TD-LTE在平原农村覆盖能力的研究

高明皓，陈新，郭建光，王天石（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）



TD-LTE在平原农村覆盖能力的研究

高明皓，陈新，郭建光，王天石
（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）

移动通信已进入4G时代，TD-LTE作为中国移动的主要4G覆盖制式，在经过二期的建设以后，已经基本覆盖了城市和县城，农村的TD-LTE覆盖正在展开。本文通过对农村单站和成片基站的测试，初步总结了一些TD-LTE在平原农村覆盖的经验，为移动以后在农村铺开建设提供很好的建议。

TD-LTE；农村覆盖；覆盖测试

1 背景介绍

TD-LTE作为我国主导的新一代移动通信国际技术标准，在政府主管部门的指导下，中国移动高度重视并全力以赴推动TD-LTE发展。随着TD-LTE一期及二期建设的完成，多数城市和县城的室外已经基本实现连续覆盖。农村建设正在迅速铺开，广大农村的传播模型与城市有很大不同，在TD-LTE覆盖上有很多区别，但有关农村覆盖情况和优化都缺少足够的测试数据支撑，因此需要开展农村区域的测试以摸索农村覆盖的基本情况、各种覆盖方案的性能成了摆在我们面前的一个亟待解决的问题。

2 TD-LTE覆盖的测试

为了更好更直接地掌握TD-LTE在农村覆盖情况，我们决定进行一些相应的覆盖测试，从而得到些TDLTE覆盖的第一手资料。由于山区和丘陵农村受地形影响太大，难以得出可行性的结论，本次测试主要以平原农村为主。

2.1 测试终端

根据对客户终端种类的分析，同时为了更好记录TD-LTE覆盖测试轨迹，我们决定采用华为E5375 MiFi作为测试终端。华为E5375 MiFi是常用的一款测试终端，支持TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、UTMS、GSM。 属 于LTE CAT4的 终 端， 支 持2×2 MIMO，TDD最大下载速率的112 Mbit/s，最大上传速率的10 Mbit/s。

2.2 测试软件

测试软件采用鼎利通信公司的Pilot Pioneer 9.3.0，它是集成了多个网络进行同步测试的新一代无线网络测试及分析软件，结合长期无线网络优化的经验和最新的研究成果，基于PC和Windows 7/XP的网络优化评估，具备完善的TD-LTE网络测试以及Scanner测试功能。

2.3 测试方法

平原农村测试（平原部分）主要以指导农村的4G网络规划建设为目的，4G网络的规划建设涉及较为重要的规划参数为倾角、挂高、站间距。本次测试分为单站覆盖测试和成片农村测试两部分。

农村单站覆盖测试：采用闭干扰站和锁小区的方式，测试农村孤站的覆盖情况，主要是测试各种指标情况下单站覆盖情况和各种优化手段对覆盖的影响。

成片农村区域覆盖测试：在不同站间距和典型挂高的情况下，测试农村成片区域的覆盖情况。

2.3.1 单站覆盖测试

农村单站覆盖拉远测试需要事先选好备选小区，尽量选择测试小区主瓣方向有足够的拉远距离，且有尽量少的其它站的干扰。确定好备选小区后，需要进行现场勘查，确定基站挂高、方向角以及功率等信息。

开始进行锁小区拉远测试，并记录对该站形成干扰的小区。与后台人员联系，关闭掉干扰小区，然后进行正式测试，测试顺序如下。

（1） 正常测试：即未对现有站点做任何改变的情况进行拉远测试，下载测试2～3次，上传2～3次。

（2） 增加或下降3 dB发射功率的覆盖测试：对测试基站的参考信号增加或下降3 dB调整后进行测试，上传2次，下载2次。

（3） 下倾角调整为3°覆盖测试：将测试基站的总下倾角（机械下倾角+内置下倾角）调整为3°后进行覆盖测试，上传2次，下载2次。

（4） 下倾角调整为6°覆盖测试：将测试基站的总下倾角（机械下倾角+内置下倾角）调整为6°后进行覆盖测试，上传2次，下载2次。

（5） 下倾角调整为9°覆盖测试：将测试基站的总下倾角（机械下倾角+内置下倾角）调整为9°后进行覆盖测试，上传2次，下载2次。

（6） CQT测试：分别在室外电平值为（-85～95 dBm），（-95～105 dBm），（-105～115 dBm）的时候进行测试，室内下载测试1次，室外下载测试1次。

测试单站选择：单站小区的主瓣方向尽量指向宽阔道路，以便车辆能畅通并随时掉头，且该站的站高、功率配置具有典型性，具有一定代表性。

2.3.2 成片基站测试

农村成片覆盖测试需要事先选好备选片区，尽量选择挂高站距具有代表性的片区；确定好备选片区后，需要进行现场勘查，确定基站挂高、方向角以及功率等信息；与后台人员联系，统一所有基站的功率。

