TD—LTE農村覆蓋的解決方案研究

陳光洪

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司 廣東 東莞 523000）

摘要：如何增強農村地區TD-LTE網絡的覆蓋，是中國移動4G網絡建設過程中面臨的重大課題，文章根據農村地區4G覆蓋的相關指標及需求，并提出了農村TD-LTE覆蓋解決方案，并對這些新技術進行了比較，給出農村場景使用優先級，為農村部署TD-LTE網絡提供參考。

關鍵詞：4G網絡建設；農村地區；TD-LTE覆蓋

目前，4G網絡建設正大規模推進，大部分城市的主城區和一般城區都實現了TD-LTE網絡的覆蓋。與此同時，農村地區數據業務需求增長迅速，農村地區成為數據用戶的熱點區域，農村場景的TD-LTE網絡覆蓋已成為各運營商需要迫切解決的問題。但是，農村地區面積廣、地形復雜多樣、村莊分散，并且TD-LTE的頻段較高，這對TD-LTE網絡的覆蓋提出了新要求。

1 農村地區4G覆蓋相關指標

廣覆蓋主要指廣域覆蓋，包括連續覆蓋和熱點覆蓋。連續覆蓋指特定室外區域的整體覆蓋，區域內達到一定比例的覆蓋概率。熱點覆蓋指特定室外區域的局部覆蓋，局部區域內達到一定比例的覆蓋概率。

由于農村地域面積廣，人口密度小，農村4G覆蓋從熱點覆蓋逐漸轉向必要區域的連續覆蓋。現階段，農村4G并非“連續覆蓋”，可通過行政村覆蓋率、面積覆蓋率、人口覆蓋率、數據業務覆蓋率等指標來表征覆蓋程度。其中，行政村覆蓋率可通過有覆蓋的行政村數量進行估算，面積覆蓋率、人口覆蓋率以及數據業務覆蓋率需要考慮村莊的有效覆蓋面積、人口數量等信息，統計上有一定難度。

2 TD-LTE農村覆蓋的解決方案

2.1 高增益智能天線

2.1.1 技術原理

天線增益經驗公式：

G=10lg（32400/（θH3dB×θV3dB））

其中：θH3dB、θV3dB分別為天線在水平、垂直面上的波瓣寬度。

由上述公式可以看出，天線增益、水平波瓣寬度、垂直波瓣寬度3個參數是固定數學關系，高增益智能天線的主要實現原理是通過減小水平或垂直波瓣寬度，提高增益。目前有兩種實現方案，一種是“加寬加長”方案，一種是“上下排列”方案。

“加寬加長”方案通過增加天線陣列間距，減小水平單元波束，同時增加每列的振子數，減小垂直面波束寬度，可以提高單元波束的增益。“上下排列”方案是將4列陣列上下排列組成8通道天線，拉大陣列間距，減小水平單元波束寬度，提高單元波束的增益。

2.1.2 性能提升

目前現有F頻段增益智能天線與普通天線相比，天線增益約提升2.5dB，小區覆蓋半徑提升超過20%。

2.1.3 部署建議

與普通八通道智能天線相比，高增益智能天線體積增加20%，重量增加10%，對天面的要求更高。在部署時，需考慮天面是否滿足要求。

高增益智能天線由于其部署方便，投資效益高，廣泛適用于農村4G基站，建議優先使用。

2.2 導頻功率提升

2.2.1 技術原理

（1）實現方式1：高功率RRU是將射頻輸出功率由8×10W提高到8×20W，可以支持更高的CRS發射功率；與8×10W的RRU相比，發射功率提升3dB，下行覆蓋半徑可提高20%。

（2）實現方式2：無線信道功率調整。通過調整不同無線信道之間的功率分配比例，提升CRS發射功率，改善RSRP、RS-SINR覆蓋指標，從而提升CRS的覆蓋范圍和覆蓋質量。但是通過調整不同無線信道之間的功率分配比例的方案，業務信道速率會較低。

（3）實現方式3：無線信道功率調整。小區參考信號功率與帶寬成反比，對于業務需求不是很旺盛區域，可通過縮帶寬的方式增強單位頻率的功率，實現增強下行覆蓋的目的。

2.2.2 部署建議

高功率RRU可以全面提升下行信道的發射功率，改善下行覆蓋，適用于農村廣覆蓋的普遍需求，但是在部署時需注意上下行鏈路平衡。

在農村4G業務發展初期，主要考慮覆蓋需求，容量需求不明顯，可通過縮帶寬、調整不同無線信道之間的功率分配比例的方式增強CRS單位頻率的功率，實現增強下行覆蓋的目的。

