LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)牧區(qū)覆蓋的探討

【摘要】隨著中國(guó)電信3年來在LTEFDD網(wǎng)絡(luò)上的大力建設(shè)，LTE1800M網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了市區(qū)、縣城、重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和4A級(jí)旅游景點(diǎn)的全覆蓋，但廣闊的農(nóng)村區(qū)域仍然是LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)。2016年7月15日，中國(guó)電信舉辦了“2016年天翼智能終端交易博覽會(huì)”，正式拉開了LTE800M網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的序幕，對(duì)于廣闊農(nóng)村地區(qū)，特別是地廣人稀的農(nóng)牧區(qū)，如何利用LTE800M網(wǎng)絡(luò)頻段低、穿透強(qiáng)、覆蓋廣的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧區(qū)的有效覆蓋，成為中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)下沉的重點(diǎn)，本文重點(diǎn)討論LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)牧區(qū)的覆蓋。

【關(guān)鍵詞】LTE800M；中國(guó)電信；農(nóng)牧區(qū)；覆蓋廣

【Abstract】With the three years of China Telecom in the LTEFDD network on the construction， LTE1800M network has been achieved urban， county， key township and 4A-level tourist attractions full coverage， but the vast rural area is still LTE network coverage blind spot. July 15， 2016， China Telecom held the “2016 Tianyi Intelligent Terminal Trading Expo”， officially opened the LTE800M network construction prelude to the vast rural areas， especially in the sparsely populated areas， how to use LTE800M Low frequency， strong penetration， wide coverage， and effective coverage of agricultural and pastoral areas， and become the focus of China Telecom's LTE network sinking. This paper focuses on the coverage of LTE800M network in agriculture and pastoral areas.

【Key words】LTE800M；China Telecom；Agriculture and animal husbandry areas

1. 背景

（1）隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)，CDMA網(wǎng)絡(luò)由于自身的限制，已無法滿足用戶對(duì)高速率、高質(zhì)量、低時(shí)延的業(yè)務(wù)需求。

（2）中國(guó)北方和西部農(nóng)村地區(qū)面積廣闊，人口稀少且居住分散，部分地區(qū)每平方公里不足10人。特別像內(nèi)蒙古自治區(qū)的牧區(qū)，由于牧民居住比較分散且有伴隨季節(jié)的遷徙行為，LTE網(wǎng)絡(luò)如何實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域的有效覆蓋就成為擺在電信運(yùn)營(yíng)商面前的現(xiàn)實(shí)問題。由于LTE1800M網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，要在廣闊的農(nóng)牧區(qū)實(shí)現(xiàn)有效覆蓋需要建設(shè)大量的基站和傳輸資源，投資太大，收益太低。

（3）2016年7月15日，中國(guó)電信宣布開始啟動(dòng)LTE800M網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對(duì)于這種需要廣覆蓋，業(yè)務(wù)量不是特別大的場(chǎng)景，和原CDMA基站同址建設(shè)LTE800M網(wǎng)絡(luò)，采用800M頻段重耕方式在農(nóng)牧區(qū)建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)可以幫助中國(guó)電信在保持CDMA語(yǔ)音覆蓋優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)覆蓋優(yōu)勢(shì)，滿足低成本的農(nóng)村建網(wǎng)需求，快速推進(jìn)農(nóng)村地區(qū)的有效覆蓋。

2. 800M頻率重耕

2.1 和LTE1800M網(wǎng)絡(luò)相比，LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村地區(qū)的廣域覆蓋優(yōu)勢(shì)明顯，利用低頻優(yōu)勢(shì)可以大幅降低農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。LTE800M網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要對(duì)原來CDMA網(wǎng)絡(luò)的10MHz系統(tǒng)帶寬進(jìn)行重耕，在農(nóng)村地區(qū)騰出5MHz系統(tǒng)帶寬給LTE800M網(wǎng)絡(luò)使用。

