TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)策略研究

黑龍江同信通信股份有限公司 王鵬宇

TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)策略研究

黑龍江同信通信股份有限公司 王鵬宇

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匾獥l件。目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面覆蓋了我國(guó)大部分城市地區(qū)，而絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的TD-LTE覆蓋面積仍然很小，從而具有極大的需求量，因此農(nóng)村成為了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)通信的主要市場(chǎng)。TD-LTE是一種網(wǎng)絡(luò)4G通信技術(shù)，由中國(guó)移動(dòng)首先開(kāi)展和推廣，TD-LTE技術(shù)能為農(nóng)村4G手機(jī)用戶(hù)帶來(lái)極大的方便，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，提供高質(zhì)量的語(yǔ)音服務(wù)。鑒于農(nóng)村地區(qū)復(fù)雜的地形特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)頻段和天線(xiàn)的選擇尤為重要，以適應(yīng)復(fù)雜多變的應(yīng)用場(chǎng)景。

TD-LTE技術(shù)；農(nóng)村地區(qū)；通信覆蓋；策略研究

引言

TD-LTE技術(shù)作為目前最先進(jìn)的4G通信技術(shù)，已經(jīng)廣泛分布于我國(guó)發(fā)達(dá)城市地區(qū)，而TD-LTE在農(nóng)村地區(qū)的覆蓋率極低。眾所周知，我國(guó)是世界上最大的農(nóng)業(yè)國(guó)，農(nóng)村人口基數(shù)相當(dāng)龐大，再加上近幾年國(guó)家的改革與發(fā)展，使得我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)得到快速增長(zhǎng)，農(nóng)村成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、電子商務(wù)及工業(yè)制造的集中地，因此，為了滿(mǎn)足和提高我國(guó)農(nóng)村用戶(hù)對(duì)現(xiàn)代化通訊的需求，TD-LTE工程技術(shù)在農(nóng)村的建設(shè)勢(shì)在必行。

1.TD-LTE農(nóng)村建設(shè)需求

在我國(guó)，很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，農(nóng)村地區(qū)一直處于相對(duì)落后的狀態(tài)，特別是網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)。地廣人稀，環(huán)境多變復(fù)雜及經(jīng)濟(jì)落后導(dǎo)致農(nóng)村TD-LTE建設(shè)成本增加，且后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)也更難進(jìn)行，因此農(nóng)村TD-LTE技術(shù)一直未得到發(fā)展。

隨著我國(guó)社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和提高，智能手機(jī)，4G網(wǎng)絡(luò)等也在農(nóng)村地區(qū)不斷普及，同時(shí)不斷改變著今天農(nóng)村。其中農(nóng)村通信市場(chǎng)的份額也在快速增加，甚至占據(jù)了城市通信市場(chǎng)份額的50%及以上，得益于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在農(nóng)村交通越來(lái)越發(fā)達(dá)和便捷的今天，很多大型企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向農(nóng)村，以及日益盛行的淘寶行業(yè) 也使得農(nóng)村成為電子商務(wù)的集中地，因此，在農(nóng)業(yè)，工業(yè)，電商產(chǎn)業(yè)集中發(fā)展的農(nóng)村地區(qū)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)通信變得越來(lái)越不可或缺。

2.TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)策略

TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)主要包括頻段選擇和天線(xiàn)選擇兩大部分，下文將提供組網(wǎng)策略的具體研究?jī)?nèi)容。

