TD-LTE專網(wǎng)海面覆蓋鏈路預(yù)算應(yīng)用研究

張松軼 付楠楠

摘要：針對目前TD-LTE專網(wǎng)覆蓋的高成本和海面通信業(yè)務(wù)的迫切需求，提出TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)在海面的鏈路預(yù)算方法，從適用場景、分段準(zhǔn)則和傳輸損耗3方面分析了采用的海面無線傳播信道模型。通過對比海面鏈路預(yù)算模型理論分析與實際海面信號覆蓋測試結(jié)果，證明了海面鏈路預(yù)算工程應(yīng)用的有效性，在保證用戶覆蓋的情況下，為TD-LTE專網(wǎng)實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的工程應(yīng)用提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：TD-LTE專網(wǎng)；海面?zhèn)鞑ィ绘溌奉A(yù)算

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2019）08-68-4

0引言

伴隨著專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)寬窄融合技術(shù)的發(fā)展，TD-LTE技術(shù)在專網(wǎng)行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)如火如荼。面對專網(wǎng)通信系統(tǒng)實際部署過程耗費的高人力、高物力和高財力問題，鏈路預(yù)算成為專網(wǎng)系統(tǒng)部署規(guī)劃中不可或缺的一環(huán)[1]。因此，TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)的鏈路預(yù)算問題成為當(dāng)前專網(wǎng)通信規(guī)劃中的重中之重[2]。

TD-LTE專網(wǎng)應(yīng)用場景廣泛，相應(yīng)的無線信道條件復(fù)雜多變。目前，針對TD-LTE陸地?zé)o線傳播環(huán)境的預(yù)測模型已較完善，但對于海面無線傳播環(huán)境的信道預(yù)測模型仍然不多[3]。文獻(xiàn)[4-5]認(rèn)為海面環(huán)境中無線通信基本為信號的自由傳播，但根據(jù)海面環(huán)境中無線電波的實際測試結(jié)果分析，自由空間傳播模型并不能很好地預(yù)測海面覆蓋；而Okumura-Hata模型作為陸地信道模型，對其進(jìn)行加權(quán)因子的系數(shù)修正也不能滿足海面電波信號的實際傳輸[6]，因此需要考慮用更合適的模型來模擬海面無線電波的傳播，并加以驗證和修正。

針對TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)在海面無線傳播環(huán)境中的鏈路預(yù)算，分析了TD-LTE技術(shù)特征對覆蓋的影響，提出了TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)的鏈路預(yù)算方法，并給出鏈路預(yù)算中解調(diào)門限及接收機(jī)靈敏度等關(guān)鍵參數(shù)的獲取方法。通過海面覆蓋鏈路預(yù)算仿真分析與實際海面覆蓋測試結(jié)果對比，證明所提海面鏈路預(yù)算模型在工程使用中的可用性和有效性，對TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)海上部署網(wǎng)絡(luò)選址和詳細(xì)規(guī)劃具有指導(dǎo)意義。

1 TD-LTE專網(wǎng)鏈路預(yù)算

鏈路預(yù)算是通過對上、下行信號傳播途徑中各種影響因素的考察和分析，估算覆蓋能力，得到保證一定信號質(zhì)量下，鏈路所允許的最大傳播損耗，并根據(jù)合適的傳播模型得到小區(qū)的覆蓋范圍[7]。

具體的流程為：

①確定邊緣用戶的速率需求，根據(jù)客戶需求來完成輸入；

②確定TB size，根據(jù)上下行子幀配比和特殊子幀配比完成用戶TB size的確定；

③根據(jù)所確定的TB size和不同MCS，PRB下的SINR解調(diào)門限表確定當(dāng)前用戶速率需求所需要的PRB，MCS，SINR解調(diào)門限值，并確定接收機(jī)靈敏度；

④確定當(dāng)前所采用的信道模型；

⑤根據(jù)當(dāng)前的信道環(huán)境和部署條件確定鏈路中的所有損耗、增益和余量；

⑥根據(jù)式（1）、步驟③和步驟⑤確定最大允許路徑損耗；

⑦根據(jù)步驟④和步驟⑥確定小區(qū)的覆蓋范圍。

其中，TD-LTE專網(wǎng)鏈路預(yù)算中，在一定的誤碼率BLER前提下（通常業(yè)務(wù)信道目標(biāo)誤碼率為10%，控制信道目標(biāo)誤碼率為1%），只有接收機(jī)的信噪比大于等于某數(shù)值，即達(dá)到SINR解調(diào)門限時，接收機(jī)才能正確地解調(diào)接收到的信號[8]。

SINR解調(diào)門限由TD-LTE專網(wǎng)鏈路級仿真獲得。根據(jù)仿真分析，SINR解調(diào)門限隨著用戶占用RB數(shù)的增加而降低，如圖2所示。SINR解調(diào)門限隨著用戶數(shù)據(jù)傳輸所需要的MCS提高而增加，如圖3所示。上述仿真結(jié)果均以15 MHz專網(wǎng)系統(tǒng)帶寬下行數(shù)據(jù)信道為例，故用戶占用RB數(shù)越多，采用的MCS越低，所需要的解調(diào)SINR越低，靈敏度越好，進(jìn)而最大允許路徑損耗越大，可覆蓋距離越遠(yuǎn)。

