TD-LTE在平原農(nóng)村覆蓋能力的研究

高明皓，陳新，郭建光，王天石（中國移動通信集團設計院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

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TD-LTE在平原農(nóng)村覆蓋能力的研究

高明皓，陳新，郭建光，王天石
（中國移動通信集團設計院有限公司河北分公司，石家莊 050021）

移動通信已進入4G時代，TD-LTE作為中國移動的主要4G覆蓋制式，在經(jīng)過二期的建設以后，已經(jīng)基本覆蓋了城市和縣城，農(nóng)村的TD-LTE覆蓋正在展開。本文通過對農(nóng)村單站和成片基站的測試，初步總結(jié)了一些TD-LTE在平原農(nóng)村覆蓋的經(jīng)驗，為移動以后在農(nóng)村鋪開建設提供很好的建議。

TD-LTE；農(nóng)村覆蓋；覆蓋測試

1 背景介紹

TD-LTE作為我國主導的新一代移動通信國際技術(shù)標準，在政府主管部門的指導下，中國移動高度重視并全力以赴推動TD-LTE發(fā)展。隨著TD-LTE一期及二期建設的完成，多數(shù)城市和縣城的室外已經(jīng)基本實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。農(nóng)村建設正在迅速鋪開，廣大農(nóng)村的傳播模型與城市有很大不同，在TD-LTE覆蓋上有很多區(qū)別，但有關(guān)農(nóng)村覆蓋情況和優(yōu)化都缺少足夠的測試數(shù)據(jù)支撐，因此需要開展農(nóng)村區(qū)域的測試以摸索農(nóng)村覆蓋的基本情況、各種覆蓋方案的性能成了擺在我們面前的一個亟待解決的問題。

2 TD-LTE覆蓋的測試

為了更好更直接地掌握TD-LTE在農(nóng)村覆蓋情況，我們決定進行一些相應的覆蓋測試，從而得到些TDLTE覆蓋的第一手資料。由于山區(qū)和丘陵農(nóng)村受地形影響太大，難以得出可行性的結(jié)論，本次測試主要以平原農(nóng)村為主。

2.1 測試終端

根據(jù)對客戶終端種類的分析，同時為了更好記錄TD-LTE覆蓋測試軌跡，我們決定采用華為E5375 MiFi作為測試終端。華為E5375 MiFi是常用的一款測試終端，支持TD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、UTMS、GSM。 屬 于LTE CAT4的 終 端， 支 持2×2 MIMO，TDD最大下載速率的112 Mbit/s，最大上傳速率的10 Mbit/s。

2.2 測試軟件

測試軟件采用鼎利通信公司的Pilot Pioneer 9.3.0，它是集成了多個網(wǎng)絡進行同步測試的新一代無線網(wǎng)絡測試及分析軟件，結(jié)合長期無線網(wǎng)絡優(yōu)化的經(jīng)驗和最新的研究成果，基于PC和Windows 7/XP的網(wǎng)絡優(yōu)化評估，具備完善的TD-LTE網(wǎng)絡測試以及Scanner測試功能。

2.3 測試方法

平原農(nóng)村測試（平原部分）主要以指導農(nóng)村的4G網(wǎng)絡規(guī)劃建設為目的，4G網(wǎng)絡的規(guī)劃建設涉及較為重要的規(guī)劃參數(shù)為傾角、掛高、站間距。本次測試分為單站覆蓋測試和成片農(nóng)村測試兩部分。

農(nóng)村單站覆蓋測試：采用閉干擾站和鎖小區(qū)的方式，測試農(nóng)村孤站的覆蓋情況，主要是測試各種指標情況下單站覆蓋情況和各種優(yōu)化手段對覆蓋的影響。

成片農(nóng)村區(qū)域覆蓋測試：在不同站間距和典型掛高的情況下，測試農(nóng)村成片區(qū)域的覆蓋情況。

2.3.1 單站覆蓋測試

農(nóng)村單站覆蓋拉遠測試需要事先選好備選小區(qū)，盡量選擇測試小區(qū)主瓣方向有足夠的拉遠距離，且有盡量少的其它站的干擾。確定好備選小區(qū)后，需要進行現(xiàn)場勘查，確定基站掛高、方向角以及功率等信息。

開始進行鎖小區(qū)拉遠測試，并記錄對該站形成干擾的小區(qū)。與后臺人員聯(lián)系，關(guān)閉掉干擾小區(qū)，然后進行正式測試，測試順序如下。