2.1 頻段選擇策略

TD-LTE通信頻段主要包括F頻段和D頻段兩種類(lèi)型，針對(duì)農(nóng)村TD-LTE通信技術(shù)建設(shè)的特點(diǎn)及需求可知，要建立農(nóng)村通信基站必須要克服距離遠(yuǎn)，面積小等困難，同時(shí)還需要保證信號(hào)的強(qiáng)度不能太低，若采用F頻段信號(hào)，其頻率應(yīng)該被控制在1880MHZ-1900MHZ之間，若為D頻段信號(hào)，其頻率控制為2575MHZ-2675MHZ之間。其中F頻段的信號(hào)理論上要優(yōu)先于D頻段信號(hào)，在TDD頻譜中F頻段處于最低位置，因此，在農(nóng)村通信基站的建立中，首先采用F頻段，然后才是D頻段。在對(duì)農(nóng)村通信基站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)研和分析之后得出了以下結(jié)論：在同等傳輸距離的情況下，F(xiàn)頻段的掉話(huà)距離一般要比D頻段長(zhǎng)250m，同時(shí)其SINR要比D頻段高3dB，另外F頻段的RSRP比D頻段還要高4dB。綜上所述，F(xiàn)頻段在農(nóng)村通信基站的建立中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以適應(yīng)基站距離遠(yuǎn)，覆蓋面積廣，信號(hào)控制難等實(shí)際問(wèn)題。

2.2 天線(xiàn)選擇策略

TD-LTE在農(nóng)村的組網(wǎng)策略還有一大難題就是天線(xiàn)的選擇，為了盡可能提高信號(hào)傳輸?shù)膹?qiáng)度，天線(xiàn)的選擇十分關(guān)鍵。農(nóng)村組網(wǎng)過(guò)程中應(yīng)該選擇配置先進(jìn)，功能靈活，質(zhì)量上乘的天線(xiàn)來(lái)收發(fā)信號(hào)，其中F獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)是目前使用最多也最適用的TD-LTE通訊天線(xiàn)。F獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)可集中處理所收集到的天線(xiàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部分析后通過(guò)遠(yuǎn)程管理獨(dú)立地調(diào)整天線(xiàn)的傾角，以便于滿(mǎn)足各個(gè)方位的信號(hào)收發(fā)，實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，可以看出，F(xiàn)獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)具有較強(qiáng)的內(nèi)部安裝部署，遠(yuǎn)程調(diào)控，網(wǎng)絡(luò)連接功能。

陣子復(fù)用技術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的天線(xiàn)調(diào)控技術(shù)，其被很好地應(yīng)用于F獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)中。陣子復(fù)用顧名思義可以減少天線(xiàn)的陣子數(shù)量，意味著F獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)具有更輕的重量及更小的尺寸。另外，在天線(xiàn)的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，可以通過(guò)遠(yuǎn)程電調(diào)功能將天線(xiàn)的實(shí)時(shí)信息反饋到網(wǎng)關(guān)平臺(tái)，并通過(guò)可視化平臺(tái)調(diào)節(jié)天線(xiàn)傾角，這樣一來(lái)，極大地簡(jiǎn)化了農(nóng)村TD-LTE通信在后期運(yùn)營(yíng)管理和維修上的困難。

除此之外，F(xiàn)頻段高增益天線(xiàn)也常被應(yīng)用于話(huà)務(wù)量較小，通信需求量不大的偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，從而在能保證信號(hào)覆蓋面積的情況下降低農(nóng)村通信基站的建設(shè)成本，相比于F獨(dú)立電調(diào)天線(xiàn)更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.基站測(cè)試

在建立好農(nóng)村通信基站后，為了實(shí)時(shí)地掌握通信基站的信號(hào)覆蓋情況，我們需要對(duì)其進(jìn)行必要的基站測(cè)試，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)基站進(jìn)行分析。為了得到更加準(zhǔn)確可靠的測(cè)試信息，我們選擇了地理?xiàng)l件相對(duì)比較優(yōu)越的平原地區(qū)作為測(cè)試站點(diǎn)。

3.1 測(cè)試終端

為了全面跟蹤測(cè)試基站的信號(hào)軌跡，利用華為E5375Mif i作為測(cè)試終端，它支持TD-LTE等信號(hào)模式，是一款常用的測(cè)試終端，屬于LTECAT4終端，支持2*2MIMO，TDD的下載速率最大可達(dá)到112Mbit/s，其上傳速率最大可達(dá)到10Mbit/s，運(yùn)用起來(lái)十分方便快捷。

