LTE高速公路覆蓋解決方案

中國電信股份有限公司西安分公司　侯宇坤

LTE高速公路覆蓋解決方案

中國電信股份有限公司西安分公司侯宇坤

高速公路是一種特殊的場景，狹長空曠，速度快，且周圍環境復雜多樣。因此，解決這樣場景的網絡覆蓋不易用傳統的蜂窩式布網。本文針對該特殊場景，進一步細分多樣化場景，并對用戶應用行為分析，提出了一套適用于高速公路場景的完備且有效的覆蓋方案。

LTE 高速公路；覆蓋方案

1　場景特點

對于高速公路的場景，周圍多為空曠場景，部分路段周圍有建筑物，時速100-120Km為主，在城區內里程較少，多為聯系城市間道路，用戶移動速度快，道路與行人隔離，用戶分布在車里，有一定的車體穿透損耗。主要需要解決覆蓋問題，部分場景需要兼顧周邊城鎮、村莊。

2　LTE高速公路組網方案

鑒于前文提到的高速公路場景的特點，LTE高速公路組網方案的設計注定不是單一的網絡鋪設；相反，需要對高速公路場景進一步細分，并對用戶行為進行建模分析，兼顧覆蓋及容量規劃，對不同場景提出針對性的網絡覆蓋解決方案。

2.1隧道場景覆蓋

2.1.1場景特點

隧道是高速公路建設中繞不開的一個問題，也是LTE網絡覆蓋中必須解決的一個難題。公路隧道一般較為寬敞且隧道高度較高以穿山隧道、過路隧道和湖底隧道為多，其中過路隧道距離較短。

公路隧道有如下特點：a）車體填充效應微弱；b）進入隧道時車速較慢，隧道內的車速在80km/h左右；c）信號主要穿透車窗玻璃進入車內。

2.1.2傳播模型

對于公路隧道類型，綜合考慮建設難度和成本兩個方面，選擇造價較低的分布式天線覆蓋為主。目前隧道中使用的傳播模型為：PL=K*d + L0，其中Lo與天線的安裝方式有關，d為距離（km）。一般情況下，隧道成直線的情況，則L0 =75dB，K在25以下：而隧道彎曲的情況下，由于反射次數增加，K值也增加，一般取值為30以上，對于彎曲度達到60度以上時，k取40。根據經驗測試結果，汽車隧道陰影衰落標準差為6dB。所以，一般情況可取隧道內的傳播模型為PL =75+35 （d）（km）。

2.1.3鏈路預算

傳播模型有了，我們就可以對傳輸鏈路做相應的計算。我們以1.8GHz頻段為例，基站采用2T2R的RRU，功率配置2*20W，帶寬20M，上下行邊緣速率要求256K/4M，天線增益10dBi，基站高度5m。鏈路預算的結果如下：對于2T2R、2*20W的情況：在一定假設條件下，覆蓋半徑大約為1.4km。

2.1.4覆蓋規劃

對于公路隧道場景，考慮到公路隧道一般較為寬敞且隧道高度較高，另外考慮成本因素，通常采用天線直接對隧道進行覆蓋，覆蓋設計方案如圖2-1所示。

圖2-1　隧道場景覆蓋解決方案示意圖

對于一些比較長的隧道，或者隧道比較彎曲的情況，可以考慮增加信源，用多個RRU進行隧道覆蓋，或者通過泄露電纜進行覆蓋。

2.2宏站場景覆蓋規劃

2.2.1傳播模型

假定使用1.8G頻段（上行1755～1775MHz，下行1850～1870MHz），采用Cost231-Hata（Huawei）Highway的傳播模型如下：

其中，MAPL：一定覆蓋距離情況下的最大允許路徑損耗；f：使用的頻率；Hb：基站的有效高度；D：覆蓋距離；Hue：終端高度；穿透損耗設置。

高速公路的用戶主要分布在各類型的汽車里，信號主要穿透車窗玻璃進入車內，考慮比較惡劣的情況，建議穿透損耗按照15dB情況進行計算。

2.2.2鏈路預算

鏈路預算考慮基站采用2T4R的RRU，功率配置2*40W，帶寬20M，上下行邊緣速率要求256K/4M，天線增益18dBi，基站高度20m。對于2T4R、2*40W的情況：在一定假設條件下，覆蓋半徑大約為2km。

