农村TD-LTE覆盖增强技术

张羽，杨健

(1 中国移动通信集团山东有限公司，济南 250001；2 中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

农村TD-LTE覆盖增强技术

张羽1，杨健2

(1 中国移动通信集团山东有限公司，济南 250001；2 中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，济南 250101）

针对农村4G广覆盖的需求，本文介绍了高增益智能天线、导频功率提升、六扇区技术、16T16R技术以及覆盖增强COMP功能，从5种技术的技术原理、性能提升水平进行分析，给出每种技术的部署建议。最后，通过5种技术的对比，给出农村场景使用优先级。

农村；TD-LTE；覆盖增强技术

随着中国移动4G网络的快速建设，TD-LTE网络覆盖范围越来越广，但广大农村区域如何实现4G覆盖成为下一步网络建设的重点。农村面积广，村庄分散，并且TD-LTE的频段较高，广覆盖能力有限，因此农村4G覆盖需要采用多种技术手段、多种基站类型，快速、高效的实现网络广覆盖。

本文介绍了适于农村的覆盖增强技术手段，主要考虑高增益智能天线、导频功率提升、16T16R、COMP、六扇区技术等方案。通过分析不同方案的特点和性能提升水平，最终给出了部署建议。

1 农村4G覆盖相关指标

1.1 农村定义

从行政区划体系看，我国行政区划分为省级、地市级、县级、乡镇和行政村5级。“行政村”主要指所有包含村委会的村，行政村下有若干自然村或村民组。

根据陆地地形不规则度，农村可进一步细分为平原、丘陵、山区三大类场景，如表1所示。

表1 农村场景分类

1.2 农村覆盖指标

广覆盖主要指广域覆盖，包括连续覆盖和热点覆盖。连续覆盖指特定室外区域的整体覆盖，区域内达到一定比例的覆盖概率。热点覆盖指特定室外区域的局部覆盖，局部区域内达到一定比例的覆盖概率。

由于农村地域面积广，人口密度小，农村4G覆盖从热点覆盖逐渐转向必要区域的连续覆盖。现阶段，农村4G并非“连续覆盖”，可通过行政村覆盖率、面积覆盖率、人口覆盖率、数据业务覆盖率等指标来表征覆盖程度。其中，行政村覆盖率可通过有覆盖的行政村数量进行估算，面积覆盖率、人口覆盖率以及数据业务覆盖率需要考虑村庄的有效覆盖面积、人口数量等信息，统计上有一定难度。

2 农村4G覆盖增强技术

2.1 高增益智能天线

2.1.1 技术原理

天线增益经验公式：

G=10lg(32 400/(θH3dB×θV3dB))

其中：θH3dB、θV3dB分别为天线在水平、垂直面上的波瓣宽度。

由上述公式可以看出，天线增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度3个参数是固定数学关系，高增益智能天线的主要实现原理是通过减小水平或垂直波瓣宽度，提高增益。目前有两种实现方案，一种是“加宽加长”方案，一种是“上下排列”方案。

如图1所示，“加宽加长”方案通过增加天线阵列间距，减小水平单元波束，同时增加每列的振子数，减小垂直面波束宽度，可以提高单元波束的增益。“上下排列”方案是将4列阵列上下排列组成8通道天线，拉大阵列间距，减小水平单元波束宽度，提高单元波束的增益。

“上下排列”方案由于阵列上下排列，导致天线尺寸很长。“加宽加长”方案通过水平方向、垂直方向都适当增加尺寸，减小波束宽度，提高天线增益。“加宽加长”方案是目前高增益智能天线主要采用的技术方案。

2.1.2 性能提升

目前现有F频段增益智能天线与普通天线相比，天线增益约提升2.5 dB，小区覆盖半径提升超过20%。

2.1.3 部署建议

与普通八通道智能天线相比，高增益智能天线体积增加20%，重量增加10%，对天面的要求更高。在部署时，需考虑天面是否满足要求。

图1 高增益智能天线实现原理

高增益智能天线由于其部署方便，投资效益高，广泛适用于农村4G基站，建议优先使用。

2.2 导频功率提升

2.2.1 技术原理

（1）实现方式1：高功率RRU是将射频输出功率由8×10 W提高到8×20 W，可以支持更高的CRS发射功率；与8×10 W的RRU相比，发射功率提升3 dB，下行覆盖半径可提高20%。

（2）实现方式2：无线信道功率调整。图2示意了无线信道功率调整过程。通过调整不同无线信道之间的功率分配比例，提升CRS发射功率，改善RSRP、RS-SINR覆盖指标，从而提升CRS的覆盖范围和覆盖质量。但是通过调整不同无线信道之间的功率分配比例的方案，业务信道速率会较低。