3.2 測(cè)試軟件

測(cè)試軟件采用Pilot Pioneer 9.3.0，該軟件是鼎力通訊公司開(kāi)發(fā)運(yùn)用的，是一款集成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步測(cè)試的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件，同時(shí)也是目前最新的軟件版本，以PC和Window7/XP為基礎(chǔ)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化評(píng)估，并在長(zhǎng)期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)以研究出最先進(jìn)的成果。因此，該系統(tǒng)能夠很好地運(yùn)用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。

3.3 測(cè)試方法

3.3.1 單站覆蓋測(cè)試

在農(nóng)村單站覆蓋測(cè)試開(kāi)始之前，需要選定好備選小區(qū)，以便進(jìn)行拉遠(yuǎn)測(cè)試，拉遠(yuǎn)測(cè)試要求所選小區(qū)主瓣方向具有做夠的拉遠(yuǎn)距離，且需要遠(yuǎn)離其他干擾基站，以免造成不必要的測(cè)試誤差。在選定好測(cè)試基站之后，還需要對(duì)基站進(jìn)行實(shí)地勘察，確定掛高，方向角及設(shè)備功率等。然后在鎖小區(qū)的方式下開(kāi)始拉遠(yuǎn)測(cè)試，測(cè)試并記錄對(duì)該測(cè)試站點(diǎn)造成干擾的小區(qū)，還要在關(guān)閉干擾小區(qū)的情況下再進(jìn)行重復(fù)測(cè)試，按照測(cè)試順序記錄數(shù)據(jù)即可。

3.3.2 成片基站測(cè)試

與單站覆蓋測(cè)試相同，在開(kāi)始測(cè)試之前需要選好備用測(cè)試片區(qū)，片區(qū)的選擇應(yīng)盡量使掛高站具有代表性。在測(cè)試開(kāi)始之前，同樣需要進(jìn)行實(shí)地勘察，確定好基站掛高，方向角及設(shè)備功率等，并在后臺(tái)將所有基站功率進(jìn)行統(tǒng)一。首先進(jìn)行FTP下載測(cè)試，涉及面包括所選片區(qū)內(nèi)所有的村莊主干道路，然后再選取其中一到兩個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行CTQ測(cè)試，主要測(cè)試內(nèi)容為室內(nèi)的信號(hào)覆蓋情況。

4.農(nóng)村單站拉遠(yuǎn)測(cè)試概況

在經(jīng)過(guò)一系列農(nóng)村單站拉遠(yuǎn)測(cè)試之后，分別在典型基站的拉遠(yuǎn)距離，參考信號(hào)功率以及下傾角對(duì)覆蓋距離等三個(gè)方面得出了相關(guān)結(jié)論。具體結(jié)論及分析如下：

4.1 典型基站的拉遠(yuǎn)距離

表1 農(nóng)村單站拉遠(yuǎn)測(cè)試的各種拉遠(yuǎn)距離

農(nóng)村單站拉遠(yuǎn)測(cè)試主要是為了確定農(nóng)村單獨(dú)的基站在典型掛高和功率不變的情況下，其覆蓋距離的最大范圍。在測(cè)試過(guò)程中，需要涉及到4個(gè)拉遠(yuǎn)距離的測(cè)試，即RSRP達(dá)到-109dBm時(shí)的覆蓋距離，下載速率達(dá)到1Mbit/s的覆蓋距離，下載速率達(dá)到4Mbit/s的覆蓋距離以及能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)接收的覆蓋距離等。

如表1所示為農(nóng)村單站拉測(cè)試對(duì)其中5個(gè)站的測(cè)試情況，由表中數(shù)據(jù)可以看出，在典型掛高即40-50m的情況下，TD-LTE單站在不同下傾角時(shí)的覆蓋情況不同。另外，有必要說(shuō)明的是，對(duì)農(nóng)村單站覆蓋距離造成影響的因素有很多，主要包括基站道路的遮擋情況，即是否有樹(shù)枝遮擋等，道路是否彎折，是否偏離主覆蓋的方向，以及基站周?chē)鷺欠康姆植记闆r等都將影響到農(nóng)村單站覆蓋的距離。

