TD-LTE专网海面覆盖链路预算应用研究

张松轶 付楠楠

摘要：针对目前TD-LTE专网覆盖的高成本和海面通信业务的迫切需求，提出TD-LTE专网系统在海面的链路预算方法，从适用场景、分段准则和传输损耗3方面分析了采用的海面无线传播信道模型。通过对比海面链路预算模型理论分析与实际海面信号覆盖测试结果，证明了海面链路预算工程应用的有效性，在保证用户覆盖的情况下，为TD-LTE专网实际网络规划的工程应用提供了重要依据。

关键词：TD-LTE专网；海面传播；链路预算

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）08-68-4

0引言

伴随着专网无线通信系统宽窄融合技术的发展，TD-LTE技术在专网行业的应用已经如火如荼。面对专网通信系统实际部署过程耗费的高人力、高物力和高财力问题，链路预算成为专网系统部署规划中不可或缺的一环[1]。因此，TD-LTE专网系统的链路预算问题成为当前专网通信规划中的重中之重[2]。

TD-LTE专网应用场景广泛，相应的无线信道条件复杂多变。目前，针对TD-LTE陆地无线传播环境的预测模型已较完善，但对于海面无线传播环境的信道预测模型仍然不多[3]。文献[4-5]认为海面环境中无线通信基本为信号的自由传播，但根据海面环境中无线电波的实际测试结果分析，自由空间传播模型并不能很好地预测海面覆盖；而Okumura-Hata模型作为陆地信道模型，对其进行加权因子的系数修正也不能满足海面电波信号的实际传输[6]，因此需要考虑用更合适的模型来模拟海面无线电波的传播，并加以验证和修正。

针对TD-LTE专网系统在海面无线传播环境中的链路预算，分析了TD-LTE技术特征对覆盖的影响，提出了TD-LTE专网系统的链路预算方法，并给出链路预算中解调门限及接收机灵敏度等关键参数的获取方法。通过海面覆盖链路预算仿真分析与实际海面覆盖测试结果对比，证明所提海面链路预算模型在工程使用中的可用性和有效性，对TD-LTE专网系统海上部署网络选址和详细规划具有指导意义。

1 TD-LTE专网链路预算

链路预算是通过对上、下行信号传播途径中各种影响因素的考察和分析，估算覆盖能力，得到保证一定信号质量下，链路所允许的最大传播损耗，并根据合适的传播模型得到小区的覆盖范围[7]。

具体的流程为：

①确定边缘用户的速率需求，根据客户需求来完成输入；

②确定TB size，根据上下行子帧配比和特殊子帧配比完成用户TB size的确定；

③根据所确定的TB size和不同MCS，PRB下的SINR解调门限表确定当前用户速率需求所需要的PRB，MCS，SINR解调门限值，并确定接收机灵敏度；

④确定当前所采用的信道模型；

⑤根据当前的信道环境和部署条件确定链路中的所有损耗、增益和余量；

⑥根据式（1）、步骤③和步骤⑤确定最大允许路径损耗；

⑦根据步骤④和步骤⑥确定小区的覆盖范围。

其中，TD-LTE专网链路预算中，在一定的误码率BLER前提下（通常业务信道目标误码率为10%，控制信道目标误码率为1%），只有接收机的信噪比大于等于某数值，即达到SINR解调门限时，接收机才能正确地解调接收到的信号[8]。

SINR解调门限由TD-LTE专网链路级仿真获得。根据仿真分析，SINR解调门限随着用户占用RB数的增加而降低，如图2所示。SINR解调门限随着用户数据传输所需要的MCS提高而增加，如图3所示。上述仿真结果均以15 MHz专网系统带宽下行数据信道为例，故用户占用RB数越多，采用的MCS越低，所需要的解调SINR越低，灵敏度越好，进而最大允许路径损耗越大，可覆盖距离越远。

2海面預测模型分析

2.1适用场景分析

海面预测模型适用于传播无遮挡海面场景，载波频率范围为300～3 000 MHz。无线通信电波信号在海面传播时，在可视距离内，传播路径主要是直射波和海面反射波，在可视距离外的地球阴影区域，需要考虑地球曲面效应造成的绕射损耗，故海面预测模型需要进行分段分析。

