LTE FDD網(wǎng)絡(luò)農(nóng)村廣覆蓋方案分析

喬梓 錢宇平 杜吉友 張磊

【摘 要】為實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)快速覆蓋，在只利舊CDMA站點(diǎn)的前提下，采用80 W有源天線、60 W 2T8R等設(shè)備組網(wǎng)方式解決農(nóng)村區(qū)域的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為LTE高頻段的農(nóng)村廣覆蓋提供新的參考方法。

【關(guān)鍵詞】LTE 廣覆蓋 有源天線 2T8R

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）09-0039-06

1 引言

電信LTE網(wǎng)絡(luò)采用1.8 G頻段，與CDMA 800M頻段相比，存在覆蓋距離短、穿透力不強(qiáng)、易受遮擋而導(dǎo)致覆蓋信號快速衰落等缺點(diǎn)，因此、LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)站址需求數(shù)量更大、質(zhì)量要求更嚴(yán)格、基站建設(shè)難度更高。在廣大偏遠(yuǎn)農(nóng)村，業(yè)務(wù)需求低、人口少、基站利用率低、投資效益差，但從客戶需求和品牌影響力考慮，又要求實(shí)現(xiàn)農(nóng)村的4G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。為了平衡效益和需求的矛盾，解決廣大偏遠(yuǎn)農(nóng)村低成本4G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，常州電信積極進(jìn)行農(nóng)村廣覆蓋試點(diǎn)，采用80 W有源天線、60 W 2T8R等設(shè)備組網(wǎng)，通過理論與測試結(jié)合的方式，探索行之有效的解決方案。

2 可行性分析

2.1 純農(nóng)村區(qū)域特點(diǎn)

農(nóng)村區(qū)域地廣人稀，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的要點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)效益，即投入最少的建站成本獲取最好的覆蓋。從迅速實(shí)現(xiàn)農(nóng)村廣覆蓋的角度出發(fā)，利用各種新技術(shù)和新設(shè)備，結(jié)合CDMA現(xiàn)網(wǎng)基站進(jìn)行LTE建設(shè)是最可行的方案。

以常州白塔農(nóng)村區(qū)域?yàn)槔搮^(qū)域有4個CDMA現(xiàn)網(wǎng)基站，3G話務(wù)分布情況如圖1所示。

若按照平均1.5 km的站間距結(jié)合2T4R的方式進(jìn)行規(guī)劃，為達(dá)到覆蓋要求，該區(qū)域需額外新增4個基站，具體分布如圖2所示：

該區(qū)域話務(wù)量低，若考慮新建鐵塔，投資效益低且工期長。因此，考慮創(chuàng)新技術(shù)手段結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)站達(dá)到覆蓋目標(biāo)，為市場競爭提供強(qiáng)有力的網(wǎng)絡(luò)覆蓋基礎(chǔ)。

2.2 兩種新型設(shè)備特點(diǎn)

（1）80 W有源天線設(shè)備特點(diǎn)

如圖3所示，該設(shè)備集成了寬頻天線及80 W大功率2T4R RRU，省去了傳統(tǒng)建設(shè)方式的接頭和跳線損耗，同時提升了上下行增益。

（2）2T8R組網(wǎng)特點(diǎn)

2T8R組網(wǎng)方式是將2個2T4R射頻單元雙拼，BBU采用相應(yīng)的2T8R專用板卡，天線可選擇單根2T8R天線或2根2T4R并排放置的方法（天饋朝同一方向），每個小區(qū)配置如表1所示：

2.3 鐵塔承重分析

80 W有源天線和2T8R相對于傳統(tǒng)的2T4R（2R）設(shè)備，尺寸、重量和迎風(fēng)面積都產(chǎn)生了巨大變化，因此對鐵塔的有更高的要求。根據(jù)鐵塔承重的復(fù)核報(bào)告及相關(guān)承重經(jīng)驗(yàn)原則，分析如表2所示：

（1）2008年以后建設(shè)的落地塔

有空余抱桿：對于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的落地塔，可以直接利舊空余抱桿。

無空余抱桿：在塔身新增抱桿，需視具體情況分析。

（2）2008年以前建成的落地塔

有空余抱桿：對于有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的角鋼塔、三管塔、單管塔，在生產(chǎn)施工及維護(hù)規(guī)范的情況下可以直接利舊空余抱桿。若鐵塔使用時間較久，還需根據(jù)現(xiàn)場的破舊程度判斷。

無空余抱桿：需視具體情況分析。

2.4 傳輸損耗分析

電磁波在穿透任何介質(zhì)的時候都會有損耗，定義為自由空間損耗，公式如下：

自由空間損耗L=20lgF+20lgD+32.4 （1）

其中，F(xiàn)為頻率，單位為MHz；D為距離，單位為km。

當(dāng)傳輸距離D一定的情況下，頻率越高，損耗越大。計(jì)算可得LTE1.8 G傳輸損耗較CDMA800 M相差為7 dB，即：

（1）LTE1.8 G要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量與CDMA800 M相當(dāng)，在其它條件不變的情況下，站間距需減少1/2以上，單站的覆蓋面積為原CDMA的1/4以下，基站規(guī)模要達(dá)到CDMA的4倍以上。