（1） 正常測試：即未對現(xiàn)有站點做任何改變的情況進行拉遠測試，下載測試2～3次，上傳2～3次。

（2） 增加或下降3 dB發(fā)射功率的覆蓋測試：對測試基站的參考信號增加或下降3 dB調(diào)整后進行測試，上傳2次，下載2次。

（3） 下傾角調(diào)整為3°覆蓋測試：將測試基站的總下傾角（機械下傾角+內(nèi)置下傾角）調(diào)整為3°后進行覆蓋測試，上傳2次，下載2次。

（4） 下傾角調(diào)整為6°覆蓋測試：將測試基站的總下傾角（機械下傾角+內(nèi)置下傾角）調(diào)整為6°后進行覆蓋測試，上傳2次，下載2次。

（5） 下傾角調(diào)整為9°覆蓋測試：將測試基站的總下傾角（機械下傾角+內(nèi)置下傾角）調(diào)整為9°后進行覆蓋測試，上傳2次，下載2次。

（6） CQT測試：分別在室外電平值為（-85～95 dBm），（-95～105 dBm），（-105～115 dBm）的時候進行測試，室內(nèi)下載測試1次，室外下載測試1次。

測試單站選擇：單站小區(qū)的主瓣方向盡量指向?qū)掗煹缆罚员丬囕v能暢通并隨時掉頭，且該站的站高、功率配置具有典型性，具有一定代表性。

2.3.2 成片基站測試

農(nóng)村成片覆蓋測試需要事先選好備選片區(qū)，盡量選擇掛高站距具有代表性的片區(qū)；確定好備選片區(qū)后，需要進行現(xiàn)場勘查，確定基站掛高、方向角以及功率等信息；與后臺人員聯(lián)系，統(tǒng)一所有基站的功率。

開始進行FTP下載測試，遍歷片區(qū)內(nèi)的每個村莊的主干道路。在遍歷片區(qū)內(nèi)的每個村莊選1～2個點進行CQT測試，測試室內(nèi)覆蓋情況。

3 農(nóng)村單站拉遠測試情況

經(jīng)過幾周的農(nóng)村單站測試，我們初步掌握了農(nóng)村單站覆蓋的一些基本特點，分別通過典型基站的拉遠距離和參考信號功率、下傾角對覆蓋距離幾方面來進行闡述。

3.1 典型基站的拉遠距離

農(nóng)村單站拉遠測試的一個主要目的就是要測試出農(nóng)村在單獨基站在典型掛高和功率設置的條件下，覆蓋距離能夠達到多少米是我們必須要回答的問題，也是困擾我們以后規(guī)劃的問題。根據(jù)集團農(nóng)村覆蓋規(guī)劃標準，通常采用RSRP＞-109和吞吐量為1 Mbit/s兩個條件作為衡量單站覆蓋拉遠距離門限，本次測試我們又站在用戶體驗和網(wǎng)優(yōu)優(yōu)化的角度，增加下載速率達到4 Mbit/s和數(shù)據(jù)接入（即可以做下載和上傳業(yè)務）的距離。

即在我們的測試過程中，會涉及到4個拉遠距離。（1）RSRP達到-109 dBm的覆蓋距離。（2）下載速率達到1 Mbit/s的覆蓋距離。（3）下載速率達到4 Mbit/s的覆蓋距離。（4）能夠進行數(shù)據(jù)接入的覆蓋距離。我們對單站拉遠測試的7個站的測試情況如表1所示。由表格我們可以得出結(jié)論，在河北平原農(nóng)村的典型掛高情況下（40～50 m），TD-LTE單站的在不同下傾角覆蓋距離如下。

表1　農(nóng)村單站拉遠測試的各種拉遠距離

在總下傾角3°的情況下，RSRP≥-109的距離約平均為2.5～3 km，數(shù)據(jù)下載能達到4 Mbit/ s的距離約為2.8～4.2 km，數(shù)據(jù)下載能達到1 Mbit/s的距離約為3～4.5 km，能夠進行數(shù)據(jù)下載的距離為3.3～5 km。

在總下傾角6°的情況下，RSRP≥-109的距離約平均為2～3 km，數(shù)據(jù)下載能達到4 Mbit/s的距離約為2.5～4 km，數(shù)據(jù)下載能達到1 Mbit/s的距離約為2.7～4.2 km，能夠進行數(shù)據(jù)下載的距離為3～5 km。

