農(nóng)村TD-LTE延伸覆蓋技術(shù)

王康，趙昌盛，楊健

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，濟(jì)南 250101）

農(nóng)村TD-LTE延伸覆蓋技術(shù)

王康，趙昌盛，楊健

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司山東分公司，濟(jì)南 250101）

隨著中國(guó)移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，目前農(nóng)村的廣度覆蓋也達(dá)到了比較高的水平，特別是行政村已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了80%以上的覆蓋。在FDD牌照發(fā)放時(shí)間不明確的前提下，如何持續(xù)提升農(nóng)村的TD-LTE覆蓋水平，實(shí)現(xiàn)富裕自然村、小村等的連續(xù)覆蓋，提升重要區(qū)域的深度覆蓋，同時(shí)盡量提高農(nóng)村基站的投資效益比，是當(dāng)前農(nóng)村覆蓋的重點(diǎn)。

TD-LTE；RRU拉遠(yuǎn)；村延伸覆蓋；小村覆蓋

1 引言

TD-LTE四期工程完成后，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重要行政村的覆蓋，但主要是針對(duì)村委會(huì)位置的覆蓋，仍有部分行政村和重要的自然村沒(méi)有實(shí)現(xiàn)覆蓋，在FDD牌照發(fā)放時(shí)間不明確的情況下，當(dāng)前仍需要提升農(nóng)村的TD-LTE覆蓋水平。之前主要采用傳統(tǒng)宏站的建設(shè)方式，但采用這種方式有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一方面由于農(nóng)村覆蓋目標(biāo)區(qū)域分散，可能會(huì)造成扇區(qū)浪費(fèi)的情況產(chǎn)生，另一方面也會(huì)出現(xiàn)投資大收益不理想的問(wèn)題。因此針對(duì)這些區(qū)域，需要引入新的手段和方法進(jìn)行覆蓋。

解決農(nóng)村覆蓋的根本辦法是獲取低頻段，利用室外宏站的方式進(jìn)行覆蓋。前期主要是通過(guò)利舊GSM基站或新建鐵塔建設(shè)宏站等的方式完成，并利用高增益天線、16T16R等覆蓋增強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了行政村的大部分覆蓋。雖然行政村覆蓋率較高，但是目前農(nóng)村的面積覆蓋率仍然不足。

考慮到當(dāng)前已經(jīng)利用宏站覆蓋了絕大部分行政村，農(nóng)村覆蓋擁有較為豐富的TD-LTE基站資源，并且通過(guò)前期WLAN工程在農(nóng)村建設(shè)了大量水泥桿，傳輸引電等條件也已經(jīng)具備。本文探討一種在充分利用現(xiàn)有基站資源的基礎(chǔ)上，采用RRU拉遠(yuǎn)、低增益小天線等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)延伸TD-LTE網(wǎng)絡(luò)農(nóng)村覆蓋的方案，該建設(shè)方式由于主要利用已有資源，具有保護(hù)投資、建設(shè)快、成本低的特點(diǎn)。

2 工作原理

RRU拉遠(yuǎn)站是指在不增加載頻需求的情況下，利用附近現(xiàn)有的TD-LTE宏站，采用RRU拉遠(yuǎn)的方式，延伸覆蓋距離，改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋。原則上拉遠(yuǎn)的RRU與信源基站小區(qū)進(jìn)行小區(qū)合并，對(duì)于不支持小區(qū)合并的設(shè)備，可以采用將附近基站空閑小區(qū)的RRU拉遠(yuǎn)的方式進(jìn)行建設(shè)。

2.1 部署場(chǎng)景

主要針對(duì)前期大規(guī)模部署農(nóng)村TD-LTE基站后，由于條件限制或前期部署時(shí)沒(méi)有達(dá)到覆蓋要求的農(nóng)村。具體要求如下。

（1）對(duì)于面積不大，人口不是特別多的小型村莊，如果周圍基站無(wú)法滿足該村莊的覆蓋，可以選擇在附近的基站中挑選距離較近的基站作為信源站，拉遠(yuǎn)RRU對(duì)該村進(jìn)行覆蓋。

（2）對(duì)于村莊特別大，人口密集的大型村莊，如果前期基站覆蓋只能覆蓋村莊的部分區(qū)域，且該村的另一部分覆蓋需求也比較強(qiáng)烈，可以利用覆蓋該村的前期基站作為信源站，拉遠(yuǎn)RRU方式補(bǔ)充覆蓋。