2海面預(yù)測模型分析

2.1適用場景分析

海面預(yù)測模型適用于傳播無遮擋海面場景，載波頻率范圍為300～3 000 MHz。無線通信電波信號在海面?zhèn)鞑r，在可視距離內(nèi)，傳播路徑主要是直射波和海面反射波，在可視距離外的地球陰影區(qū)域，需要考慮地球曲面效應(yīng)造成的繞射損耗，故海面預(yù)測模型需要進(jìn)行分段分析。

模型適用假設(shè)為：①基站高度相對海面較高；②基站和終端之間無其他障礙物；③主要以天線主瓣方向計算天線輻射。若實際場景與上述條件不相符，則需考慮部署場景的實際路徑損耗情況進(jìn)行模型修正。為了指導(dǎo)實際工程應(yīng)用，對于具體海洋氣象條件因素影響分析進(jìn)行簡化，主要針對TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)采用頻段、基站和終端高度、采用天線增益和業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析。

2.2分段準(zhǔn)則分析

該模型按照信號傳輸距離的遠(yuǎn)近分為A，B，C三段，如圖4所示。

傳輸路徑的損耗決定了接收機(jī)端所接收信號的平均水平，進(jìn)而影響到無線通信系統(tǒng)的覆蓋范圍，能否比較準(zhǔn)確地估算出傳輸路徑損耗則依賴于信道模型的建立是否合理。通過對海面信道的預(yù)測分析，可以得到較為簡便合理的TD-LTE專網(wǎng)海面?zhèn)鬏斝诺滥Ｐ?，為TD-LTE專網(wǎng)海面鏈路預(yù)算的結(jié)果提供了保障。

3結(jié)果及分析

3.1鏈路預(yù)算結(jié)果計算

以業(yè)務(wù)信道為例，給出了TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)的海面鏈路預(yù)算驗證實例。

計算以專網(wǎng)系統(tǒng)載波頻率為500 MHz，帶寬為20 MHz，基站天線高度為50 m，UE天線高度3 m。基站配置2根天線，上下行時隙配置為UL：DL=2：2，可支持的最大覆蓋半徑為100.16 km，上下行業(yè)務(wù)信道鏈路預(yù)算情況如表2所示。

3.2鏈路預(yù)算分析

根據(jù)上述鏈路預(yù)算方法，對TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)在海面?zhèn)鬏數(shù)纳舷滦墟溌奉A(yù)算結(jié)果進(jìn)行分析。從表2中可看出，隨著上下行業(yè)務(wù)信道的邊緣覆蓋速率目標(biāo)增加，TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)覆蓋半徑越小，且上行業(yè)務(wù)信道的覆蓋范圍隨速率變化明顯。主要原因是：速率目標(biāo)越高，MCS等級越高，用戶占用的RB數(shù)越多，同時所需要的解調(diào)SINR門限越高，導(dǎo)致接收機(jī)的靈敏度降低。

基于當(dāng)前參數(shù)設(shè)置進(jìn)行島嶼測試外場實際測試，通過測試結(jié)果對比如圖5所示，證明經(jīng)過實地測試修正的鏈路預(yù)算模型基本上可以滿足實際工程鏈路預(yù)算分析要求。

在預(yù)算分析及實際測試中，TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)上行覆蓋受限特點表現(xiàn)比較明顯，相同速率時下行覆蓋距離高于上行。因此在TD-LTE專網(wǎng)通信鏈路改善時應(yīng)優(yōu)先考慮改善上行鏈路，根據(jù)實際需求調(diào)整行業(yè)應(yīng)用終端的發(fā)射機(jī)功率，提升上行鏈路路徑損耗余量，以增加基站覆蓋范圍。

4結(jié)束語

面對基站建設(shè)的高投入和耗時長的問題，隨著TD-LTE行業(yè)專網(wǎng)的快速發(fā)展，專網(wǎng)系統(tǒng)鏈路預(yù)算已經(jīng)成為行業(yè)專網(wǎng)建設(shè)的重要工作之一。通過分析TD-LTE專網(wǎng)通信鏈路預(yù)算流程和海面無線傳播信道模型，提出了TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)在海面的鏈路預(yù)算分析方法，給出TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)上下行業(yè)務(wù)信道的覆蓋范圍和分析結(jié)果，通過對比理論計算與外場測試實際結(jié)果，證明所提的海面鏈路預(yù)算模型基本可以滿足實際工程需求，為TD-LTE專網(wǎng)系統(tǒng)海洋環(huán)境部署場景下的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提供重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計院.網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計手冊[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]宋瑋，凌璁.TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性及鏈路預(yù)算研究[J].通訊世界，2014（18）：20-21.

[3]苑海靚，彭麗葉.淺談移動通信無線傳播[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2010（7）：58-58.

[4]魏玲，楊匯軍.移動通信中電波傳播損耗的預(yù)測模型[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報，2003，23（2）：27-28.

[5]何群，黃云鵬.關(guān)于海面無線傳播模型的探討[J].郵電設(shè)計技術(shù)，2004（2）：36-39.

[6]王祖良，樊文生，鄭林華.海面電波傳播損耗模型研究與仿真[J].電波科學(xué)學(xué)報，2008，23（6）：1095-1099.

[7]韓斌，彭木根.TD-LTE鏈路預(yù)算研究[J].數(shù)據(jù)通信，2011（1）： 39-42.

[8]常靜，柏楊.LTE鏈路預(yù)算中邊緣速率的確定和仿真[J].智能建筑與城市信息，2012（12）：86-91.

[9] Stefania S，Issam T，Matthew B.LTE/LTE-Advanced-UMTS長期演進(jìn)理論與實踐[M].北京：人民郵電出版社，2012.