TD—LTE網絡覆蓋方式探討

王君健

LTE網絡建設面臨比2G/3G網絡建設更多的困難和更高的要求，通過介紹LTE網絡在室外連續覆蓋和室內深度覆蓋存在的一些問題，分析了無線覆蓋在室內外不同場景需要重點關注的因素，并提出了部分解決方案和思路。

TD-LTE 連續覆蓋 深度覆蓋 光纖綜合業務接入系統 小基站

Analysis on Coverage Method in TD-LTE Networks

WANG Jun-jian

LTE network construction faces more difficulties and higher requirements than 2G/3G network construction. By introducing the problems existing in outdoor continuous coverage and indoor in-depth coverage of LTE networks， the key factors of wireless coverage under indoor and outdoor scenes are analyzed and some solutions and ideas are put forward.

TD-LTE continuous coverage in-depth coverage optical fiber multi-services access system small base station

1 LTE網絡建設發展現狀及趨勢

（1）全球大規模進行LTE網絡建設

根據研究機構In-Stat發布的報告預計，第四代移動通信長期演進技術（LTE）不僅是目前在市場上備受矚目的新一代無線寬帶技術，更被許多人認為是未來無線標準技術的主流，LTE用戶將于2014年突破1.5億大關。GSA最新LTE演進報告顯示：截止到2014年1月15日，共有97個國家的263個LTE網絡提供服務。

（2）移動數據業務量激增

各種智能終端的出現促進了數據業務爆炸式增長，數據容量的要求激增，移動數據流量最近五年總增長約40倍，未來十年數據流量增長預計約1 000倍。

2 LTE網絡覆蓋面臨的問題及分析

在數據業務瘋狂增長的背景下，建設LTE網絡不僅面臨2G/3G網絡建設的覆蓋效果、容量、QoS、投資成本等共性問題，并且在日趨復雜的城市空間、愈發密集的人口和大量的移動人群以及更復雜的電磁環境，對LTE網絡建設提出了越來越高的要求。建站選址將越來越困難，這些因素使得LTE未來的鋪網建設面臨諸多問題需要解決。如何在實現優質全面的LTE網絡覆蓋的同時控制好成本，是LTE網絡建設過程中需要重點探討的問題。下面將就LTE室外覆蓋和室內覆蓋兩方面進行分析。

首先就LTE的信號特征對無線覆蓋方面的影響進行估算，以中國移動TD-LTE部分試驗網建設的要求為參考分析LTE覆蓋問題，中國移動LTE試驗網典型規劃目標如表1所示：

表1 LTE網絡設計的典型目標

指標 要求

室外RSRP 大于-98dBm的概率高于95%

SINR 50%加擾下SINR大于-3dB的比例高于95%

小區邊緣單用戶上行速率

（邊緣速率條件為D頻段20MHz

同頻組網，10用戶同時接入） 全網95%以上邊緣用戶速率

大于256kbps

小區邊緣單用戶下行速率

（邊緣速率條件為D頻段20MHz

同頻組網，10用戶同時接入） 全網95%以上邊緣用戶速率

大于4Mbps

單小區上行平均吞吐量 >8Mbps

單小區下行平均吞吐量 >20Mbps

LTE基站覆蓋距離的估算重點以無線信號傳播模型、鏈路損耗、容量三個方面的理論為基礎進行。

根據TD-LTE的頻率及其無線信號特征，采用COST-231 Hata模型估算鏈路損耗為：

LS=46.3+33.9lgf-13.82lghte-α（hre）+（44.9-6.55lghte）lgd+CM （1）

其中，LS為鏈路損耗，單位為dB；CM為校正因子，在中小城市和郊區，CM=0dB，在大城市，CM=3dB；f為工作頻率，單位為MHz；hte為基站天線的有效高度，單位為m；hre為移動臺天線的有效高度，單位為m；d為基站天線與移動臺天線之間的水平距離，單位為km；α（hre）為移動臺有效天線的修正因子。