在總下傾角9°的情況下，RSRP≥-109的距離約平均為1.8～2.7 km，數(shù)據(jù)下載能達到4 Mbit/s的距離約為1.8～3.5 km，數(shù)據(jù)下載能達到1 Mbit/s的距離約為2～3.5 km，能夠進行數(shù)據(jù)下載的距離為2～4 km。

需要指出的是影響農(nóng)村單站覆蓋距離的有很多，其主要因素如下。

（1）基站覆蓋道路是否有遮擋，其中包括樹木高度和分布密度、樹葉密度。

（2）道路彎折程度，是否偏離主覆蓋方向。

（3）兩側(cè)農(nóng)村樓宇分布情況等。所以各站情況有一些不同。

3.2 參考信號功率對覆蓋影響

熟悉網(wǎng)絡優(yōu)化的同事可能有所了解，基站設備參考信號功率的調(diào)整對網(wǎng)絡覆蓋有著很大的影響，那么，具體的影響有多大呢？

根據(jù)表2單站拉遠測試數(shù)據(jù)可知，在原站址工參不變的情況下，當參考信號功率降低3 dB時，RSRP＞-109的覆蓋距離相對原來縮減到90%左右，而數(shù)據(jù)接入的距離能夠縮短到80%左右。

因此，如通過增加提升3 dB功率增加基站有效覆蓋距離，效果有限。但是對數(shù)據(jù)接入的距離有20%左右的提升。

3.3 天線下傾角調(diào)整對覆蓋影響

調(diào)整天線下傾角是無線網(wǎng)絡常用的方法和手段，那么，天線的下傾角調(diào)整3°會對網(wǎng)絡覆蓋有什么樣的影響，我們測試時通過對同一個站址調(diào)節(jié)機械下傾角（分別設置為0°、3°和6°）；以期找到下傾角對覆蓋的影響。

表2　典型基站在不同參考信號功率下的覆蓋距離

表3　典型基站在不同天線下傾角時的覆蓋距離

從表3數(shù)據(jù)可以看出，下傾角在3°到6°到9°的變化中，大多數(shù)基站的數(shù)據(jù)接入的覆蓋范圍會有60%～70%的縮短。

圖1為3個站的下傾角與RSRP之間的關(guān)系圖，綠色圖形代表9°下傾角時的覆蓋情況，紅色圖形為6°，藍色為3°。從圖1我們可以看出以下傾角9°、 RSRP=-109的拉遠距離作為參照位置，調(diào)整天線下傾角，可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：當下傾角9°調(diào)整為6°時，3個站點參照位置的RSRP有10 dB左右的提升。而當傾角6°調(diào)整為3°時，3個站點參照位置的RSRP變化不明顯。那么，在有效覆蓋區(qū)域內(nèi)，如果原有天線下傾角較大，可適度調(diào)整下傾角增加覆蓋區(qū)域內(nèi)的場強，但如果原有天線下傾角已經(jīng)為6°及以上角度時，再抬升天線角度對覆蓋影響不大。

4 農(nóng)村成片基站的測試情況

4.1 農(nóng)村成片基站測試數(shù)據(jù)說明

現(xiàn)今，農(nóng)村覆蓋業(yè)已鋪開，有些片區(qū)農(nóng)村TD-LTE已形成連續(xù)覆蓋，我們精心選出代表現(xiàn)今農(nóng)村典型掛高、不同站間距的4個片區(qū)，對他們進行逐片區(qū)測試，測試一下在不同的站間距情況下覆蓋情況。以下為4個片區(qū)的基本情況。

（1）1片區(qū)內(nèi)共包含站數(shù)6個，平均掛高41 m，站間距1.347 km。

（2）2片區(qū)內(nèi)共包含站數(shù)6個，平均掛高43 m，站間距1.782 km。

（3）3片區(qū)內(nèi)共包含站數(shù)6個，平均掛高43.5 m，站間距2.437 km。

（4）4片區(qū)內(nèi)共包含站數(shù)6個，平均掛高38.5 m，站間距3.089 km。

圖2～5是4個片區(qū)的測試的RSRP圖。

測試數(shù)據(jù)總結(jié)如表4所示。

圖1　3個基站的下傾角從3°到6°到9°的變化曲線

圖2　1片區(qū)的RSRP測試情況

圖3　2片區(qū)的RSRP測試情況

圖4　3片區(qū)的RSRP測試情況

圖5　4片區(qū)的RSRP測試情況

另外，從測試中我們可以發(fā)現(xiàn)：

4.1.1 1片區(qū)

