不同場景水域覆蓋研究

周 臣

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

不同場景水域覆蓋研究

周 臣

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

由于水面介質(zhì)的特性，無線電波在水面的傳播情況較為復(fù)雜，反射情況較為嚴(yán)重且難以控制，而隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，用戶對下載速率的需求越來越高，SINR值差使得LTE雙流傳輸實現(xiàn)困難，文章通過對兩種場景湖邊采取多種優(yōu)化方法，達(dá)到增強覆蓋，提高信號純凈度的目的，使得RSRP，SINR、下載速率、Rank2比例等指標(biāo)大幅提升，減少了干擾，對今后的水域優(yōu)化工作產(chǎn)生一定指導(dǎo)意義。

SFN 6dB；湖面反射；SINR

1 下載速率提升研究

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，用戶對下載速率的需求越來越高，而湖面由于水面介質(zhì)的特性，無線電波在水面的傳播情況較為復(fù)雜，反射情況較為嚴(yán)重且難以控制，使得SINR相對較差，LTE雙流傳輸實現(xiàn)困難，因此針對水面區(qū)域摸索出一套優(yōu)化方案和方法。

（1）對于鄰近較為寬廣的江面和湖面的道路，在較為寬廣的河面和湖面附近，在布局層面上要求沿江，沿湖的基站應(yīng)該不放在沿江，沿湖的道路上以提供主控信號，而在基站天線覆蓋方向上要求天線不能指向江面或湖對面，而應(yīng)順著道路方向進行覆蓋，這樣可以提供較好的主控信號，也可減輕江對面、湖對面的干擾。

（2）對于鄰近較窄的河面和湖面的道路，站點布局總體原則與鄰近寬廣河面或湖面的情況相同，但是對于較遠(yuǎn)處基站無法提供主控信號的情況下，可以考慮使用對岸的基站扇區(qū)來提供主覆蓋信號

2 寬廣水面覆蓋優(yōu)化

2.1 引用SFN解決重疊覆蓋區(qū)域

在對南昌青山湖優(yōu)化過程中，發(fā)現(xiàn)由于在湖沿岸能收到很多信號，而且又是同頻組網(wǎng)，導(dǎo)致干擾嚴(yán)重，速率較低，如圖1所示。

圖1 重疊覆蓋嚴(yán)重，SINR很低

從截圖中可以看到，用戶終端接收到的信號有2個來自與NC_HF_東湖區(qū)城北煤氣公司2個來自與NC_HF_東湖區(qū)環(huán)保廳公寓，另有一個是越區(qū)信號，這種情況下通過RF及參數(shù)優(yōu)化是很難解決的，小區(qū)間干擾嚴(yán)重限制了邊緣用戶SINR值和吞吐量，需要解決同頻小區(qū)間干擾。

為了解決同頻小區(qū)間干擾，采用單頻網(wǎng)（Sa me Frequency Network，SFN）技術(shù)，在主小區(qū)和協(xié)作小區(qū)之間傳輸相同數(shù)據(jù)，提高可靠性，如圖2所示。

圖2 SFN示意

假設(shè)2個RRU做SFN，也就是合并為一個超級小區(qū)，則用戶終端（例如數(shù)據(jù)卡）接收信號可以表示為[3]：

其中xk表示RRU上第k個輸入數(shù)據(jù)，ri表示第i根接收天線上數(shù)據(jù)，hi,j表示第j根發(fā)射天線到第i根接收天線的信道傳輸系數(shù)。則接收端等效信道矩陣為：

從物理實現(xiàn)角度說，由于受天面空間限制，1個RRU接天線的兩個極化，尤其在直射信號占主導(dǎo)的環(huán)境，覆蓋用戶終端時，h11與h21很接近，h12與h22很接近， 矩陣秩容易變成1，很難形成2個獨立的MIMO信道。但是2個RRU的天線的距離很大，相關(guān)性可以認(rèn)為是0，h11與h14獨立，h21與h24獨立， 矩陣秩為2，經(jīng)過類似智能天線的處理，可以分離出2個獨立MIMO信道，實現(xiàn)雙流傳輸（注：實際由于終端數(shù)據(jù)卡2個天線的相關(guān)性，對空間信道獨立性要求更高，也容易造成 矩陣秩小于2）。