开始进行FTP下载测试，遍历片区内的每个村庄的主干道路。在遍历片区内的每个村庄选1～2个点进行CQT测试，测试室内覆盖情况。

3 农村单站拉远测试情况

经过几周的农村单站测试，我们初步掌握了农村单站覆盖的一些基本特点，分别通过典型基站的拉远距离和参考信号功率、下倾角对覆盖距离几方面来进行阐述。

3.1 典型基站的拉远距离

农村单站拉远测试的一个主要目的就是要测试出农村在单独基站在典型挂高和功率设置的条件下，覆盖距离能够达到多少米是我们必须要回答的问题，也是困扰我们以后规划的问题。根据集团农村覆盖规划标准，通常采用RSRP＞-109和吞吐量为1 Mbit/s两个条件作为衡量单站覆盖拉远距离门限，本次测试我们又站在用户体验和网优优化的角度，增加下载速率达到4 Mbit/s和数据接入（即可以做下载和上传业务）的距离。

即在我们的测试过程中，会涉及到4个拉远距离。（1）RSRP达到-109 dBm的覆盖距离。（2）下载速率达到1 Mbit/s的覆盖距离。（3）下载速率达到4 Mbit/s的覆盖距离。（4）能够进行数据接入的覆盖距离。我们对单站拉远测试的7个站的测试情况如表1所示。由表格我们可以得出结论，在河北平原农村的典型挂高情况下（40～50 m），TD-LTE单站的在不同下倾角覆盖距离如下。

表1　农村单站拉远测试的各种拉远距离

在总下倾角3°的情况下，RSRP≥-109的距离约平均为2.5～3 km，数据下载能达到4 Mbit/ s的距离约为2.8～4.2 km，数据下载能达到1 Mbit/s的距离约为3～4.5 km，能够进行数据下载的距离为3.3～5 km。

在总下倾角6°的情况下，RSRP≥-109的距离约平均为2～3 km，数据下载能达到4 Mbit/s的距离约为2.5～4 km，数据下载能达到1 Mbit/s的距离约为2.7～4.2 km，能够进行数据下载的距离为3～5 km。

在总下倾角9°的情况下，RSRP≥-109的距离约平均为1.8～2.7 km，数据下载能达到4 Mbit/s的距离约为1.8～3.5 km，数据下载能达到1 Mbit/s的距离约为2～3.5 km，能够进行数据下载的距离为2～4 km。

需要指出的是影响农村单站覆盖距离的有很多，其主要因素如下。

（1）基站覆盖道路是否有遮挡，其中包括树木高度和分布密度、树叶密度。

（2）道路弯折程度，是否偏离主覆盖方向。

（3）两侧农村楼宇分布情况等。所以各站情况有一些不同。

3.2 参考信号功率对覆盖影响

熟悉网络优化的同事可能有所了解，基站设备参考信号功率的调整对网络覆盖有着很大的影响，那么，具体的影响有多大呢？

根据表2单站拉远测试数据可知，在原站址工参不变的情况下，当参考信号功率降低3 dB时，RSRP＞-109的覆盖距离相对原来缩减到90%左右，而数据接入的距离能够缩短到80%左右。

因此，如通过增加提升3 dB功率增加基站有效覆盖距离，效果有限。但是对数据接入的距离有20%左右的提升。

3.3 天线下倾角调整对覆盖影响

调整天线下倾角是无线网络常用的方法和手段，那么，天线的下倾角调整3°会对网络覆盖有什么样的影响，我们测试时通过对同一个站址调节机械下倾角（分别设置为0°、3°和6°）；以期找到下倾角对覆盖的影响。

表2　典型基站在不同参考信号功率下的覆盖距离

表3　典型基站在不同天线下倾角时的覆盖距离

从表3数据可以看出，下倾角在3°到6°到9°的变化中，大多数基站的数据接入的覆盖范围会有60%～70%的缩短。

图1为3个站的下倾角与RSRP之间的关系图，绿色图形代表9°下倾角时的覆盖情况，红色图形为6°，蓝色为3°。从图1我们可以看出以下倾角9°、 RSRP=-109的拉远距离作为参照位置，调整天线下倾角，可以发现以下规律：当下倾角9°调整为6°时，3个站点参照位置的RSRP有10 dB左右的提升。而当倾角6°调整为3°时，3个站点参照位置的RSRP变化不明显。那么，在有效覆盖区域内，如果原有天线下倾角较大，可适度调整下倾角增加覆盖区域内的场强，但如果原有天线下倾角已经为6°及以上角度时，再抬升天线角度对覆盖影响不大。