模型适用假设为：①基站高度相对海面较高；②基站和终端之间无其他障碍物；③主要以天线主瓣方向计算天线辐射。若实际场景与上述条件不相符，则需考虑部署场景的实际路径损耗情况进行模型修正。为了指导实际工程应用，对于具体海洋气象条件因素影响分析进行简化，主要针对TD-LTE专网系统采用频段、基站和终端高度、采用天线增益和业务需求进行分析。

2.2分段准则分析

该模型按照信号传输距离的远近分为A，B，C三段，如图4所示。

传输路径的损耗决定了接收机端所接收信号的平均水平，进而影响到无线通信系统的覆盖范围，能否比较准确地估算出传输路径损耗则依赖于信道模型的建立是否合理。通过对海面信道的预测分析，可以得到较为简便合理的TD-LTE专网海面传输信道模型，为TD-LTE专网海面链路预算的结果提供了保障。

3结果及分析

3.1链路预算结果计算

以业务信道为例，给出了TD-LTE专网系统的海面链路预算验证实例。

计算以专网系统载波频率为500 MHz，带宽为20 MHz，基站天线高度为50 m，UE天线高度3 m。基站配置2根天线，上下行时隙配置为UL：DL=2：2，可支持的最大覆盖半径为100.16 km，上下行业务信道链路预算情况如表2所示。

3.2链路预算分析

根据上述链路预算方法，对TD-LTE专网系统在海面传输的上下行链路预算结果进行分析。从表2中可看出，随着上下行业务信道的边缘覆盖速率目标增加，TD-LTE专网系统覆盖半径越小，且上行业务信道的覆盖范围随速率变化明显。主要原因是：速率目标越高，MCS等级越高，用户占用的RB数越多，同时所需要的解调SINR门限越高，导致接收机的灵敏度降低。

基于当前参数设置进行岛屿测试外场实际测试，通过测试结果对比如图5所示，证明经过实地测试修正的链路预算模型基本上可以满足实际工程链路预算分析要求。

在预算分析及实际测试中，TD-LTE专网系统上行覆盖受限特点表现比较明显，相同速率时下行覆盖距离高于上行。因此在TD-LTE专网通信链路改善时应优先考虑改善上行链路，根据实际需求调整行业应用终端的发射机功率，提升上行链路路径损耗余量，以增加基站覆盖范围。

4结束语

面对基站建设的高投入和耗时长的问题，随着TD-LTE行业专网的快速发展，专网系统链路预算已经成为行业专网建设的重要工作之一。通过分析TD-LTE专网通信链路预算流程和海面无线传播信道模型，提出了TD-LTE专网系统在海面的链路预算分析方法，给出TD-LTE专网系统上下行业务信道的覆盖范围和分析结果，通过对比理论计算与外场测试实际结果，证明所提的海面链路预算模型基本可以满足实际工程需求，为TD-LTE专网系统海洋环境部署场景下的网络规划提供重要依据。

参考文献

[1]广州杰赛通信规划设计院.网络规划设计手册[M].北京：人民邮电出版社，2013.

[2]宋玮，凌璁.TD-LTE无线网络覆盖特性及链路预算研究[J].通讯世界，2014（18）：20-21.

[3]苑海靓，彭丽叶.浅谈移动通信无线传播[J].计算机光盘软件与应用，2010（7）：58-58.

[4]魏玲，杨汇军.移动通信中電波传播损耗的预测模型[J].辽宁工学院学报，2003，23（2）：27-28.

[5]何群，黄云鹏.关于海面无线传播模型的探讨[J].邮电设计技术，2004（2）：36-39.

[6]王祖良，樊文生，郑林华.海面电波传播损耗模型研究与仿真[J].电波科学学报，2008，23（6）：1095-1099.

[7]韩斌，彭木根.TD-LTE链路预算研究[J].数据通信，2011（1）： 39-42.

[8]常静，柏杨.LTE链路预算中边缘速率的确定和仿真[J].智能建筑与城市信息，2012（12）：86-91.

[9] Stefania S，Issam T，Matthew B.LTE/LTE-Advanced-UMTS长期演进理论与实践[M].北京：人民邮电出版社，2012.