2.2 中國(guó)電信CDMA網(wǎng)絡(luò)目前使用10MHz系統(tǒng)帶寬，頻段范圍：

上行：825-835MHz，下行：870-880MHz共計(jì)，載波帶寬為1.25MHz。

CDMA系統(tǒng)頻點(diǎn)號(hào)與中心頻率的關(guān)系如下：

上行：F（n）=825.00+0.030×n（移動(dòng)臺(tái)發(fā)、基站收）

下行：F（n）=870.00+0.030×n（基站發(fā)、移動(dòng)臺(tái)收）

2.3 中國(guó)電信在10MHz頻率資源中共有8個(gè)頻點(diǎn)，分別是1019、37、78、119、160、201、242和283，1X占用283、242和201頻點(diǎn)，Do占用37、78和119頻點(diǎn)，160頻點(diǎn)1X和DO均可使用，1019頻點(diǎn)作為預(yù)留。

2.4 隨著中國(guó)電信LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，目前CDMA網(wǎng)絡(luò)EVDO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量只占到全網(wǎng)業(yè)務(wù)量的8%，1X語(yǔ)音業(yè)務(wù)量整體趨于平穩(wěn)，單用戶語(yǔ)音話務(wù)量呈下降趨勢(shì)。LTE800M網(wǎng)絡(luò)在中國(guó)電信遠(yuǎn)期的無線網(wǎng)絡(luò)定位為基礎(chǔ)的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)網(wǎng)，隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷減少，必須通過頻率重耕為L(zhǎng)TE800M網(wǎng)絡(luò)騰空資源，未來隨著CDMA的退網(wǎng)，可升級(jí)到10MHz系統(tǒng)帶寬，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋容量。

2.5 目前中國(guó)電信LTE800M頻率重耕采用三明治方案，5MHz帶寬，LTE中心頻點(diǎn)：上行829.2MHz，下行874.2MHz，重耕的CDMA頻點(diǎn)：78、119、160和201（LTE800M基站重耕圖見圖1）。

3. CL頻率干擾分析

3.1 同頻干擾分析。

CL同頻干擾主要是指在重耕區(qū)域邊界，LTE800M和重耕區(qū)外圍的CDMA800M站點(diǎn)使用了相同的頻率，產(chǎn)生頻率沖突，造成同頻干擾。

（1）下行干擾是由于在重耕區(qū)域邊界，終端同時(shí)接收到原基站和干擾基站的信號(hào)，從而導(dǎo)致被干擾終端的信噪比下降。對(duì)于DO和LTE系統(tǒng)，理論上，下行干擾與同系統(tǒng)的鄰區(qū)干擾相當(dāng)。

（2）上行干擾是由于在重耕區(qū)域邊界，終端在向原基站發(fā)射功率同時(shí)將信號(hào)發(fā)射到被干擾基站，從而導(dǎo)致被干擾基站底噪抬升，對(duì)于上行干擾，關(guān)鍵是要避免越區(qū)覆蓋。

3.2 鄰頻干擾分析。

CL鄰頻干擾主要是指重耕區(qū)域內(nèi)的，LTE800M和CDMA800M站點(diǎn)之前的干擾，分CL共站場(chǎng)景和CL不共站場(chǎng)景。

（1）CL共站場(chǎng)景LTE800M與CDMA800M之間不會(huì)產(chǎn)生干擾，若新增LTE天線，LTE800M和CDMA800M天線滿足隔離度35dB即可，保持水平0.5m、垂直0.2m的工程安裝要求。

（2）CL不共站場(chǎng)景下，存在鄰頻干擾，CDMA對(duì)LTE下行干擾最嚴(yán)重。針對(duì)5M帶寬采用4個(gè)頻點(diǎn)時(shí)，干擾測(cè)試結(jié)果如表1所示，路損之差大于18dB有可能產(chǎn)生干擾。

4. LTE800M網(wǎng)絡(luò)和異系統(tǒng)干擾隔離

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，天線空間隔離度是一種有效的干擾保護(hù)手段。通過增加干擾天線與被干擾天線之間的距離達(dá)到系統(tǒng)間所需的最小耦合損耗MCL，有效降低干擾信號(hào)的影響。

根據(jù)天線的安裝環(huán)境，不同系統(tǒng)之間天線的空間隔離可以采用水平隔離、垂直隔離和水平垂直混合隔離3種方式。

4.1 水平空間隔離度計(jì)算方法。

5. LTE800M鏈路預(yù)算

相比于3G和2G的移動(dòng)通信系統(tǒng)，LTE采用了全新的OFDM和MIMO無線技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)給LTE的覆蓋特性及覆蓋規(guī)劃帶來了很多新的變化。