設定基站天線有效高度為40m，移動臺有效高度為1.6m，則：

（1）D頻段在中小城市及大城市的鏈路損耗分別為：

中小城市：LS=139.25+34.4lgd

大城市：LS=143.38+34.4lgd

（2）F頻段在中小城市及大城市的鏈路損耗分別為：

中小城市：LS=134.89+34.4lgd

大城市：LS=139.02+34.4lgd

邊緣場強的計算如下：

RX≥TX+G-LS-CS-RS （2）

其中，RX為邊緣接收場強，單位為dBm；TX為基站發射的天線口功率，單位為dBm；G為基站與移動臺天線增益總和，單位為dB；LS為鏈路損耗，單位為dB；CS為車體損耗，單位為dB；RS為人體損耗，單位為dB。

設定宏基站天線口發射功率為20W（43dBm）、天線增益總和為20dB、車體損耗為10dB、人體損耗為5dB來計算邊緣場強，按照RSRP=RX≥-98dBm計算最大的鏈路損耗為：endprint

LS-max≤146dB （3）

在滿足邊緣場強大于-98dBm的條件下，結合上式可以估算出TD-LTE基站的最大覆蓋半徑，如表2所示：

表2 根據邊緣場強估算的最大覆蓋半徑

D頻段 F頻段

中小城市最大覆蓋半徑/km 1.57 2.11

大城市最大覆蓋半徑/km 1.19 1.59

為了滿足用戶對數據速率的要求，LTE基站覆蓋不能僅僅以邊緣場強為依據進行估算，而應以數據速率為重要參數進行設計。如圖1所示，距離基站不同的位置，LTE信號的調制方式會相應發生變化，從而導致距離基站遠近不同而用戶數據速率也不同。

圖1 LTE信號調制方式隨距離變化

按照不同的調制方式的解調門限的不同進行邊緣速率的估算：

RX-in=NF+KTB+SINR （4）

其中，RX-in為接收靈敏度，單位為dBm；NF為噪聲系數，單位為dB；K為玻爾茲曼系數，單位為W/Hz/K；T為絕對溫度，單位為K；B為射頻工作帶寬，單位為MHz；SINR為信噪比，單位為dB。

公式（4）中的工作帶寬B與邊緣用戶速率相關，需確定上下行需要的RB（Resource Block，資源塊）數量。根據表1的目標可得，上行邊緣用戶總速率為2.5Mbps，下行邊緣用戶總速率為40Mbps，單小區的上行平均吞吐量大于8Mbps，單小區的下行平均吞吐量大于20Mbps；按照目標設定基站帶寬為20MHz，TDD配比使用配置1，即DL：UL：S=4：4：2，特殊時隙配置為DwPTS：GP：UpPTS=10：2：2，子幀中下行控制信道占用3個符號，傳輸天線為2。

按照圖1所示，覆蓋邊緣采用低階調制方式QPSK，碼率為S，則：

下行速率為：（64951×2×S×2）/10ms=24.77*S（Mbps）

上行速率為：（65503×2×S×2）/10ms=24.98*S（Mbps）

根據不同QPSK的碼率并結合上式，設定上行噪聲系數NF為3，下行噪聲系數為7，SINR為-3dB，計算不同編碼率的接收靈敏度如表3所示：

表3 不同編碼速率對應的邊緣接收靈敏度序

號 調制

方式 編碼率 上行需要的RB

數量 下行需要的RB

數量 下行接收靈敏度/

dBm 上行接收靈敏度/

dBm

1 QPSK 0.076 172 4 21 -104.23 -115.43

2 0.117 188 3 14 -105.99 -116.68

3 0.188 477 2 9 -107.9 -118.44

4 0.300 781 2 6 -109.67 -118.44

5 0.438 477 1 4 -111.43 -121.45

6 0.587 891 1 3 -112.68 -121.45

如表4和表5所示，結合D、F頻段在中小城市及大城市的鏈路損耗和表3，設定上行最大發射功率為23dBm，下行最大發射功率為43dBm，按照滿足邊緣用戶速率和小區容量的要求，估算出基站的覆蓋距離。從表1、表4和表5的計算結果可得到以下結論：

