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TD—LTE农村覆盖的解决方案研究

2017-06-03陈光洪

科学与财富 2017年15期
关键词:扇区增益信道

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.

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