2.3容量規劃

容量規劃需要從話務及容量兩個方面進行建模規劃，高速公路場景話務模型和容量模型參考現網數據，并結合高速公路場景的特點進行規劃分析。

2.3.1話務模型

不同網絡的話務模型千差萬別。LTE的話務模型研究還處于起步階段，可以通過3G現網數據業務的統計進行一定的推算。我們采用和高速公路場景相似度較高的郊區話務模型進行匹配計算。對于高速公路場景采用郊區的話務模型進行計算如下：

業務模型主要表征業務的特點，主要考慮以下因素。

（1）Typical Bear Rate（kbps）：該業務的典型承載速率；

（2）E-RAB Session Time（s）：會話時長，一次會話持續的時間；

（3）E-RAB Session Duty Ratio：會話激活因子，在一次會話中，有數據傳輸占的比例；

（4）BLER：誤塊率，會話過程中，保障業務質量所需的誤碼率；

（5）Throughput Per Session（kbit）= Typical Bear Rate（kbps） * E-RAB Session Time（s）* E-RAB Session Duty Ratio /（1-BLER）。

表3-1　假定的業務模型

話務模型分析的主要目的是計算出每用戶的吞吐量。

（1）忙時每用戶吞吐量 （kbps）=Throughput Per Session（kbit）*業務次數/3600。

（2）Total是將每用戶忙時吞吐量按照業務滲透率進行加權平均。

表3-2　假定的話務模型

2.3.2 容量需求

容量規劃方面，我們依舊采用郊區和農村的數據用作高速公路場景容量規劃分析。考慮單小區存在200個用戶的情況，根據假定的話務模型預測結果，可以得到單小區的容量需求為：

上行容量需求=5.6*200=1120Kbps下行容量需求=18.3*200=3660 Kbps在郊區和農村場景下，LTE每載波可提供的平均吞吐量如下：

表3-3　LTE小區平均吞吐量（20M帶寬）

由表3-3可以看出，20M帶寬的LTE載波足夠滿足高速公路小區的容量需求。另外，考慮極端場景，在高速公路堵車的情況下，假設單小區存在1300個用戶。

假設如下條件：

（1）手機的擁有率為100%

（2）中國電信用戶占有率為35%

每覆蓋區忙時按最多人數460計算，則460個用戶容量需求如下：

忙時上行容量需求=5.6*1300*100%*35%=2576 Kbps

忙時下行容量需求=18.3*1300*100%*35%=8418 Kbps

20M帶寬的LTE載波依舊能滿足忙時上行/下行容量需求。因此，對于LTE高速公路覆蓋場景，一個20M的LTE載波能夠滿足網絡容量的需求。

2.4 切換規劃

對于高速公路場景，不需要由專網進行覆蓋，可以參照常規的郊區場景進行規劃。

2.5TA/TAL規劃的要求

對于高速公路場景，不需要單獨規劃TA/TAL，可以與周邊小區一起規劃， TAL的邊界不要放在話務量很高的地方（比方說人口密集的區域），保證TAU信令開銷頻繁的位置位于話務量較低的區域內，比方說農村或者山區場景。

2.6設備選型

2.6.1基站設備選型

高速公路宏站場景可選設備形態較多，可根據設備安裝條件靈活選擇。對于具備機房和鐵塔安裝條件的推薦使用BBU+RRU分布式基站；對于RRU無法上塔安裝的可選用一體式宏站+饋線的安裝方式；對于無機房條件的站點可選用室外型機柜安裝設備。

2.6.2天線選型

天線選擇跟具體覆蓋場景密切相關，一般情況按照以下原則進行：宏站場景一般選擇高增益天線進行覆蓋。隧道場景，在覆蓋可以滿足要求條件下，可采用低增益的定向天線進行覆蓋

2.6.3特性應用

高速公路覆蓋場景不需要配高速/超高速小區，對于1.8GHz，普通小區即可滿足要求，因此不需要進行特殊算法的配置。

3 總結

本文對高速公路場景特點進行了分析，從傳播模型、鏈路計算、覆蓋規劃及話務模型角度角度提出了隧道場景和非隧道場景提出了不同覆蓋方案。文章又進一步從容量規劃、切換規劃、TA/ TAL規劃以及設備選型方面探討了方案的可行性，對LTE高速公路場景類覆蓋規劃有非常好的指導作用。

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侯宇坤（1978—），男，碩士，工程師，研究方向：通信工程及相關技術。