（1）對于LTE覆蓋范圍的估算，按照容量比按照場強估算的覆蓋范圍小，為了保證LTE帶寬的優勢和用戶數據業務的需求，建議基站覆蓋估算采用以容量估算為主、場強估算為輔。

（2）由于LTE上行發射功率一般比下行發射功率低很多，這樣就造成上行鏈路比下行鏈路預算的覆蓋范圍小，因此建議基站覆蓋鏈路預算以上行鏈路為主、下行鏈路為補充。

（3）本文以QPSK這種低階的調制方式進行鏈路估算得到最大覆蓋范圍，如果以16QAM或者64QAM的調制方式進行鏈路估算，可以得到更高的速率和更多的用戶容量，因此建議在用戶高密度地區或者數據業務需求很大的地區，可以采用更高階的調制方式、更高的編碼速率進行估算和設計。

（4）中國移動現有的GSM基站在大城市的平均覆蓋半徑為0.6～0.7km，在中小城市的覆蓋半徑為1.0～1.2km；TD-SCDMA基站在大城市的平均覆蓋半徑為0.5～0.6km，在中小城市的覆蓋半徑為0.9～1.0km。現有基站的覆蓋范圍能滿足LTE基站的覆蓋要求。

2.1 室外連續覆蓋問題

LTE網絡特別是TD-LTE本身并不是一個抗干擾能力很強的技術，而且TD-LTE在室外采用D頻段（2.6GHz）和F頻段（1.9GHz）的高頻，如此高的頻段實現信號連續覆蓋的難度很高。根據上述理論分析，結合中國移動現網基站覆蓋情況及LTE試驗網的要求，為了快速部署和解決室外連續覆蓋問題，本文建議室外覆蓋重點以共站建設為優先建設方案。

利用現有2G/3G網絡資源，根據減少投資的原則，盡量采用LTE與2G/3G基站共站，LTE網絡站址選擇以3G站址優于2G、現網站優于新建站的原則進行站址規劃，對現網高站、偏離度較高的站址進行詳細排查分析，當共站達不到規劃要求時應新建站，盡量保證基站建設符合蜂窩結構，加快網絡建設速度，其中F頻段適用于普遍地區的TD-LTE快速覆蓋建設升級，D頻段適用于數據熱點區域的TD-LTE大容量覆蓋建設。與異系統共址時，需要考慮異系統間的干擾隔離，采取措施保證天面上有足夠的隔離空間，以滿足多系統共存的要求，因此在天饋建設方面需要重點考慮。

LTE天饋系統建設時，有兩種主要的建設方案可選：在站址空間富裕的情況下，可以采用獨立天饋系統建設方案，能夠靈活地設置天線方位角和下傾角，但網絡建設成本較高；在站址空間緊張的環境下，只能采用與現網2G、3G系統共天饋系統建設方案，這樣可以節省天線安裝位置，降低網絡建設成本，但該方案的缺點主要是天線方位角和機械下傾角的調整將會同時影響2G、3G、4G網絡，射頻優化難度增加。endprint

2.2 室內深度覆蓋問題

隨著移動互聯網的發展，移動數據流量呈現出爆發式增長的趨勢，而相關統計數據表明，移動數據業務中有70%～80%發生在室內環境中，因此室內覆蓋是LTE網絡建設初期及未來一段時間內運營商關注的重點。室內覆蓋的容量、覆蓋范圍的估算可以借鑒上文作為參考。

為了提升室內覆蓋效果，加快網絡建設進度，國內外相關廠商提出并研制了多種用以提升室內覆蓋效果的技術和設備。目前LTE試驗網除采用RRU+同軸室內分布系統的覆蓋方式之外，還有以下兩類較為新穎的室內覆蓋方式值得重點關注：