SFN方式的優(yōu)點有：

（1）參與協(xié)作的小區(qū)發(fā)送的信號都是有用信號，邊緣用戶受到的總干擾水平降低了，如果用于新建補盲站點則增加覆蓋卻不增加干擾。

（2）參與協(xié)作的小區(qū)信號相互疊加，邊緣用戶接收到的信號功率水平提高了，從而邊緣用戶的下行信噪比和吞吐量也提高了。

（3）相比40米塔宏站，多個30米塔更貼近用戶，終端發(fā)射功率降低了，對周圍基站的上行干擾也降低了。

（4）切換次數(shù)減少。

（5）參與協(xié)作的小區(qū)之間邊界邊緣用戶終端雙流比例提高。

（6）與采用1個高塔宏站做覆蓋相比，多個RRU做SFN方式的覆蓋更精確符合地形地貌。

（7）與采用多個光纖直放站相比，多個RRU故障率低，底噪低。

SFN方式的缺點是RRU投資增加，容量不增加。

SFN小區(qū)又稱為做了小區(qū)合并的超級小區(qū)（Super cell），如圖3所示。所以在青山湖景區(qū)優(yōu)化中采用了SFN方式。

圖3 小區(qū)合并功能實現(xiàn)原理

未來LTE-A實現(xiàn)下行CoMP后，將SFN小區(qū)升級改造，可以提升容量。

將東湖區(qū)城北煤氣公司1小區(qū)和2小區(qū)合并為一路信號（PCI 190)，將東湖區(qū)環(huán)保廳公寓1小區(qū)和2小區(qū)合并為一路信號（PCI 473)，在數(shù)據(jù)上將1個BBU下的1小區(qū)和2小區(qū)做成一個小區(qū)，物理上的配置不變。

合并完成后再次測試問題路段，SINR提升明顯，如圖4所示。

圖4 SINR改善明顯

2.2 微站解決湖心島弱覆蓋區(qū)域

在對南昌東湖優(yōu)化過程中，其湖心島存在弱覆蓋，RSRP在-110 dBm左右，如圖5所示。

圖5 湖心島存在弱覆蓋示意

2.2.1 問題描述

在東湖湖心島上存在弱覆蓋，而在水面覆蓋優(yōu)化中，需盡量避免基站天線覆蓋方向上指向江面或湖面，減輕對江對面湖對面的干擾，因此在其上新增微站增強覆蓋，解決道路覆蓋問題。

2.2.2 解決方案

在東湖湖心島上新增微站增強覆蓋。整改結(jié)果：調(diào)整后復(fù)測，弱覆蓋得到解決，如圖6所示。

2.3 基于6 dB理論解決越區(qū)覆蓋

6 dB理論是指控制主控小區(qū)和第一鄰區(qū)RSRP差值大于6 dB，保證主控小區(qū)RSRP在其主覆蓋范圍內(nèi)占絕對主導(dǎo)。

同EV-DO網(wǎng)絡(luò)不同，由于沒有軟切換特性，LTE系統(tǒng)在同頻組網(wǎng)方式下，兩個扇區(qū)參考信號時頻位置雖然不同，即使基站與基站之間通過GPS保持同步，但由于信號傳播過程中的多徑效應(yīng)，UE在接收主控小區(qū)和鄰區(qū)信號時也會產(chǎn)生時延，導(dǎo)致信號相位的偏差，UE通過傅里葉變換將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號時繼而產(chǎn)生頻偏，因此鄰區(qū)RS信號和主控小區(qū)RS信號產(chǎn)生重疊，形成干擾，如圖7所示。

圖6 湖心島上新增微站增強覆蓋

圖7 鄰區(qū)RS信號和主控小區(qū)RS信號產(chǎn)生重疊示意

綜上所述，在LTE系統(tǒng)中，無論扇區(qū)間PCI是否存在沖突，扇區(qū)間干擾始終存在，導(dǎo)致UE所在的主控小區(qū)MIMO時兩路SINR平衡性變差，且SINR降低，影響下行速率。因此在水面優(yōu)化中需嚴(yán)格控制小區(qū)覆蓋范圍，拉開6 dB差距，突出主控小區(qū)信號，減少扇區(qū)間越區(qū)覆蓋及重疊覆蓋。

青山湖水面優(yōu)化中，在湖濱東路香溢花城二期附近出現(xiàn)扇區(qū)越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致重疊覆蓋嚴(yán)重使得SINR較差，如圖8所示。