（2）若LTE和CDMA進(jìn)行同站址組網(wǎng)，LTE要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量與CDMA相當(dāng)?shù)脑挘仨氁ㄟ^其他方式提升覆蓋，可通過增加下行發(fā)射功率來提升下行覆蓋，同步增加上行接收端口，彌補(bǔ)損耗差異。

當(dāng)設(shè)備發(fā)射功率為20 W時，增加發(fā)射功率相對于20 W獲得的增益如表3所示：

增加上行端口相對于2R方式獲得的增益如表4所示：

因此，LTE采用80 W 2T8R方式組網(wǎng)相比于20 W 2T2R方式上下行均可獲得6 dB的增益，遠(yuǎn)小于原LTE與CDMA間7 dB的差異，意味著LTE1.8 G利用CDMA800 M現(xiàn)網(wǎng)站址實(shí)現(xiàn)薄覆蓋存在理論上可能。目前主設(shè)備廠家支持60 W 2T8R和80 W 2T4R的組合，需通過實(shí)際安裝測試驗(yàn)證覆蓋效果。

2.5 投資效益分析

采用2T4R、2T8R和80 W有源天線方式組網(wǎng)的單站投資分析如表5所示：

由于2T4R覆蓋方式，站點(diǎn)為CDMA現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)量的2倍，以80 W有源天線替換或采用60 W 2T8R覆蓋方式，原2T2R/4R主設(shè)備的優(yōu)化方式的投資成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新建基站的方式。

80 W有源天線設(shè)備無需額外天饋投資，從單站總投資來看80 W有源天線站點(diǎn)較2T4R高2.82萬元，增幅21%；2T8R單站投資較2T4R高7.17萬，增幅54%。但2T8R和80 W有源天線方式較2T4R方式單站覆蓋范圍大，所需站點(diǎn)數(shù)量小，綜合投資成本相對較低。

80 W有源天線雖然較2T8R方式更節(jié)約投資成本，但靈活性沒有2T8R強(qiáng)，因?yàn)楫?dāng)后期話務(wù)量上漲時，基站裂化，增加基站減小覆蓋面積時，2T8R又可拆成2個2T4R利舊使用。

3 試點(diǎn)情況

3.1 建設(shè)方案

該區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)平均站間距約2.5 km，村落分布稀疏，為典型的純農(nóng)村場景，CDMA現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)分布如圖4所示：

白塔區(qū)域采用60 W RRU+2T8R天線的方案，全部利舊CDMA現(xiàn)網(wǎng)基站進(jìn)行建設(shè)，經(jīng)承重核實(shí)，4個基站鐵塔上均有空余抱桿，可直接利舊。

3.2 DT測試

站點(diǎn)完成開通后對該區(qū)域進(jìn)行初次DT測試，后對基站進(jìn)行微調(diào)優(yōu)化后進(jìn)行復(fù)測，整體路測情況如表6所示。

從測試情況來看，該區(qū)域整體RSRP和SINR值均良好，下載和上傳速率亦處于優(yōu)良水平，整體覆蓋率遠(yuǎn)高于集團(tuán)考核要求，效果明顯。白塔片區(qū)LTE 2T8R試點(diǎn)覆蓋如表7所示。

3.3 CQT測試

室內(nèi)部分CQT測試點(diǎn)分布在各個村落內(nèi)，測試選取了8個村莊，整體位置分布如圖5所示。

CQT整體測試結(jié)果如表8所示。

通過以上測試情況可以看出，村落內(nèi)CQT結(jié)果測試情況尚可，平均RSRP值為-97.6 dBm左右，平均SINR值為10 dB左右，下載速率近20 Mbps，上傳速率11 Mbps，完全滿足集團(tuán)目標(biāo)要求。

3.4 小結(jié)

根據(jù)DT測試結(jié)果，白塔區(qū)域整體覆蓋情況較好，整體覆蓋率超過98%，下載速率近49 Mbps，上傳速率超過30 Mbps，均處于較好水平。

根據(jù)室內(nèi)測試結(jié)果，整體情況較好，可見大功率RRU+2T8R解決方案對解決偏遠(yuǎn)村落區(qū)域的深度覆蓋有較好的效果。

通過對常州金壇、溧陽農(nóng)村區(qū)域的鐵塔歸類分析、2T8R組網(wǎng)與2T4R組網(wǎng)規(guī)劃投資效益的對比以及將來2T8R向2T4R演進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)，得出利用現(xiàn)網(wǎng)基站實(shí)現(xiàn)金壇、溧陽農(nóng)村區(qū)域的LTE廣覆蓋的推廣可行性。

4 結(jié)論

本文通過采用新型80 W有源天線設(shè)備和大功率2T8R組網(wǎng)方式，在精確的鐵塔承重分析基礎(chǔ)上，結(jié)合損耗理論和投資效益分析，在農(nóng)村區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)取得良好的覆蓋效果，對指導(dǎo)偏遠(yuǎn)農(nóng)村區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低成本快速網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋具有良好的借鑒意義。

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