图2 无线信道功率调整

（3）实现方式3：无线信道功率调整。小区参考信号功率与带宽成反比，对于业务需求不是很旺盛区域，可通过缩带宽的方式增强单位频率的功率，实现增强下行覆盖的目的。

P单天线为RRU单Path发射功率。

Pb为PDSCH上EPRE的功率因子比率指示。

NRB为RB的数量，取决于带宽。

2.2.2 部署建议

高功率RRU可以全面提升下行信道的发射功率，改善下行覆盖，适用于农村广覆盖的普遍需求，但是在部署时需注意上下行链路平衡。

在农村4G业务发展初期，主要考虑覆盖需求，容量需求不明显，可通过缩带宽、调整不同无线信道之间的功率分配比例的方式增强CRS单位频率的功率，实现增强下行覆盖的目的。

2.3 六扇区技术

2.3.1 技术原理

如图3所示，六扇区技术是充分利用智能天线的波束赋形能力，在不新增设备的情况下，将传统单站3扇区模式转变为6扇区模式。在同一个RRU、同一个天线上建立两个异频的TD-LTE小区，快速、低成本提升单站覆盖能力和网络性能和容量。

技术实现上，利用TDD特有的智能天线波束赋形能力，通过调整天线幅度和相位权值，将2个小区方位角各偏置一定角度进行覆盖。

六扇区技术既可以用于局部弱覆盖区域的覆盖改善，也可以用于局部容量热点区域的容量提升。六扇区技术采用六扇区30°波束，可最大程度提升网络覆盖，解决选址难问题。在容量热点区域，六扇区技术采用异频组网可充分发挥F频段30 Mbit/s带宽优势，满足用户深度容量需求，避免简单扩容带来的覆盖收缩。

2.3.2 性能提升

图3 六扇区技术示意

在六扇区模式下，两载波波束变窄，相比传统三扇区能量更集中。

另外，通过优化调整天线幅度和相位取值，为智能天线寻找一组功率和干扰处于最佳平衡点的参数模型，实现能量的再分布，提升边缘用户信号强度，改善用户感知。

图4给出了各个方向的增益提升，原扇区方向增益提升6 dB（120°与240°方位），原扇区夹角方向增益提升7～9 dB。

2.3.3 部署建议

六扇区技术在覆盖和容量方面的性能提升，使其有广泛的应用场景。

(1）六扇区技术建立在现有站址基础上，可解决选址难的问题。

（2）与原三扇区20 Mbit/s融合组网，提升单小区覆盖半径，可以改善城区室内深度覆盖和农村广覆盖水平。

（3）可以解决高校区等场景的覆盖、容量需求。

考虑到农村村庄分布广泛，村庄与农田交错分布，村庄不连续性较强，因此六扇区技术在农村的应用场景有限。

图4 六扇区天线方向图

2.4 16T16R技术

2.4.1 技术原理

16T16R是将两个8通道RRU、两面8通道天线进行双拼，共同覆盖同一小区，形成16通道收发，从而提升覆盖能力。

2.4.2 性能提升

对于下行，两个8通道RRU可以最大化使用每个RRU的功率，以满足农村广覆盖场景下行功率的需求，下行覆盖半径相对8T8R提升30%。

对于上行，采用16通道接收，并采用最大比合并算法提高上行信号解调能力，从而提升上行覆盖能力。上行增益相对8T8R理论提升4 dB，对应覆盖半径能力提升25%。

2.4.3 部署建议

16T16R技术在部署时，对天面要求较高，两个天线需部署在同一水平面，水平间距要求在3～5倍波长，并且具有相同的方向角和下倾角，实现同覆盖。实际现网部署时存在较大困难，影响实施效果。

2.5 覆盖增强COMP功能

覆盖增强COMP功能，本小区和邻区通过协作同时对边缘用户进行联合接收处理，以提高网络性能。

根据现网测试验证：在小区边缘（RSRP=-100 dBm)区域吞吐量增益约10%，在室外站覆盖室内的边缘（RSRP=-115 dBm）区域吞吐量增益约30%。

表2 农村4G覆盖增强技术对比

在覆盖受限场景开启，COMP功能可增强边缘覆盖性能，尤其对于室外站覆盖室内的场景。

3 小结

表2给出了5种覆盖增强技术的特点，农村4G广覆盖使用建议为优先使用高增益天线技术和导频功率提升技术，六扇区技术、16T16R技术、COMP技术在农村实施效果相对较弱，可在特定场景具备条件时使用。

[1]顾一泓，陆学兵，李钦竹. TD-LTE 6扇区组网研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2015(09).

Research on the coverage enhancement technology of TD-LTE in rural areas

ZHANG Yu1, YANG Jian2
(1 China Mobile Group Shandong Co., Ltd., Ji'nan 250001, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

This paper introduces fi ve technologies to enhance coverage of TD-LTE in rural areas. The principle and performance improvement of these technologies are analyzed and construction suggestions are given. At last, the construction priority of the technologies is given through comparison.

rural area; TD-LTE; coverage enhancement technology

TN929.5

A

1008-5599（2017）02-0028-04

2016-05-05