鏈路預(yù)算仍是評(píng)估LTE無線通信系統(tǒng)覆蓋能力的主要方法，通過鏈路預(yù)算，對(duì)系統(tǒng)中上下行信號(hào)傳播途徑中各種影響因素進(jìn)行考察，對(duì)系統(tǒng)的覆蓋能力進(jìn)行估計(jì)，得出各種環(huán)境下、保持一定通信質(zhì)量下的最大允許路徑損耗。

利用鏈路預(yù)算得出的最大路徑損耗和相應(yīng)的傳播模型可以計(jì)算出特定區(qū)域下的覆蓋半徑，從而初步估算出網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

在進(jìn)行鏈路預(yù)算分析時(shí)，需確定一系列關(guān)鍵參數(shù)，主要包括基本配置參數(shù)、收發(fā)信機(jī)參數(shù)、附加損耗及傳播模型等。

5.1 LTE基本配置參數(shù)。

基本配置參數(shù)主要如下：

（1）LTE800M網(wǎng)絡(luò)采用5MHz帶寬。

（2）LTE800M網(wǎng)絡(luò) RB總數(shù)：5MHz帶寬RB總數(shù)為25個(gè)。

（3）LTE800M網(wǎng)絡(luò)天線使用方式：2T4R天線。

（4）LTE800M網(wǎng)絡(luò)小區(qū)邊緣速率，下行2048kbit/s，上行512kbit/s。

5.2 收發(fā)信機(jī)參數(shù)。

收發(fā)信機(jī)參數(shù)主要包括發(fā)射功率、熱噪聲密度、接收機(jī)噪聲系數(shù)、目標(biāo)SNR等，具體說明如下：

（1）發(fā)射功率：下行方向，根據(jù)目前廠家設(shè)備的產(chǎn)品規(guī)劃，本期采用80W2T4R設(shè)備，每通道發(fā)射功率取值49dBm；上行方向，UE最大發(fā)射功率定義為200mW，即23dBm。

（2）熱噪聲密度：取-174dBm/Hz。

（3）接收機(jī)噪聲系數(shù)：與廠家設(shè)備性能有關(guān)，本方案基站側(cè)取2.3dB，終端側(cè)為7dB。

（4）接收靈敏度：在輸入端無外界噪聲或干擾條件下，在所分配的資源帶寬內(nèi)，滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求的最小接收信號(hào)功率，在LTE系統(tǒng)中，接收靈敏度為所需的子載波的復(fù)合接收靈敏度，其計(jì)算方法為：

復(fù)合接收靈敏度=每子載波接收靈敏度+10×lg（需要的子載波數(shù)）=熱噪聲密度+10×lg（子載波間隔）+噪聲系數(shù)+目標(biāo)SINR+10×lg（需要的子載波數(shù)）。

（5）目標(biāo)SINR：在36.213規(guī)范中，定義了不同MCS、RB承載下的數(shù)據(jù)塊數(shù)量，根據(jù)邊緣速率，可以推導(dǎo)出數(shù)據(jù)塊數(shù)量，然后找到承載的RB數(shù)量，就可以方便的查找出對(duì)應(yīng)的MCS，并根據(jù)具體MCS和SINR對(duì)應(yīng)表格得到SINR，MCS和SINR對(duì)應(yīng)關(guān)系需通過鏈路仿真得到。

5.3 附加損耗及增益。

（1）接頭及饋線損耗：對(duì)于BBU+RRU產(chǎn)品，通常損耗在0.5～1dB之間。

（2）陰影衰落余量：農(nóng)村環(huán)境下，6dB的陰影標(biāo)準(zhǔn)差，95%的區(qū)域覆蓋率和85%的邊緣覆蓋概率對(duì)應(yīng)的陰影余量為6.2dB。陰影衰落余量=陰影標(biāo)準(zhǔn)方差*NORMSINV（邊緣覆蓋概率）其中：NORMSINV為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的反函數(shù)。

（3）穿透損耗（陰影衰落參數(shù)及穿透損耗取值參考見表3）：

（4）人體損耗：對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動(dòng)臺(tái)，可以不考慮人體損耗影響即0dB。

（5）天線增益：本方案天線水平半功率角為65°，增益為18dBi。

（6）多天線分集增益（LTEFDD）：

接收側(cè)：基站為4天線取6dB，終端均為2天線取3dB。

發(fā)送側(cè)：終端為單天線發(fā)送，因此無發(fā)送分集增益；基站為2天線發(fā)射，為發(fā)送分集方式，增益取3dB（鏈路預(yù)算示例參考見表4）。