（3）由于該類型的農(nóng)村業(yè)務(wù)需求一般不高，需要將拉遠(yuǎn)的RRU與信源基站小區(qū)進(jìn)行小區(qū)合并。

2.2 方案原理

圖1 系統(tǒng)原理圖

如圖1所示，原有基站距離覆蓋目標(biāo)農(nóng)村較遠(yuǎn)或者有障礙物存在等原因?qū)е略摯錞D-LTE信號(hào)覆蓋不好，但是目標(biāo)農(nóng)村由于規(guī)模小、人口少，潛在業(yè)務(wù)需求不高，為了改善TD-LTE信號(hào)覆蓋，單獨(dú)在該村新建宏站雖然可以解決問(wèn)題，但會(huì)導(dǎo)致投資效益比低下，同時(shí)國(guó)家推進(jìn)農(nóng)村信息化要求對(duì)農(nóng)村實(shí)現(xiàn)4G信號(hào)的覆蓋。綜合考慮以上兩點(diǎn)，本文探討了一種既可以減少投資又可以延伸農(nóng)村TD-LTE覆蓋的方案。具體為利用該村附近的TD-LTE宏站作為信源站，采用RRU拉遠(yuǎn)到該村的WLAN桿，同時(shí)拉運(yùn)RRU與信源RRU進(jìn)行小區(qū)合并的方案。該方案不需要增加載頻，僅需增加RRU設(shè)備及部分配套設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)農(nóng)村的TD-LTE覆蓋。

2.3 距離要求

基站覆蓋能力與鏈路預(yù)算直接相關(guān)，具體來(lái)說(shuō)與信號(hào)頻段、基站高度、發(fā)射功率、天線類型、業(yè)務(wù)類型及邊緣速率要求、傳播模型等因素均密切相關(guān)。地貌環(huán)境一般包括平原、丘陵和山區(qū)。根據(jù)某省的測(cè)試結(jié)果，對(duì)于未采用覆蓋增強(qiáng)技術(shù)的基站，其覆蓋能力如下。

平原定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如下。

（1）1.3 km以內(nèi)測(cè)試結(jié)果都很好，都能滿足室內(nèi)電平大于-113 dBm的水平，下行平均速率均超過(guò)4 Mbit/s，上行超1 Mbit/s。

（2）1.5 km、1.8 km、2 km時(shí)，院內(nèi)測(cè)試普遍較好，室內(nèi)除少數(shù)測(cè)試點(diǎn)外，測(cè)試結(jié)果普遍不好，室內(nèi)電平低于-113 dBm，容易掉話。

丘陵定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果，基站位置的地勢(shì)與目標(biāo)村莊地勢(shì)的相對(duì)高度將直接影響基站的覆蓋能力，測(cè)試結(jié)果總結(jié)如下。

（1）站址位置相對(duì)較高時(shí)，天線掛高明顯高于丘陵起伏度時(shí)，距離基站1.5 km甚至1.8 km以內(nèi)測(cè)試結(jié)果都很好，都能滿足室內(nèi)電平大于-113 dBm的水平，下行平均速率均超過(guò)10 Mbit/s，上行超1 Mbit/s。

（2）站址位置相對(duì)較低時(shí)，天線掛高明顯低于丘陵起伏度時(shí)，距離基站1 km以內(nèi)測(cè)試結(jié)果較好，可以滿足室內(nèi)電平大于-113 dBm的水平，下行平均速率超過(guò)10 Mbit/s，上行超1 Mbit/s。但距離基站1.5 km時(shí)，信號(hào)電平下降明顯，室內(nèi)電平低于-113 dBm，上下行速率較低，且易出現(xiàn)掉話。

（3）當(dāng)天線掛高與丘陵起伏度相當(dāng)時(shí)，距離基站1500m時(shí)平均RSRP-108 dBm，在開(kāi)闊農(nóng)村能夠達(dá)到基本的覆蓋要求。距離基站1 800 m時(shí)存在弱覆蓋風(fēng)險(xiǎn)。

考慮到農(nóng)村覆蓋目前一般會(huì)采用覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，根據(jù)不同技術(shù)對(duì)覆蓋能力的提升，估算總結(jié)如表1所示。

