城区共站4G覆盖效果分析

2015-05-30许学卿韩冰心

中国新通信 2015年15期

许学卿韩冰心

【提要】共站升级是目前4G建设的首选方式，在城区环境下，升级现有基站后4G覆盖效果能否满足要求。本文利用链路预算估算和计算机仿真进行了分析，并提出了可能存在的问题和解决方法。

【关键词】 4G 城区覆盖链路预算仿真

目前，各运营商均正在積极部署4G网络。与2/3G网络相比，4G网络一般使用更大的带宽，更高的频段，一方面使得4G网络速度、频谱使用效率更高，另一方面信号传播损耗更大，可能会造成覆盖不足的问题。

在LTE技术中，多种关键技术用于提升覆盖，提高速率，包括：OFDM提升信号抗多径衰落的能力；MIMO在不增加传输带宽和发射功率的前提下有效提高信号发射和接受增益；干扰抑制合并通过最小化干扰功率来提升SINR，提升覆盖；ICIC通过降低小区边缘的干扰提高用户感受从而提升覆盖等。

在网络建设中，共站建设4G网络是最经济、高效的一种建设方式。在城区范围内，各运营商都有较丰富的站址资源，基站平均站间距已近至三五百米范围，从蜂窝结构来看，再大规模新增宏蜂窝基站几无可能；由于城市的发展和市民对于电磁辐射的担心，技术上可用又能被市民接受的站址资源越来越紧张，充分利用现有站址也是必然的选择。4G基站可以通过升级、替换或新增等方式建设；天馈系统可以改造、合路，也可以新增解决。

城区范围内建筑密集，无线传播环境复杂；楼面、美化、异形塔等多种天线附挂方式形成高低不同的多层覆盖效果；用户密集对覆盖的要求更高。以上多种因素使得城区成为无线信号覆盖的重点和难点。

以下选取具有代表性的平原城市城区，从估算和仿真两个角度对城区基站升级4G后的覆盖能力进行分析。示例区域面积52平方公里，每个基站平均覆盖面积0.3平方公里，平均覆盖半径为374米。

一、覆盖估算

覆盖估算的目的是从覆盖的角度计算所需基站的数目。最根本的计算是规划覆盖面积与单基站覆盖面积之比。

1.1 LTE覆盖能力的影响因素

1、发射功率增大，会使覆盖能力增强，但功率增大也会导致小区间干扰的迅速增加。功率不是越大越好，要看功率增加的同时信噪比是否相应的增加。实际设备的功率取值一定要在覆盖能力、频谱效率、设备成本等多方面综合权衡。2、LTE支持多种频段。高频段的传播损耗、穿透损耗比低频段要大10dB左右。所以使用高频段时，LTE的覆盖范围要缩小很多。3、多天线技术的选取对覆盖范围有比较大的影响。通常来说，天线的数目越多，覆盖范围也就越大，分集模式比复用模式覆盖范围大。4、LTE增加了64QAM高阶解调方式，高阶解调的解调门限也增加了，因此高阶解调方式的覆盖范围就会比其他方式相对缩小。降低业务速率要求、降低调制/解调等级、降低信噪比、降低QoS要求，可提高覆盖范围。5、对覆盖有影响的RRM算法主要是ICIC模块和DRA模块。小区间的干扰会导致接收机底噪的抬升，从而降低接收机灵敏度。因此ICIC技术能通过影响上下行接收机的灵敏度，从而影响覆盖范围。DRA决定了用户使用的子载波数目和调制编码方式，从而影响了覆盖范围。

6、CP配置影响克服多径延迟带来的干扰效果，限制了理论上最大的覆盖范围。网络规划时，应考虑基站的覆盖半径大小，选取相应的CP配置。相邻小区采用不同的CP配置能减少符号间干扰和载波间干扰。

1.2 链路预算

影响LTE链路预算结果的特殊因素包括：灵活配置的信道带宽、业务边缘速率需求、系统带宽资源配置、天线配置、ICIC算法对干扰余量的影响等。这些因素作为LTE链路预算工具的输入参数，在链路预算开始的时候必须确定下来。以下为一组LTE链路预算的例子。

