LTE高速公路覆盖解决方案

中国电信股份有限公司西安分公司　侯宇坤

LTE高速公路覆盖解决方案

中国电信股份有限公司西安分公司侯宇坤

高速公路是一种特殊的场景，狭长空旷，速度快，且周围环境复杂多样。因此，解决这样场景的网络覆盖不易用传统的蜂窝式布网。本文针对该特殊场景，进一步细分多样化场景，并对用户应用行为分析，提出了一套适用于高速公路场景的完备且有效的覆盖方案。

LTE 高速公路；覆盖方案

1　场景特点

对于高速公路的场景，周围多为空旷场景，部分路段周围有建筑物，时速100-120Km为主，在城区内里程较少，多为联系城市间道路，用户移动速度快，道路与行人隔离，用户分布在车里，有一定的车体穿透损耗。主要需要解决覆盖问题，部分场景需要兼顾周边城镇、村庄。

2　LTE高速公路组网方案

鉴于前文提到的高速公路场景的特点，LTE高速公路组网方案的设计注定不是单一的网络铺设；相反，需要对高速公路场景进一步细分，并对用户行为进行建模分析，兼顾覆盖及容量规划，对不同场景提出针对性的网络覆盖解决方案。

2.1隧道场景覆盖

2.1.1场景特点

隧道是高速公路建设中绕不开的一个问题，也是LTE网络覆盖中必须解决的一个难题。公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高以穿山隧道、过路隧道和湖底隧道为多，其中过路隧道距离较短。

公路隧道有如下特点：a）车体填充效应微弱；b）进入隧道时车速较慢，隧道内的车速在80km/h左右；c）信号主要穿透车窗玻璃进入车内。

2.1.2传播模型

对于公路隧道类型，综合考虑建设难度和成本两个方面，选择造价较低的分布式天线覆盖为主。目前隧道中使用的传播模型为：PL=K*d + L0，其中Lo与天线的安装方式有关，d为距离（km）。一般情况下，隧道成直线的情况，则L0 =75dB，K在25以下：而隧道弯曲的情况下，由于反射次数增加，K值也增加，一般取值为30以上，对于弯曲度达到60度以上时，k取40。根据经验测试结果，汽车隧道阴影衰落标准差为6dB。所以，一般情况可取隧道内的传播模型为PL =75+35 （d）（km）。

2.1.3链路预算

传播模型有了，我们就可以对传输链路做相应的计算。我们以1.8GHz频段为例，基站采用2T2R的RRU，功率配置2*20W，带宽20M，上下行边缘速率要求256K/4M，天线增益10dBi，基站高度5m。链路预算的结果如下：对于2T2R、2*20W的情况：在一定假设条件下，覆盖半径大约为1.4km。

2.1.4覆盖规划

对于公路隧道场景，考虑到公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高，另外考虑成本因素，通常采用天线直接对隧道进行覆盖，覆盖设计方案如图2-1所示。

图2-1　隧道场景覆盖解决方案示意图

对于一些比较长的隧道，或者隧道比较弯曲的情况，可以考虑增加信源，用多个RRU进行隧道覆盖，或者通过泄露电缆进行覆盖。

2.2宏站场景覆盖规划

2.2.1传播模型

假定使用1.8G频段（上行1755～1775MHz，下行1850～1870MHz），采用Cost231-Hata（Huawei）Highway的传播模型如下：

其中，MAPL：一定覆盖距离情况下的最大允许路径损耗；f：使用的频率；Hb：基站的有效高度；D：覆盖距离；Hue：终端高度；穿透损耗设置。

高速公路的用户主要分布在各类型的汽车里，信号主要穿透车窗玻璃进入车内，考虑比较恶劣的情况，建议穿透损耗按照15dB情况进行计算。

2.2.2链路预算

链路预算考虑基站采用2T4R的RRU，功率配置2*40W，带宽20M，上下行边缘速率要求256K/4M，天线增益18dBi，基站高度20m。对于2T4R、2*40W的情况：在一定假设条件下，覆盖半径大约为2km。