5.5 鏈路預(yù)算結(jié)果。

（1）根據(jù)上述鏈路預(yù)算結(jié)果，結(jié)合傳播模型計(jì)算，LTE800M網(wǎng)絡(luò)采用5MHz帶寬組網(wǎng)，中心頻點(diǎn)：上行829.2MHz，下行874.2MHz，終端高度1.5m，LTEFDD系統(tǒng)不同天線掛高的覆蓋半徑如下（LTE800M網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力見表5）：

（2）從上面計(jì)算結(jié)果可以看出，采用LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)牧區(qū)覆蓋優(yōu)勢(shì)很明顯，但是由于上行受限，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力還沒有完全發(fā)揮出來，為了擴(kuò)大覆蓋范圍，可以考慮增加塔頂放大器的方式提升上行鏈路的電平值。

6. LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村場(chǎng)景建設(shè)建議

從上面分析可知，天線掛高越高，覆蓋半徑越大，LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村區(qū)域部署時(shí)，盡量采用站址比較高的現(xiàn)網(wǎng)CDMA基站，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速部署，并且節(jié)省工程投資，在部分有需求但沒有CDMA基站的區(qū)域根據(jù)覆蓋需求可以利用站址條件較好的基站補(bǔ)充LTE800M網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。

（1）重耕原則：在對(duì)全網(wǎng)CDMA基站統(tǒng)一進(jìn)行重耕的情況下，可以不需要?jiǎng)澐种馗麉^(qū)、非重耕區(qū)和隔離區(qū)，但是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化時(shí)要注意鄰頻干擾。

（2）同站址原則：采用LTE800M與CDMA同站址1：1方式建設(shè)，具有建設(shè)速度快、成本低的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也可減少CL鄰頻干擾。

（3）同址同質(zhì)原則：為了確保LTE網(wǎng)絡(luò)達(dá)到目前CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、同時(shí)VoLTE業(yè)務(wù)質(zhì)量不弱于CDMA語(yǔ)音，原則上LTE800M網(wǎng)絡(luò)采用2T4R的獨(dú)立天饋方式建設(shè)，天線掛高不低于目前CDMA天線掛高，信號(hào)上下行無線鏈路質(zhì)量到達(dá)當(dāng)前CDMA水平，覆蓋能力與C網(wǎng)相當(dāng)。

（4）線面結(jié)合原則：利用高鐵、高速公路、國(guó)道、省道等線覆蓋區(qū)域，要求沿線4G覆蓋與面覆蓋統(tǒng)籌考慮，以線帶面的方式擴(kuò)大覆蓋范圍。

7. 結(jié)束語(yǔ)

（1）為了解決農(nóng)牧區(qū)區(qū)域?qū)TE網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，采用LTE800M網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋是十分合適的，要實(shí)現(xiàn)LTE800M網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)牧區(qū)的良好覆蓋，必須需考慮800M頻率的重耕出現(xiàn)的問題，特別是LTE和CDMA的同頻和鄰頻干擾。通過合理劃分隔離區(qū)規(guī)避同頻干擾、低配站點(diǎn)移頻來緩解鄰頻干擾、少量C網(wǎng)站點(diǎn)同步遷移規(guī)避鄰頻干擾等手段實(shí)現(xiàn)來降低網(wǎng)絡(luò)干擾，提高覆蓋能力。

（2）中國(guó)電信可以充分利用LTE800M網(wǎng)絡(luò)作為中國(guó)電信在農(nóng)村地區(qū)的基礎(chǔ)頻段，實(shí)現(xiàn)在農(nóng)村地區(qū)LTE網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋，同時(shí)利用LTE800M網(wǎng)絡(luò)全面建設(shè)NB-IOT，在新一輪的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)獲取更大的優(yōu)勢(shì)。

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[文章編號(hào)]1619-2737（2017）07-20-659

[作者簡(jiǎn)介] 盧正偉（1982-），男，籍貫：陜西西安人，職稱：工程師，畢業(yè)于燕山大學(xué)，學(xué)士，工作單位：天元瑞信通信技術(shù)股份有限公司技術(shù)研發(fā)中心項(xiàng)目經(jīng)理。