nèi)的場(chǎng)景。

3 農(nóng)村4G覆蓋技術(shù)對(duì)比

表1給出了5種覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的特點(diǎn)，農(nóng)村4G廣覆蓋使用建議為優(yōu)先使用高增益天線技術(shù)和導(dǎo)頻功率提升技術(shù)，六扇區(qū)技術(shù)、16T16R技術(shù)、COMP技術(shù)在農(nóng)村實(shí)施效果相對(duì)較弱，可在特定場(chǎng)景具備條件時(shí)使用。

4 結(jié)束語

總之，TD-LTE作為一種先進(jìn)的技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)十分明顯，有更高的頻譜利用率，但廣大農(nóng)村區(qū)域如何實(shí)現(xiàn)4G 覆蓋成為下一步網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)。文章通過5種覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，并通過技術(shù)比較，給出了每種技術(shù)的部署建議，可為農(nóng)村TD-LTE實(shí)現(xiàn)廣度、深度覆蓋提供參考方法。

參考文獻(xiàn)

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