TD—LTE农村覆盖的解决方案研究

陈光洪

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司 广东 东莞 523000）

摘要：如何增强农村地区TD-LTE网络的覆盖，是中国移动4G网络建设过程中面临的重大课题，文章根据农村地区4G覆盖的相关指标及需求，并提出了农村TD-LTE覆盖解决方案，并对这些新技术进行了比较，给出农村场景使用优先级，为农村部署TD-LTE网络提供参考。

关键词：4G网络建设；农村地区；TD-LTE覆盖

目前，4G网络建设正大规模推进，大部分城市的主城区和一般城区都实现了TD-LTE网络的覆盖。与此同时，农村地区数据业务需求增长迅速，农村地区成为数据用户的热点区域，农村场景的TD-LTE网络覆盖已成为各运营商需要迫切解决的问题。但是，农村地区面积广、地形复杂多样、村庄分散，并且TD-LTE的频段较高，这对TD-LTE网络的覆盖提出了新要求。

1 农村地区4G覆盖相关指标

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 TD-LTE農村覆盖的解决方案

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（32400/（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。

“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。

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2.5dB，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。

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8×10W提高到8×20W，可以支持更高的CRS发射功率；与8×10W的RRU相比，发射功率提升3dB，下行覆盖半径可提高20%。

（2）实现方式2：无线信道功率调整。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。

（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。

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

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。

2.3.2 性能提升

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。

原扇区方向增益提升6dB（120°与240°方位），原扇区夹角方向增益提升7～9dB。

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20Mbit/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。

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可以最大化使用每個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4dB，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=-100dBm）区域吞吐量增益约10%，在室外站覆盖室内的边缘（RSRP=-115dBm）区域吞吐量增益约30%。

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 农村4G覆盖技术对比

表1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。

4 结束语

总之，TD-LTE作为一种先进的技术，其优势十分明显，有更高的频谱利用率，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。文章通过5种覆盖增强技术，并通过技术比较，给出了每种技术的部署建议，可为农村TD-LTE实现广度、深度覆盖提供参考方法。

参考文献

[1]徐德平，邓安达，程日涛等.农村TD-LTE覆盖增强方案研究[C].中国移动通信集团设计院新技术论坛. 2014.

[2]高明皓，陈新，郭建光等.TD-LTE在平原农村覆盖能力的研究[J]. 电信工程技术与标准化， 2016， 29（6）：69-74.