圖8 扇區(qū)越區(qū)覆蓋

2.3.1 問題描述

測試車輛由北向南，在湖濱東路香溢花城二期附近，UE占用NC_HF_W_青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2信號PCI=136，RSRP為-102 dBm左右，SINR值極差為6 dB左右，下載速率為9 M。從基站分布上看，NC_HF_W_青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2越區(qū)，導(dǎo)致與周邊小區(qū)NC_HF_ L_湖濱東路9-3_G2，NC_HF_L_燕鳴路與湖濱東路交界處-2_G2無鄰區(qū)。

2.3.2 解決方案

（1）添加NC_HF_W_青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2與NC_HF_L_湖濱東路9-3_G2，NC_HF_L_燕鳴路與湖濱東路交界處-2_G2鄰區(qū)。

（2）調(diào)整NC_HF_W_青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2下傾角7°→10°控制覆蓋，方位角160°→150°。

2.3.3 整改結(jié)果

調(diào)整后，拉開了6 dB差距，整體SINR值改善明顯，如圖9所示。

圖9 調(diào)整后的整體SINR值改善明顯

2.4 PCI調(diào)整解決MOD3干擾區(qū)域

模3沖突場景下產(chǎn)生的小區(qū)間干擾原理比較簡單，如圖10所示。

圖10 模3沖突場景下產(chǎn)生的小區(qū)間干擾

當(dāng)兩個小區(qū)PCI模3相同時，兩個小區(qū)參考信號的時頻位置完全一致，此時鄰區(qū)對UE所在主控小區(qū)的信號受到鄰區(qū)信號干擾嚴(yán)重，信噪比降低，導(dǎo)致UE不能正確解調(diào)基站信息，使得SINR降低，影響下行速率。

針對模3處理經(jīng)驗方法如下：

（1）變更小區(qū)PCI，這是最治標(biāo)治本的方法，可徹底地解決某一區(qū)域的模三干擾，但由于模3僅有3種可能供選擇，因此變更PCI往往是解決了這里的模3干擾。

（2）調(diào)整天饋，一方面可以調(diào)整方向角使干擾小區(qū)的覆蓋范圍發(fā)生變化，另一方面可以調(diào)整下傾角縮小兩個小區(qū)的重疊覆蓋區(qū)域。

（3）降低干擾小區(qū)發(fā)射功率，這相當(dāng)于降低了干擾信號電平，使得SINR提升，進而優(yōu)化用戶速率，但會影響小區(qū)的覆蓋能力。

青山湖水面優(yōu)化中，在湖濱東路附近出現(xiàn)MOD 3干擾使得SINR較差，針對該情況，進行了PCI更換和天饋調(diào)整，如圖11所示。

圖11 進行PCI更換和天饋調(diào)整

2.4.1 問題描述

測試車輛行駛至該路段，UE占湖濱東路9-3_G2（PCI=28），RSRP=-95 dBm，SINR=-1.8 dB，由于鄰區(qū)內(nèi)青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2（PCI=136)和湖濱東路14-1（PCI=25)，RSRP=-95 dBm左右，都與服務(wù)小區(qū)形成MOD3干擾，導(dǎo)致下行速率較低。

2.4.2 解決方案

解決方案如下：

（1）青山湖區(qū)城東香溢花城二期景觀樹-2（PCI=136)的PCI由136修改為137，電下傾角由3°→6°。

（2）湖濱東路14-1（PCI=25)電下傾角由3°→7°控制覆蓋。

（3）NC_HF_L_燕鳴路與湖濱東路交界處-2_G2（PCI=24)電下傾角由5°→8°控制覆蓋。

2.4.3 整改結(jié)果

調(diào)整后，整體SINR值有所改善，如圖12所示。

圖12 整體SINR值改善示意

3 窄水面覆蓋優(yōu)化

窄水面優(yōu)化主要針對撫河進行優(yōu)化，撫河長5.2公里，寬0.115公里。其整體優(yōu)化思路與寬廣水面優(yōu)化思路相同，但是對于較遠(yuǎn)處基站無法提供主控信號的情況下，可考慮使用對岸的基站扇區(qū)來提供主覆蓋信號，并在優(yōu)化中使用了新增天網(wǎng)桿補盲及RS功率調(diào)整等手段。

3.1 RS功率解決無主覆蓋區(qū)域

在射頻調(diào)整空間有限時，適當(dāng)調(diào)整RS參數(shù)增強發(fā)射功率，可增強主覆蓋小區(qū)使得SINR提升，進而優(yōu)化用戶速率。