4.2 參考信號(hào)功率對(duì)覆蓋距離的影響

表2 典型基站在不同參考功率下的覆蓋距離

如表2所示為農(nóng)村典型基站在不同參考功率下的覆蓋距離，從表中可以看出，在典型掛高不變的情況下，參考信號(hào)功率降低3dB時(shí)，其RSRP>-109的覆蓋距離將縮減到原來(lái)的90%左右，而數(shù)據(jù)接入的距離將縮減到80%左右。因此，通過(guò)比較可以確定，數(shù)據(jù)接入的優(yōu)化將更大地提升信號(hào)的覆蓋距離。

4.3 天線(xiàn)下傾角調(diào)整對(duì)覆蓋距離的影響

表3 典型基站在不同天線(xiàn)下傾角時(shí)的覆蓋距離

如表3所示為典型基站在不同天線(xiàn)下傾角時(shí)的覆蓋距離測(cè)試結(jié)果，由表中結(jié)果可以看出，當(dāng)下傾角從3度到9度逐漸增大時(shí)，大量典型基站的數(shù)據(jù)接入的覆蓋范圍將不斷縮短。

改變天線(xiàn)傾角可以改變無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)覆蓋范圍，因此當(dāng)天線(xiàn)下傾角較大時(shí)，在有效覆蓋的范圍內(nèi)調(diào)整其下傾角能起到增強(qiáng)信號(hào)的作用。另外，如果天線(xiàn)下傾角已經(jīng)達(dá)到6度及以上，則再增加下傾角，信號(hào)覆蓋的強(qiáng)度也沒(méi)有很大的提升。

5.農(nóng)村成片基站的測(cè)試情況

在成片的農(nóng)村地區(qū)TD-LTE基站已經(jīng)形成了連續(xù)覆蓋，本次測(cè)試中選擇了4個(gè)片區(qū)進(jìn)行測(cè)試，首先保證典型掛高不變，對(duì)不同的站間距成片基站進(jìn)行逐一測(cè)試，記錄其數(shù)據(jù)結(jié)論如下。

表4 農(nóng)村TD-LTE成片測(cè)試數(shù)據(jù)

如表4所示為農(nóng)村TD-LTE成片測(cè)試數(shù)據(jù)總結(jié)，由表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，當(dāng)農(nóng)村基站的站間距大約在2Km左右時(shí)，其RSRP的平均值能夠達(dá)到-91dBm，下載速率達(dá)到33Mbit/s左右，當(dāng)把農(nóng)村基站間距提高到3km時(shí)，其RSRP將進(jìn)一步下降為-102dBm，且其下載速率下降為25Mbit/s，且在終端使用時(shí)容易出現(xiàn)掉線(xiàn)的情況。

6.農(nóng)村基站的規(guī)劃和建議

針對(duì)以上關(guān)于農(nóng)村基站的建設(shè)分析，提出以下幾點(diǎn)建議：第一，農(nóng)村基站的站間距最好在1.4-2km之間，因?yàn)楫?dāng)站間距大于3km時(shí)，其信號(hào)覆蓋強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)將開(kāi)始下降；第二，在最佳站間距情況下，最適宜的掛高通常在30-50m之間；第三，當(dāng)覆蓋面積大于0.5km^2時(shí)，信號(hào)基站距離村莊應(yīng)該小于500m，且其覆蓋方向必須為天線(xiàn)的主瓣方向，當(dāng)覆蓋面積超過(guò)0.7km^2時(shí)，建議將基站建設(shè)在村莊內(nèi)部；第四，農(nóng)村基站的功率應(yīng)該越大越好，以增加信號(hào)的覆蓋強(qiáng)度。

7.結(jié)語(yǔ)

TD-LTE在農(nóng)村的通信組網(wǎng)覆蓋是目前國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心內(nèi)容，但由于農(nóng)村地區(qū)地形復(fù)雜，環(huán)境多變，信號(hào)覆蓋范圍廣等不利因素，造成農(nóng)村通信基站的建立成本及后期運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的成本較高。然而在農(nóng)村通信需求量日益增加的今天，通過(guò)對(duì)農(nóng)村特殊地理環(huán)境的考察分析，選擇出合適的信號(hào)頻段及更加先進(jìn)的天線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)村信號(hào)基站的建立。

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