小區(qū)LTE無線網絡基站與精細化仿真技術研究

古慶利

【摘要】 ? ?LTE無線網絡的蓬勃發(fā)展，基站的建設已經達到了百萬個的數量級，但是隨著城鎮(zhèn)化率的不斷提高，城市建設也是日新月異，無線環(huán)境的復雜性達到了前所未有的地步。網絡規(guī)劃設計對精細化仿真的依賴程度越來越高。為了適應城區(qū)微基站的超密組網，精細化仿真技術不但要考慮無線信號通過不同建筑物的多徑傳播，還要考慮MIMO、AMC等關鍵技術，結合各類微基站的功率、天線類型、天線掛高等參數，使仿真結果更接近實際網絡的性能，從而指導網絡規(guī)劃和建設。從而助力5G推廣，促進我國的移動通信產業(yè)健康發(fā)展。鑒于此，本文主要圍繞小區(qū)LTE無線網絡基站、精細化仿真技術做出了研究，以供參考。

【關鍵詞】 ? ?小區(qū)LTE無線網絡 ? ?基站 ? ?精細化仿真

一、工程概況

西安大雁塔廣場&不夜城位于雁塔西影路南，北臨西影路，南接雁南三路，東起慈恩東路，西至慈恩西路;大雁塔與大唐不夜城南北相連，大雁塔廣場占地252余畝，建筑面積約11萬m2;大唐不夜城占地967畝，建筑面積約65萬m2。大雁塔為西安地標建筑，日均接待游客萬余人，節(jié)假日旅游高峰期間每天接待游客近10萬余人。自2019年6月6日，工信部在該區(qū)域不斷接到游客對于網絡覆蓋的投訴，市政府結合大唐不夜城景區(qū)對通信網絡的高標準要求，要求聯通主動規(guī)劃，致力打造西安小區(qū)LTE網絡覆蓋示范景區(qū)標桿項目。由于景區(qū)客流量大，人流密集，周圍基站數量飽和，現網基站無法滿足如此大規(guī)模的通信要求，基于此，需要主動對接大雁塔&不夜城景區(qū)管理公司規(guī)劃整個景區(qū)綜合解決方案。

二、基站的分類、設計與應用場景

2.1基站分類

伴隨著移動互聯網的快速發(fā)展，無線網絡架構從傳統(tǒng)蜂窩型網絡相分層網絡演進，這時的網絡建設需要更多不同類型的基站和解決方案。在國內，目前運營商參考3GPP的相關定義，主要以我們所熟悉的基站發(fā)射功率標準來劃分。其中，主要設備按照覆蓋能力和發(fā)射功率，基站分為宏、微、皮、飛4種，基站類型，其中后3種通常稱為小基站。但是主設備廠家在進行小基站定義時，往往結合產品尺寸和發(fā)射功率等因素綜合分類，如華為EasyMacro、中興iMacro、諾基亞FWHX等設備，通常稱為小基站。按照基站設備的名稱、單載波的發(fā)射功率及覆蓋能力等參數進行分類。各廠家對宏基站、微基站的支持均比較好，在LTE二期工程已經有較為完善的產品線，但皮基站所有廠家均在三期工程中推出相應產品。由于設備分類標準中飛基站定義為發(fā)射功率100mW以下的產品，現階段各廠家產品發(fā)射功率最低位125mW，因此各廠家均未支持此類產品。

2.2基站設計

2.2.1站址設計

經過前面問題分析可知，西安大雁塔廣場&不夜城是一個綜合性很強的項目，景區(qū)核心區(qū)域基站負荷高，重點是部分區(qū)域存在弱覆蓋，引起用戶投訴較多。

通過現場無線環(huán)境勘測，現場方案制定如下：新增LTE基站主要是監(jiān)控桿微站、樓面微站覆蓋常規(guī)業(yè)務，兼顧拓展物聯網、智慧景區(qū)、視頻監(jiān)控、充電樁及信息化廣告牌等新業(yè)務 ，同時充分利用景區(qū)內監(jiān)控桿、建筑物、社會管道等社會資源實現多專業(yè)相融合，建設方式由單站建設向“點、線、面的綜合覆蓋”的綜合解決方案。

2.2.2天線選址

針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求，本次規(guī)劃涉及LTE微站4處，其中利用方柱形美化天線1處，仿生樹1處，利用廣告牌1處、利用監(jiān)控桿1處。這4個新增微基站均是RRU拉遠，進行近距離覆蓋，滿足用戶需求的同時，防止越區(qū)覆蓋。針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求，本次規(guī)劃涉及LTE微站4處，所有新建基站RRU均采用華為R8200室外型設備，發(fā)射功率5W，尺寸423x395x112mm。