在RRU拉遠(yuǎn)方案的場(chǎng)景選取時(shí)，可以根據(jù)以上覆蓋距離選取位于覆蓋邊緣的農(nóng)村作為目標(biāo)區(qū)域并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行實(shí)際部署。

3 天線選取

前期已經(jīng)在農(nóng)村部署了大量WLAN桿，WLAN桿由于高度、承載能力等問(wèn)題無(wú)法承載高功率的大天線。本文針對(duì)已經(jīng)部署WLAN桿的農(nóng)村實(shí)現(xiàn)TD-LTE覆蓋所需要的天線進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明針對(duì)面積在10×104 m2左右的農(nóng)村，天線掛高約12 m時(shí)，天線增益7 dB即可滿足覆蓋需求。

表1 四種技術(shù)引入后小區(qū)覆蓋能力估算

按照RRU發(fā)射功率40 W、農(nóng)村墻體穿透損耗10 dB、人體損耗3 dB、邊緣信號(hào)電平值RSRP＝-104 dBm考慮。按照天線部署在農(nóng)村的不同點(diǎn)位，理論計(jì)算結(jié)果如下。

（1）針對(duì)500×200的行政村如表2所示。

（2）針對(duì)400×300的行政村如表3所示。

4 方案驗(yàn)證

以山東淄博某農(nóng)村為例，該村莊面積11×104 m2左右，周圍有3個(gè)基站進(jìn)行覆蓋，最近基站在1.5 km左右，但是由于周圍樹(shù)木阻攔，村內(nèi)4G信號(hào)覆蓋較弱，是4G長(zhǎng)期投訴站點(diǎn)。本次利用村莊內(nèi)已有的15 m WLAN桿，采用RRU拉遠(yuǎn)的方式覆蓋該村，并進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試。

圖2為開(kāi)通前后的RSRP測(cè)試對(duì)比，圖3為開(kāi)通前后下載速率測(cè)試對(duì)比。可以看出采用RRU拉遠(yuǎn)站開(kāi)通后整體覆蓋效果提升明顯，測(cè)試區(qū)域平均RSRP由-110 dBm提升到-93 dBm。同時(shí)下載速率由11 Mbit/s提升為27 Mbit/s，效果改善明顯。

5 結(jié)論

隨著國(guó)家農(nóng)村信息化工作的推動(dòng)，運(yùn)營(yíng)商在農(nóng)村的4G覆蓋中投入了大量資源，雖然實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村的大部分覆蓋，但仍存在延伸覆蓋的需求。本文探討了一種利用現(xiàn)有基站資源、無(wú)線配套資源結(jié)合RRU拉遠(yuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)農(nóng)村延伸覆蓋的方案，并給出了采用該方案的場(chǎng)景、距離和天線的建議。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，該方案可以兼顧投資少、覆蓋較好的特點(diǎn)，既能解決剩余農(nóng)村的覆蓋訴求又可以保證投資效益，適用于后期農(nóng)村TD-LTE覆蓋的提升，具有一定的推廣意義。

表2 天線選取要求

表3 天線選取要求

圖2 開(kāi)通前后RSRP測(cè)試

圖3 開(kāi)通前后速率測(cè)試

[1] 黃正彬，黃國(guó)鑫, 等．TD-LTE農(nóng)村區(qū)域F頻段三頻點(diǎn)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2016(4).

[2] 徐德平, 鄧安達(dá), 程日濤, 等．TD-LTE農(nóng)村基站覆蓋能力分析[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2014(10).

[3] 楊磊侯, 驍躍．TD-LTE農(nóng)村覆蓋的解決方案研究[J]．?dāng)?shù)字通信世界，2015(2).

Discussion on TD-LTE extended coverage technology in rural areas

WANG Kang, ZHAO Chang-sheng, YANG Jian
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

With the improving of TD-LTE network, the current breadth of coverage in rural areas has reached a relatively high level, especially the administrative villages have been realized more than 80% coverage. In time the FDD license issuance is not clear, how to enhance the current rural TD-LTE coverage, achieve rich villages and small villages' continuous coverage, improve the important area's depth of coverage and maximize the investment efficiency, is the focus of the current rural coverage.

TD-LTE; separated RRU; extension coverage; small village

TN929.5

A

1008-5599（2017）08-0067-04

2016-11-09