（1）光纖綜合業務接入系統

其特點具體如下：

◆可實現2G/3G/4G/寬帶/WLAN多業務同時接入。

◆組網靈活，傳輸介質為全光纖的方式，可以借用現有的部分傳輸資源實現信號到達覆蓋點。

◆采用遠程供電方式，集成天線，令遠端設備的工程只需要一根網線即可信號覆蓋，大幅度縮短并降低協調難度和工程周期。

◆采用小功率覆蓋解決深度覆蓋和未來高速數據的要求，降低整體系統功耗。

光纖綜合業務接入系統雖然具備安裝方便、節能、部署靈活、兼容性強的優點，但是不能增加室內覆蓋容量。

（2）小基站室內覆蓋系統

目前推出的小型基站產品主要如下：

◆HNB即飛蜂窩基站，是一種超小型、低功率的蜂窩基站，主要用于家庭及辦公室等室內場所，因此也被稱為家庭基站，其在外觀和尺寸上與Wi-Fi接入設備相似。HNB基站發射功率較小，一般為毫瓦級，室內實際覆蓋范圍為20～50m，具有低成本、即插即用、支持寬帶接入、低功率、符合蜂窩移動網絡標準、支持多種標準化協議等優點。

◆Liquid Radio（動態無線電）是諾西提出的小基站技術，由基帶池、有源天線系統和統一異構網絡三部分構成。其重點在于體積更小，集成天線和無線單元，功耗更低，其基帶處理具備云基站的設計構想。

◆Light Radio（靈云無線）是由阿爾卡特朗訊通過云技術、SOC以及天線矩陣技術提出的一種無線解決方案，可以支持2G、3G、4G網絡，部署靈活、覆蓋面廣，可顯著簡化通信網絡的結構。

◆Nanocell是中國移動定義的一種微基站，其集成了Smallcell與WLAN的功能。Nanocell可以靈活地實現樓宇室內覆蓋、企業級覆蓋、公共熱點覆蓋，并支持多種先進技術，包括載波聚合（CA）、多點協同接收（CoMP）、異構網絡干擾管理、自組織網（SON）等。

雖然小基站在室內覆蓋和容量方面具備很多獨特的優點，但在鄰區管理和切換配置、QoS、優化和維護、網絡安全以及與宏基站協同方面還存在一定的技術難點，所以在我國基站密度較高的情況下Smallcell部署落后于發達國家，商用進程較慢，部署力度較小，主要集中在個別省市試點地區，還沒有大規模推廣。未來隨著TD-LTE網絡部署規模的不斷擴大，Smallcell的部署和應用將迎來較好的發展。

3 總結

通過對LTE網絡建設覆蓋方面的問題分析，提出建設LTE網絡需要針對不同的場景進行精細規劃。對于室外覆蓋，盡量保證基站建設在符合蜂窩結構基礎上實現連續覆蓋，避免小區分裂，提升用戶速率；在室內覆蓋方面，除傳統的覆蓋方式之外，為了有效應對室內數據業務的快速增長，在LTE網絡建設初期重點研究、試驗光纖綜合業務接入系統和小基站等創新性室內覆蓋方式，以便為未來LTE網絡發展和成熟提供更多的有效解決方案。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 36.101. UE Radio Transmission and Reception[S]. 2010.

[2] 3GPP TS 36.211. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[S]. 2007.

[3] 3GPP TS 36.212. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Multiplexing and Channel Coding[S]. 2010.

[4] 沈嘉，索士強，全海洋，等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 張新程，周曉津. LTE空中接口技術與性能[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.endprint

2.2 室內深度覆蓋問題

隨著移動互聯網的發展，移動數據流量呈現出爆發式增長的趨勢，而相關統計數據表明，移動數據業務中有70%～80%發生在室內環境中，因此室內覆蓋是LTE網絡建設初期及未來一段時間內運營商關注的重點。室內覆蓋的容量、覆蓋范圍的估算可以借鑒上文作為參考。

為了提升室內覆蓋效果，加快網絡建設進度，國內外相關廠商提出并研制了多種用以提升室內覆蓋效果的技術和設備。目前LTE試驗網除采用RRU+同軸室內分布系統的覆蓋方式之外，還有以下兩類較為新穎的室內覆蓋方式值得重點關注：