链路预算仅是理论上的，不能在实际中保证网络容量和覆盖的可靠性。覆盖目标和要求也随着不同的网络要求而各有不同的假设，链路预算结果会因不同的输入参数有较大的变化。采用Cost 231-Hata的修正模型，可以估算出上下行小区覆盖半径分别为387米和568米。规划区域内现有基站覆盖半径为374米，由此可以得出简单结论：规划区域内基站叠加4G系统可以满足网络覆盖的要求。

二、覆盖仿真

为了进一步验证共站建设4G基站后的覆盖效果，可以利用计算机仿真方式进行更细致的分析。

2.1仿真参数

？天线选择。采用65度水平半功率角，18dBi增益天线。

？频率选择。采用E-UTRA Band 1 - 20MHz频段，上下行起至频率分别为1920MHz，2110MHz。

？基站选择。采用S（1，1，1）配置，43dBm每通道。MIMO 3模式，即开环空间复用模式，在该模式下，单用户的峰值速率将大大提高。

2.2仿真结果

？最佳服务小区仿真预测

最佳小区的分布是仿真结果中需要重点关注的指标。要求各小区覆盖区域清晰、均匀合理，基本没有越区覆盖。

由于规划仿真参数取自经多轮优化过的现网天馈参数，越区、过覆盖情况较少，因此大多数小区的覆盖边界都很清晰，主服务区域覆盖合理，但在基站较密集的区域，有部分基站越区覆盖，考虑到LTE网络对小区间互相干扰较为敏感，因此需要在建设、优化网络时，严格控制基站的天线高度及功率过高，防止越区覆盖的产生。

？公共参考信号覆盖场强仿真预测

在LTE网络中，无论是小区选择、重选还是切换，都需要以RS信号强度作为参考。城区RSRP电平一般要求大于等于-105dBm的区域不低于90%。

通过仿真统计，96.2%规划区域RSRP电平都满足要求的-105dBm，但在基站距离较远的区域出现了较差的覆盖，电平强度低于-110dBm，建议在网络建设或优化中重点关注。

？ RS-SINR指标仿真预测

RS-SINR即载波干扰噪声比：定义为终端接收的RS有用信号和干扰的比值，是判断信道质量的直接依据，该参数一般要求大于等于-5的区域不小于90%。

从统计看98.0%的区域RS-SINR指标大于等于-5。在建网初期网络规模较小，小区PCI分配相比宽松，网络负荷较轻；同时并得益于仿真参数取自经多轮优化过的现网天馈参数，越区、过覆盖情况较少，因此RS-SINR指标指标优于要求的90%的比例。

？ PDSCH-SINR指标仿真预测

LTE网络中的PDSCH信道即物理下行共享信道，用于承载来自传输信道DSCH的数据，是LTE网络中的下行业务信道，该信道SINR值将直接影响到业务的BER、BLER，最终影响到业务质量。不同网络负荷下PDSCH-SINR指标变化如图2。随着LTE网络承载流量翻倍变化，PDSCHSINR>=-6的指标仅降低了0.06%，说明在承载低速率业务上，随着流量的翻倍，LTE网络性能下降不明显，但在高速率业务要求的SINR>=6分布上，却下降了近12%，且集中在小区边缘。

三、覆盖总结

通过以上分析，现有城区基站布局基本能够满足LTE网络覆盖的要求，考虑到LTE网络对小区间干扰的敏感性，建议严格控制LTE基站重叠覆盖区域，以減少越区覆盖对网络性能的影响。LTE网络所能提供的容量远大于3G网络，能够大幅提升网络平均吞吐速率，但随着网络负载的提升，高速数据业务服务范围下降要远高于低承载速率业务的下降，且主要集中在小区边缘。因此对于密集城区，如果负载较高，可考虑开通ICIC功能，也可以在热点区域进行FDD/ TDD混合组网分担业务压力。