4 农村成片基站的测试情况

4.1 农村成片基站测试数据说明

现今，农村覆盖业已铺开，有些片区农村TD-LTE已形成连续覆盖，我们精心选出代表现今农村典型挂高、不同站间距的4个片区，对他们进行逐片区测试，测试一下在不同的站间距情况下覆盖情况。以下为4个片区的基本情况。

（1）1片区内共包含站数6个，平均挂高41 m，站间距1.347 km。

（2）2片区内共包含站数6个，平均挂高43 m，站间距1.782 km。

（3）3片区内共包含站数6个，平均挂高43.5 m，站间距2.437 km。

（4）4片区内共包含站数6个，平均挂高38.5 m，站间距3.089 km。

图2～5是4个片区的测试的RSRP图。

测试数据总结如表4所示。

图1　3个基站的下倾角从3°到6°到9°的变化曲线

图2　1片区的RSRP测试情况

图3　2片区的RSRP测试情况

图4　3片区的RSRP测试情况

图5　4片区的RSRP测试情况

另外，从测试中我们可以发现：

4.1.1 1片区

整个片区覆盖区域情况较好，弱覆盖率为3.06%，且主要集中在一个区域，可以通过网络优化来解决。

SINR＜0的区域占7.29%且整体SINR不如2片区。除部分SINR区域也为弱覆盖区外，有两个区域是由于基站距离太近（小于1.4 km）且主瓣方面又重叠所致，因此在站间距偏近的时候，网络优化还是能起到很好的提升作用。

表4　农村TD-LTE成片测试数据总结

平均下载速率方面，小于4 Mbit/s的占比占5.3%，基本与SINR弱的区域重合。

4.1.2 2片区

片区的弱覆盖率和SINR弱覆盖指标以及平均下载速率都较好，基本达到覆盖效果。

4.1.3 3片区

该片区的弱覆盖占比5.2%、SINR＜0区域为9.36%。较前两个片区有所提高，主要原因是站间距较大，且有些站下倾角设置不合理，致使有些区域缺少主强小区。

4.1.4 4片区

整个片区弱覆盖区域占比较大，达到20.38%，其中个别站点由于挂高太低，故造成周边村庄的弱覆盖较为明显；另外有两个站点由于距离周围站点较远，故弱覆盖较严重。

SINR较差区域占比也较大，SINR＜0的区域占13.7%。且多数SINR区域也同时为弱覆盖区，因此，可以判断该片区的SINR是由覆盖不足导致的。

平均下载速率方面，小于4 Mbit/s的占比占14.78%，通过分析主要也是由于弱覆盖造成。

由以上分析我们可以得出结论：从表4可以看出，农村TD-LTE基站在站间距2 km左右时，平均RSRP能达到-91 dBm，下载速率能达到33 Mbit/s以上；当站间距达到3 km左右时，RSRP就下降到-102 dBm，且终端掉线率有所增加，下载速率有所下降，为25 Mbit/s左右。

4.2 以后农村TD-LTE基站规划和建设的建议

通过以上分析，我们可以得出一些关于农村TDLTE覆盖的建议。

（1）TD-LTE农村覆盖理想的站间距为1.4～2 km，当站间距超过3 km时，会出现较大的弱覆盖区域，各项指标会有较大程度上的下降。

（2）在目前的农村站距下，TD-LTE的挂高尽量控制在30～50 m。

（3） 在覆盖面积大于0.5 km2的村庄时，基站距离村庄尽量控制在500 m以内，且必须用天线主瓣方向覆盖；在覆盖面积0.2 km2的村庄时，基站距村庄尽量控制在1 km以上；覆盖面积超过0.7 km2以上的村庄时，建议在村内选址。

（4） 农村TD-LTE建设目前最大问题是覆盖问题，建议农村基站的功率尽量达到最大。

5 结论

通过我们一段时间的测试和研究，我们初步得出了在平原农村TD-LTE基站在典型挂高和站距情况下的覆盖情况，该测试对TD-LTE在农村覆盖的规划起到了一定的指导作用，对帮助运营商快速完成农村4G市场布局起到很好的推动作用。

应该指出的是，由于我们的时间和水平有限，同时，由于我们测试的站数和场景比较少，得出的结论可能会存在偏差，这方面还需要有兴趣有条件的同事更深入地去探讨。

［1］ 刘智海. 浅谈4GLTE技术发展及现状［J］. 中国新技术新产品，2012（22）.

Research on TD-LTE in plain rural area

Mobile communication has entered the 4G era， TD-LTE as the main 4G coverage of China Mobile， after the construction of the two periods， has basically covered the city and county， rural TD-LTE coverage is underway. In this paper， through the rural single station and a piece of base station test， a preliminary summary of experience of the TD-LTE in the plain rural areas is obtained， a good suggestion is provided for mobile construction of rural areas in the future.

TD-LTE； rural coverage； coverage test

TN929.5

A

1008-5599（2016）06-0069-06

2016-02-03