（1）光纖綜合業務接入系統

其特點具體如下：

◆可實現2G/3G/4G/寬帶/WLAN多業務同時接入。

◆組網靈活，傳輸介質為全光纖的方式，可以借用現有的部分傳輸資源實現信號到達覆蓋點。

◆采用遠程供電方式，集成天線，令遠端設備的工程只需要一根網線即可信號覆蓋，大幅度縮短并降低協調難度和工程周期。

◆采用小功率覆蓋解決深度覆蓋和未來高速數據的要求，降低整體系統功耗。

光纖綜合業務接入系統雖然具備安裝方便、節能、部署靈活、兼容性強的優點，但是不能增加室內覆蓋容量。

（2）小基站室內覆蓋系統

目前推出的小型基站產品主要如下：

◆HNB即飛蜂窩基站，是一種超小型、低功率的蜂窩基站，主要用于家庭及辦公室等室內場所，因此也被稱為家庭基站，其在外觀和尺寸上與Wi-Fi接入設備相似。HNB基站發射功率較小，一般為毫瓦級，室內實際覆蓋范圍為20～50m，具有低成本、即插即用、支持寬帶接入、低功率、符合蜂窩移動網絡標準、支持多種標準化協議等優點。

◆Liquid Radio（動態無線電）是諾西提出的小基站技術，由基帶池、有源天線系統和統一異構網絡三部分構成。其重點在于體積更小，集成天線和無線單元，功耗更低，其基帶處理具備云基站的設計構想。

◆Light Radio（靈云無線）是由阿爾卡特朗訊通過云技術、SOC以及天線矩陣技術提出的一種無線解決方案，可以支持2G、3G、4G網絡，部署靈活、覆蓋面廣，可顯著簡化通信網絡的結構。

◆Nanocell是中國移動定義的一種微基站，其集成了Smallcell與WLAN的功能。Nanocell可以靈活地實現樓宇室內覆蓋、企業級覆蓋、公共熱點覆蓋，并支持多種先進技術，包括載波聚合（CA）、多點協同接收（CoMP）、異構網絡干擾管理、自組織網（SON）等。

雖然小基站在室內覆蓋和容量方面具備很多獨特的優點，但在鄰區管理和切換配置、QoS、優化和維護、網絡安全以及與宏基站協同方面還存在一定的技術難點，所以在我國基站密度較高的情況下Smallcell部署落后于發達國家，商用進程較慢，部署力度較小，主要集中在個別省市試點地區，還沒有大規模推廣。未來隨著TD-LTE網絡部署規模的不斷擴大，Smallcell的部署和應用將迎來較好的發展。

3 總結

通過對LTE網絡建設覆蓋方面的問題分析，提出建設LTE網絡需要針對不同的場景進行精細規劃。對于室外覆蓋，盡量保證基站建設在符合蜂窩結構基礎上實現連續覆蓋，避免小區分裂，提升用戶速率；在室內覆蓋方面，除傳統的覆蓋方式之外，為了有效應對室內數據業務的快速增長，在LTE網絡建設初期重點研究、試驗光纖綜合業務接入系統和小基站等創新性室內覆蓋方式，以便為未來LTE網絡發展和成熟提供更多的有效解決方案。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 36.101. UE Radio Transmission and Reception[S]. 2010.

[2] 3GPP TS 36.211. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[S]. 2007.

[3] 3GPP TS 36.212. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Multiplexing and Channel Coding[S]. 2010.