2.3容量规划

容量规划需要从话务及容量两个方面进行建模规划，高速公路场景话务模型和容量模型参考现网数据，并结合高速公路场景的特点进行规划分析。

2.3.1话务模型

不同网络的话务模型千差万别。LTE的话务模型研究还处于起步阶段，可以通过3G现网数据业务的统计进行一定的推算。我们采用和高速公路场景相似度较高的郊区话务模型进行匹配计算。对于高速公路场景采用郊区的话务模型进行计算如下：

业务模型主要表征业务的特点，主要考虑以下因素。

（1）Typical Bear Rate（kbps）：该业务的典型承载速率；

（2）E-RAB Session Time（s）：会话时长，一次会话持续的时间；

（3）E-RAB Session Duty Ratio：会话激活因子，在一次会话中，有数据传输占的比例；

（4）BLER：误块率，会话过程中，保障业务质量所需的误码率；

（5）Throughput Per Session（kbit）= Typical Bear Rate（kbps） * E-RAB Session Time（s）* E-RAB Session Duty Ratio /（1-BLER）。

表3-1　假定的业务模型

话务模型分析的主要目的是计算出每用户的吞吐量。

（1）忙时每用户吞吐量 （kbps）=Throughput Per Session（kbit）*业务次数/3600。

（2）Total是将每用户忙时吞吐量按照业务渗透率进行加权平均。

表3-2　假定的话务模型

2.3.2 容量需求

容量规划方面，我们依旧采用郊区和农村的数据用作高速公路场景容量规划分析。考虑单小区存在200个用户的情况，根据假定的话务模型预测结果，可以得到单小区的容量需求为：

上行容量需求=5.6*200=1120Kbps下行容量需求=18.3*200=3660 Kbps在郊区和农村场景下，LTE每载波可提供的平均吞吐量如下：

表3-3　LTE小区平均吞吐量（20M带宽）

由表3-3可以看出，20M带宽的LTE载波足够满足高速公路小区的容量需求。另外，考虑极端场景，在高速公路堵车的情况下，假设单小区存在1300个用户。

假设如下条件：

（1）手机的拥有率为100%

（2）中国电信用户占有率为35%

每覆盖区忙时按最多人数460计算，则460个用户容量需求如下：

忙时上行容量需求=5.6*1300*100%*35%=2576 Kbps

忙时下行容量需求=18.3*1300*100%*35%=8418 Kbps

20M带宽的LTE载波依旧能满足忙时上行/下行容量需求。因此，对于LTE高速公路覆盖场景，一个20M的LTE载波能够满足网络容量的需求。

2.4 切换规划

对于高速公路场景，不需要由专网进行覆盖，可以参照常规的郊区场景进行规划。

2.5TA/TAL规划的要求

对于高速公路场景，不需要单独规划TA/TAL，可以与周边小区一起规划， TAL的边界不要放在话务量很高的地方（比方说人口密集的区域），保证TAU信令开销频繁的位置位于话务量较低的区域内，比方说农村或者山区场景。

2.6设备选型

2.6.1基站设备选型

高速公路宏站场景可选设备形态较多，可根据设备安装条件灵活选择。对于具备机房和铁塔安装条件的推荐使用BBU+RRU分布式基站；对于RRU无法上塔安装的可选用一体式宏站+馈线的安装方式；对于无机房条件的站点可选用室外型机柜安装设备。

2.6.2天线选型

天线选择跟具体覆盖场景密切相关，一般情况按照以下原则进行：宏站场景一般选择高增益天线进行覆盖。隧道场景，在覆盖可以满足要求条件下，可采用低增益的定向天线进行覆盖

2.6.3特性应用

高速公路覆盖场景不需要配高速/超高速小区，对于1.8GHz，普通小区即可满足要求，因此不需要进行特殊算法的配置。

3 总结

本文对高速公路场景特点进行了分析，从传播模型、链路计算、覆盖规划及话务模型角度角度提出了隧道场景和非隧道场景提出了不同覆盖方案。文章又进一步从容量规划、切换规划、TA/ TAL规划以及设备选型方面探讨了方案的可行性，对LTE高速公路场景类覆盖规划有非常好的指导作用。

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侯宇坤（1978—），男，硕士，工程师，研究方向：通信工程及相关技术。