整個片區(qū)覆蓋區(qū)域情況較好，弱覆蓋率為3.06%，且主要集中在一個區(qū)域，可以通過網(wǎng)絡優(yōu)化來解決。

SINR＜0的區(qū)域占7.29%且整體SINR不如2片區(qū)。除部分SINR區(qū)域也為弱覆蓋區(qū)外，有兩個區(qū)域是由于基站距離太近（小于1.4 km）且主瓣方面又重疊所致，因此在站間距偏近的時候，網(wǎng)絡優(yōu)化還是能起到很好的提升作用。

表4　農(nóng)村TD-LTE成片測試數(shù)據(jù)總結(jié)

平均下載速率方面，小于4 Mbit/s的占比占5.3%，基本與SINR弱的區(qū)域重合。

4.1.2 2片區(qū)

片區(qū)的弱覆蓋率和SINR弱覆蓋指標以及平均下載速率都較好，基本達到覆蓋效果。

4.1.3 3片區(qū)

該片區(qū)的弱覆蓋占比5.2%、SINR＜0區(qū)域為9.36%。較前兩個片區(qū)有所提高，主要原因是站間距較大，且有些站下傾角設置不合理，致使有些區(qū)域缺少主強小區(qū)。

4.1.4 4片區(qū)

整個片區(qū)弱覆蓋區(qū)域占比較大，達到20.38%，其中個別站點由于掛高太低，故造成周邊村莊的弱覆蓋較為明顯；另外有兩個站點由于距離周圍站點較遠，故弱覆蓋較嚴重。

SINR較差區(qū)域占比也較大，SINR＜0的區(qū)域占13.7%。且多數(shù)SINR區(qū)域也同時為弱覆蓋區(qū)，因此，可以判斷該片區(qū)的SINR是由覆蓋不足導致的。

平均下載速率方面，小于4 Mbit/s的占比占14.78%，通過分析主要也是由于弱覆蓋造成。

由以上分析我們可以得出結(jié)論：從表4可以看出，農(nóng)村TD-LTE基站在站間距2 km左右時，平均RSRP能達到-91 dBm，下載速率能達到33 Mbit/s以上；當站間距達到3 km左右時，RSRP就下降到-102 dBm，且終端掉線率有所增加，下載速率有所下降，為25 Mbit/s左右。

4.2 以后農(nóng)村TD-LTE基站規(guī)劃和建設的建議

通過以上分析，我們可以得出一些關(guān)于農(nóng)村TDLTE覆蓋的建議。

（1）TD-LTE農(nóng)村覆蓋理想的站間距為1.4～2 km，當站間距超過3 km時，會出現(xiàn)較大的弱覆蓋區(qū)域，各項指標會有較大程度上的下降。

（2）在目前的農(nóng)村站距下，TD-LTE的掛高盡量控制在30～50 m。

（3） 在覆蓋面積大于0.5 km2的村莊時，基站距離村莊盡量控制在500 m以內(nèi)，且必須用天線主瓣方向覆蓋；在覆蓋面積0.2 km2的村莊時，基站距村莊盡量控制在1 km以上；覆蓋面積超過0.7 km2以上的村莊時，建議在村內(nèi)選址。

（4） 農(nóng)村TD-LTE建設目前最大問題是覆蓋問題，建議農(nóng)村基站的功率盡量達到最大。

5 結(jié)論

通過我們一段時間的測試和研究，我們初步得出了在平原農(nóng)村TD-LTE基站在典型掛高和站距情況下的覆蓋情況，該測試對TD-LTE在農(nóng)村覆蓋的規(guī)劃起到了一定的指導作用，對幫助運營商快速完成農(nóng)村4G市場布局起到很好的推動作用。

應該指出的是，由于我們的時間和水平有限，同時，由于我們測試的站數(shù)和場景比較少，得出的結(jié)論可能會存在偏差，這方面還需要有興趣有條件的同事更深入地去探討。

［1］ 劉智海. 淺談4GLTE技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀［J］. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（22）.

Research on TD-LTE in plain rural area

Mobile communication has entered the 4G era， TD-LTE as the main 4G coverage of China Mobile， after the construction of the two periods， has basically covered the city and county， rural TD-LTE coverage is underway. In this paper， through the rural single station and a piece of base station test， a preliminary summary of experience of the TD-LTE in the plain rural areas is obtained， a good suggestion is provided for mobile construction of rural areas in the future.

TD-LTE； rural coverage； coverage test

TN929.5

A

1008-5599（2016）06-0069-06

2016-02-03