[4] 沈嘉，索士強，全海洋，等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 張新程，周曉津. LTE空中接口技術與性能[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.endprint

2.2 室內深度覆蓋問題

隨著移動互聯網的發展，移動數據流量呈現出爆發式增長的趨勢，而相關統計數據表明，移動數據業務中有70%～80%發生在室內環境中，因此室內覆蓋是LTE網絡建設初期及未來一段時間內運營商關注的重點。室內覆蓋的容量、覆蓋范圍的估算可以借鑒上文作為參考。

為了提升室內覆蓋效果，加快網絡建設進度，國內外相關廠商提出并研制了多種用以提升室內覆蓋效果的技術和設備。目前LTE試驗網除采用RRU+同軸室內分布系統的覆蓋方式之外，還有以下兩類較為新穎的室內覆蓋方式值得重點關注：

（1）光纖綜合業務接入系統

其特點具體如下：

◆可實現2G/3G/4G/寬帶/WLAN多業務同時接入。

◆組網靈活，傳輸介質為全光纖的方式，可以借用現有的部分傳輸資源實現信號到達覆蓋點。

◆采用遠程供電方式，集成天線，令遠端設備的工程只需要一根網線即可信號覆蓋，大幅度縮短并降低協調難度和工程周期。

◆采用小功率覆蓋解決深度覆蓋和未來高速數據的要求，降低整體系統功耗。

光纖綜合業務接入系統雖然具備安裝方便、節能、部署靈活、兼容性強的優點，但是不能增加室內覆蓋容量。

（2）小基站室內覆蓋系統

目前推出的小型基站產品主要如下：

◆HNB即飛蜂窩基站，是一種超小型、低功率的蜂窩基站，主要用于家庭及辦公室等室內場所，因此也被稱為家庭基站，其在外觀和尺寸上與Wi-Fi接入設備相似。HNB基站發射功率較小，一般為毫瓦級，室內實際覆蓋范圍為20～50m，具有低成本、即插即用、支持寬帶接入、低功率、符合蜂窩移動網絡標準、支持多種標準化協議等優點。

◆Liquid Radio（動態無線電）是諾西提出的小基站技術，由基帶池、有源天線系統和統一異構網絡三部分構成。其重點在于體積更小，集成天線和無線單元，功耗更低，其基帶處理具備云基站的設計構想。

◆Light Radio（靈云無線）是由阿爾卡特朗訊通過云技術、SOC以及天線矩陣技術提出的一種無線解決方案，可以支持2G、3G、4G網絡，部署靈活、覆蓋面廣，可顯著簡化通信網絡的結構。

◆Nanocell是中國移動定義的一種微基站，其集成了Smallcell與WLAN的功能。Nanocell可以靈活地實現樓宇室內覆蓋、企業級覆蓋、公共熱點覆蓋，并支持多種先進技術，包括載波聚合（CA）、多點協同接收（CoMP）、異構網絡干擾管理、自組織網（SON）等。

雖然小基站在室內覆蓋和容量方面具備很多獨特的優點，但在鄰區管理和切換配置、QoS、優化和維護、網絡安全以及與宏基站協同方面還存在一定的技術難點，所以在我國基站密度較高的情況下Smallcell部署落后于發達國家，商用進程較慢，部署力度較小，主要集中在個別省市試點地區，還沒有大規模推廣。未來隨著TD-LTE網絡部署規模的不斷擴大，Smallcell的部署和應用將迎來較好的發展。

3 總結

通過對LTE網絡建設覆蓋方面的問題分析，提出建設LTE網絡需要針對不同的場景進行精細規劃。對于室外覆蓋，盡量保證基站建設在符合蜂窩結構基礎上實現連續覆蓋，避免小區分裂，提升用戶速率；在室內覆蓋方面，除傳統的覆蓋方式之外，為了有效應對室內數據業務的快速增長，在LTE網絡建設初期重點研究、試驗光纖綜合業務接入系統和小基站等創新性室內覆蓋方式，以便為未來LTE網絡發展和成熟提供更多的有效解決方案。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 36.101. UE Radio Transmission and Reception[S]. 2010.

[2] 3GPP TS 36.211. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Physical Channels and Modulation[S]. 2007.

[3] 3GPP TS 36.212. Evolved Universal Terrestrial Radio Access（E-UTRA）； Multiplexing and Channel Coding[S]. 2010.

[4] 沈嘉，索士強，全海洋，等. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008.

[5] 張新程，周曉津. LTE空中接口技術與性能[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009.endprint