2.2.3天饋設計

1.站址選擇

小區(qū)LTE網絡覆蓋主要是為了解決城市小區(qū)深度覆蓋不足的問題，因此，需要室外天線盡量靠近覆蓋目標，但是考慮到定向天線的覆蓋夾角的限制，天線也不能距離目標樓宇過近，以避免主波瓣覆蓋范圍過小的問題。建議室外定向天線到目標樓宇的距離在20-100m;實際設計中應根據覆蓋需求合理選擇天線的不妨位置，并根據傳播模型、鏈路預算估算天線覆蓋效果。如一面天線無法滿足整體的覆蓋需求，那么就需要多面天線分別覆蓋不同樓宇，必要時結合室內覆蓋情況進行室內天線點位布放，實現全覆蓋。

2.天線選型

天線選型時LTE無線通信系統(tǒng)中的至關重要的一環(huán)，天線的設計直接影響到LTE網絡的覆蓋效果。為了將室外天線的覆蓋區(qū)域控制在所需要的區(qū)域內，以免對周邊基站造成干擾，天線的高度和覆蓋距離要綜合考慮增益、水平波瓣、垂直波瓣、下傾角、安裝方式等多個因素。除了一體化隱蔽天線外，還可以采用普通板狀天線加隱蔽外罩的辦法進行美化。在實際應用中，還可以因地制宜的選擇其他新型天線，如用于超高基站的大傾角天線，或者根據場景要求美化的變色龍空調天線、廣告牌及燈箱天線等。

2.3基站應用場景

在LTE移動通信中，為了應對各種復雜的場景，不同的基站設備分別應用于不同場景，宏基站主要用于較遠距離覆蓋，微基站和皮基站重點進行小區(qū)覆蓋，而室內覆蓋主要是通過皮基站和飛基站來解決。實際在目前小區(qū)覆蓋中，重點應用微基站和皮基站，各種基站應用場景示例圖如圖1所示。

2.3.1宏基站

宏基站是LTE網絡建設初期的主要建設方式，宏基站主要負責4G室外廣域覆蓋。它采用分布式架構，宏基站分別有2通道宏基站和8通道宏基站兩種類型

2.3.2皮基站

皮基站設備主要應用于大型商場、寫字樓等室內分布不易施工建設的場景，而皮基站通過光纜連接設備和天線，無需布放饋線，很大程度上降低了建設難度。皮基站設備一般可分為分布式或一體化皮兩種。

2.4天線產品參數

2.4.1天線的方向性

天線發(fā)射出的電磁波在各個方向上并不相同，有大有小，甚至還有0點，稱為方向性;發(fā)射功率最大的方向也是接收效果最好的方向，叫做“互易性”。大多情況下，天線方向圖是在遠場區(qū)確定的，所以又叫做遠場方向圖。輻射特性包括輻射場強、輻射功率、相位和極化。因此，天線方向圖又分為場強方向圖、功率方向圖、相位方向圖和極化方向圖。常用的是場強和功率方向圖，相位和極化方向圖在特殊應用中采用。

2.4.2天線增益

天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。

三、精細化仿真技術的應用

3.1總體流程

精細化仿真的總體流程如圖2所示。

3.2常規(guī)規(guī)劃仿真軟件

常規(guī)的規(guī)劃仿真軟件主要應用于室內外站點仿真，結合3D射線跟蹤模型和高精度的建筑物矢量地圖，進行反射、衍射路徑的構造，結合室內外線性傳播損耗，來預測室內外信號的分布情況。

常規(guī)規(guī)劃仿真軟件有Atoll、Asset、Huawei、Zte等。

3.3仿真規(guī)劃軟件的應用

3.3.1地圖導入

仿真軟件的路徑損耗計算是基于數字化的電子地圖和傳播模型的，而且站點的經緯度要能夠和地圖的坐標系匹配才能正常顯示。

主要內容有：加載海拔高度地圖（heights）、地物分類地圖（clutter）和矢量地圖（vector）。加載建筑物地圖：建筑物高度地圖（building）和建筑物矢量地圖（buildVector）。

3.3.2配置網絡參數

配置天線、發(fā)射機、饋線等設備參數，及幀結構、時隙等網絡參數。

3.3.3網絡建模

根據順序，導入網絡數據Sites->Transmitters->Cells。生成網絡建?；A圖層。

3.3.4仿真計算

通過計算區(qū)域和統(tǒng)計區(qū)域設定，完成path loss路徑損耗計算和基礎覆蓋預測運算。

四、結束語

總之，目前全球各大運營商都在如火如荼的建設LTE網絡，然而當前城區(qū)無線環(huán)境復雜導致深度覆蓋不足成為他們進行無線網絡建設的重點和難點，因此，小區(qū)LTE網絡覆蓋設計不但是當前無線網絡建設中的重要環(huán)節(jié)，也是決定移動通信網絡建設成敗的關鍵。本文重點對小區(qū)無線網絡基站與精細化仿真技術展開了研究，得出了以下結論：1、優(yōu)秀的設計需要扎實的理論為基礎。2、優(yōu)秀的工程需要理論與實際相結合。

參 ?考 ?文 ?獻

[1] 廣州杰賽通信規(guī)劃設計院.Small Cell在新一代移動通信網絡中的部署與應用.北京：人民郵電出版社，2019.

[2] 程敏，劉天立，LTE系統(tǒng)鏈路預算分析.廣東通信技術.2012，1（32）.