在撫河北路科技出版社段無主導(dǎo)頻導(dǎo)致SINR差，其主覆蓋小區(qū)NC_HF_L_西湖區(qū)城西南浦路電信局-3由于樓宇部分遮擋，無明顯主覆蓋小區(qū)，如圖13所示。

圖13 無主導(dǎo)頻和樓宇遮擋示意

3.1.1 問題描述

測試車輛由北向南，在科技出版社段，由于科技出版社等樓宇遮擋使得主覆蓋小區(qū)NC_HF_L_西湖區(qū)城西南浦路電信局-3（PCI297）覆蓋不強，多路信號在6dB以內(nèi)互相干擾導(dǎo)致SINR值差。

3.1.2 解決方案

（1）NC_HF_L_西湖區(qū)城西南浦路電信局-3（PCI297）RS 132→152。

3.1.3 整改結(jié)果

調(diào)整后，整體SINR值有所改善，如圖14所示。

圖14 改善后的效果示意

3.2 天網(wǎng)桿功分天線解決SINR差區(qū)域

在民德西路與撫河北路交叉路段存在弱覆蓋，如圖15所示。

3.2.1 問題描述

測試車輛由北向南，在民德西路與撫河北路交叉路段存在弱覆蓋，而周邊其他扇區(qū)覆蓋對該區(qū)域進行覆蓋，考慮到基站天線覆蓋方向上要求天線不能指向江面或湖對面，而應(yīng)順著道路方向進行覆蓋，這樣可以提供較好的主控信號，也可減輕對江對面湖對面的干擾，因此需新增路燈桿功分天線，覆蓋該南北路段。

圖15 民德西路與撫河北路交叉路段弱覆蓋

3.2.2 解決方案

新增NC_HF_L_省交通廳航運管理局路燈桿，功分天線，方位角分別為0°，150°。

3.2.3 整改結(jié)果

調(diào)整后，整體SINR值有所改善，如圖16所示。

圖16 新增路燈桿功分天線改善效果示意

3.3 對岸小區(qū)解決弱覆蓋區(qū)域

對于鄰近較窄的水面道路，在沿岸基站無法提供主控信號的情況下，考慮使用對岸的基站扇區(qū)來提供主覆蓋信號。在江美大廈段由于撫河西側(cè)多高層樓宇阻擋，南側(cè)沿岸基站無法進行覆蓋，如圖17所示。

3.3.1 問題描述

測試車輛由北向南，在江美大廈段由于江美大廈等樓宇遮擋使得該路段存在弱覆蓋，RSRP在-106左右，考慮到西側(cè)基站無法進行覆蓋，且河道寬度較窄考慮調(diào)整對岸信號對該區(qū)域進行覆蓋。

圖17 使用對岸的基站扇區(qū)改善效果示意

3.3.2 解決方案

NC_HF_L_西湖區(qū)船山路直沖街口廣潤門住宅小區(qū)-3 方位角265→250；總下傾由11°調(diào)整到9°。

3.3.3 整改結(jié)果

調(diào)整后，整體SINR值有所改善，如圖18所示。

圖18 調(diào)整角度后的改善效果示意

4 結(jié)語

本文針對兩類水面區(qū)域，通過RF射頻調(diào)整、RS參數(shù)調(diào)整及SFN優(yōu)化，合理優(yōu)化水面區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分場景解決了弱覆蓋、重疊覆蓋、MOD 3干擾等問題，并提出作SFN提升SINR、下載速率、Rank2比例等指標(biāo)的方法，對今后的水域優(yōu)化工作產(chǎn)生一定指導(dǎo)意義。

Study on water cover in different scenarios

Zhou Chen
（Nanjing Howso Science and Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

Because of the characteristics of water medium, propagation of radio waves on the surface of the water is more complex, reflecting has been more serious and difficult to control, but with the continuous develsopment of mobile Internet, the user needs to download rate is higher and higher, the SINR value difference makes LTE realize double current transmission dif fi cult. This paper through adopting various optimization methods for two kinds of the scene by the lake, to enhance the coverage and improve the signal purity of purpose, make signi fi cant increase in indicators such as RSRP, SINR, download rate and Rank2 ration increase, reduces interference, which will be of guiding signi fi cance to the optimization of the waters in the future.

SFN 6dB; lake re fl ection; SINR

周臣（1985— ），男，安徽滁州。