2.3 六扇區技術

2.3.1 技術原理

六扇區技術是充分利用智能天線的波束賦形能力，在不新增設備的情況下，將傳統單站3扇區模式轉變為6扇區模式。在同一個RRU、同一個天線上建立兩個異頻的TD-LTE小區，快速、低成本提升單站覆蓋能力和網絡性能和容量。

技術實現上，利用TDD特有的智能天線波束賦形能力，通過調整天線幅度和相位權值，將2個小區方位角各偏置一定角度進行覆蓋。

2.3.2 性能提升

在六扇區模式下，兩載波波束變窄，相比傳統三扇區能量更集中。

另外，通過優化調整天線幅度和相位取值，為智能天線尋找一組功率和干擾處于最佳平衡點的參數模型，實現能量的再分布，提升邊緣用戶信號強度，改善用戶感知。

原扇區方向增益提升6dB（120°與240°方位），原扇區夾角方向增益提升7～9dB。

2.3.3 部署建議

六扇區技術在覆蓋和容量方面的性能提升，使其有廣泛的應用場景。

（1）六扇區技術建立在現有站址基礎上，可解決選址難的問題。

（2）與原三扇區20Mbit/s融合組網，提升單小區覆蓋半徑，可以改善城區室內深度覆蓋和農村廣覆蓋水平。

（3）可以解決高校區等場景的覆蓋、容量需求。考慮到農村村莊分布廣泛，村莊與農田交錯分布，村莊不連續性較強，因此六扇區技術在農村的應用場景有限。

2.4 16T16R技術

2.4.1 技術原理

16T16R是將兩個8通道RRU、兩面8通道天線進行雙拼，共同覆蓋同一小區，形成16通道收發，從而提升覆蓋能力。

2.4.2 性能提升

對于下行，兩個8通道RRU可以最大化使用每個RRU的功率，以滿足農村廣覆蓋場景下行功率的需求，下行覆蓋半徑相對8T8R提升30%。

對于上行，采用16通道接收，并采用最大比合并算法提高上行信號解調能力，從而提升上行覆蓋能力。上行增益相對8T8R理論提升4dB，對應覆蓋半徑能力提升25%。

2.4.3 部署建議

16T16R技術在部署時，對天面要求較高，兩個天線需部署在同一水平面，水平間距要求在3～5倍波長，并且具有相同的方向角和下傾角，實現同覆蓋。實際現網部署時存在較大困難，影響實施效果。

2.5 覆蓋增強COMP功能

覆蓋增強COMP功能，本小區和鄰區通過協作同時對邊緣用戶進行聯合接收處理，以提高網絡性能。

根據現網測試驗證：在小區邊緣（RSRP=-100dBm）區域吞吐量增益約10%，在室外站覆蓋室內的邊緣（RSRP=-115dBm）區域吞吐量增益約30%。

在覆蓋受限場景開啟，COMP功能可增強邊緣覆蓋性能，尤其對于室外站覆蓋室內的場景。

3 農村4G覆蓋技術對比

表1給出了5種覆蓋增強技術的特點，農村4G廣覆蓋使用建議為優先使用高增益天線技術和導頻功率提升技術，六扇區技術、16T16R技術、COMP技術在農村實施效果相對較弱，可在特定場景具備條件時使用。

4 結束語

總之，TD-LTE作為一種先進的技術，其優勢十分明顯，有更高的頻譜利用率，但廣大農村區域如何實現4G 覆蓋成為下一步網絡建設的重點。文章通過5種覆蓋增強技術，并通過技術比較，給出了每種技術的部署建議，可為農村TD-LTE實現廣度、深度覆蓋提供參考方法。

參考文獻

[1]徐德平，鄧安達，程日濤等.農村TD-LTE覆蓋增強方案研究[C].中國移動通信集團設計院新技術論壇. 2014.

[2]高明皓，陳新，郭建光等.TD-LTE在平原農村覆蓋能力的研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2016， 29（6）：69-74.