TD—LTE在農村場景建設中的應用策略研究

劉培欣

摘要：本文基于無線傳播模型理論，將農村場景分為平原、丘陵和山區，并基于鏈路預算的結果，給出了在農村建設TD-LTE網絡的策略和方案。

關鍵詞： TD-LTE農村；覆蓋；移動通信

隨著移動互聯網應用的普及，農村居民對無線寬帶的需求進一步提升。目前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，但農村地區的TD-LTE網絡的建設才剛剛起步。農村地區由于面積廣、原有GSM網絡站間距大等特點，對TD-LTE網絡覆蓋的策略提出了新要求。本文基于無線傳播模型的理論，根據鏈路預算的結果，給出了平原、丘陵和山區等不同場景下的站間距的要求，并在此基礎上，提出了農村TD-LTE網絡增強覆蓋的策略和方案。

一、農村網絡構建需求性分析

從市場大環境來看，國家各項政策為推進農村通信及信息化奠定了基礎。中共中央、國務院《2006-2020年國家信息化發展戰略》等有關文件，為做好當前和今后5―15年的農業信息技術應用工作指明了方向。信息產業部據此出臺《關于推進社會主義新農村建設工作的意見》，對推進信息產業服務“三農”及推進社會主義新農村建設做出了具體部署。中國工信部于2013年12月4日向中國移動通信集團公司、中國電信集團公司和中國聯合網絡通信集團有限公司頒發“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（TD-LTE）”經營許可。相對農村來說，城市通信需求飽和度日益提高，農村市場已經成為電信運營商戰略拓展的重要區域之一。我國是個農業大國，農村市場人口眾多，約占全國人口的60%，所以農村市場占到整個市場60%份額，因此，如何在農村市場中占領一片根據地，是各大運營商的首要任務。目前為止，各大運營商已經主動融入當地農村通信建設需求中，積極地針對農村信息化建設，提供新型信息服務，開辟出了新農村的市場。

二、TD-LTE在農村的構建策略

農村的通訊網絡構架，需要考慮當地的實際情況，綜合各個政府部門的因素等，對于中國農村來說，村落的密集程度不同、地型不同、面積不同、地理位置不同等，我們對農村場景的分類如下。根據規劃經驗，將農村主要分為平原、丘陵和山區。平原的特點是：地面平坦或起伏較小、對無線信號的傳播損耗較??；丘陵的特點是：形態起伏和緩，相對高度不超過200米，由各種坡面組合體，對無線信號的傳播損耗較大；山區的特點是：地形崎嶇、起伏較大，對無線信號的傳播的阻擋損耗大。針對此情況，我們做出了以下策略：

（一）頻段的選擇。TD-LTE作為LTE技術的一個重要組成部分，也得到越來越多的國內外運營商的青睞，并逐步展開網絡部署，目前全球已經開通了14張TD-LTE商用網絡，包括在日本、印度、澳大利亞等國家的網絡。在LTE技術中，TD-TLE有兩種頻段，F/D頻段，針對農村的覆蓋面積小，兩基站距離大，信號強度需求高等特點，綜合分析得知選用F頻段理論上是要優于D頻段的。F頻段處于TDD頻譜的最低位置，相對于處于2.6GHz的D頻段低了近800MHz，在進行室外宏蜂窩連續覆蓋時，具有天然優勢。根據2012年在某省進行的19個基站組成F頻段連續覆蓋片區的測試結果，可以看到，在相同距離下采用D頻段覆蓋的RSRP比采用F頻段的低了4dB，SINR低了3dB，掉話點距離D頻段比F頻段縮短了250m左右。當小區覆蓋邊緣滿足RSRP達到-110dBm時，F頻段的覆蓋距離是D頻段的1.35倍；如果折合成單站的最大覆蓋面積，采用F頻段的單站覆蓋面積將達到D頻段的約1.8倍。這就意味著，在實現網絡連續覆蓋時，采用D頻段無疑要比F頻段占用更多的站址資源，建設更密集的基站。

（二）天線的選取。自2013年以來，有中國創建的TDLTE網絡在全球范圍內進入蓬勃發展期。在TD-LTE網絡的部署中，如果采用傳統的天線，會遇到一系列的技術問題，好比現在的軟件系統搭載在十年前的電腦上是一樣的，具體而言，信號的收發會受到嚴重的限制，網絡傳輸速度會降低到過去的速度，不僅是發射天線的功率不能滿足4G的需求，而且會造成資源的浪費?；谵r村網絡目前的情況以及未來的發展趨勢，市場需要一種功能更加強大的天線用來收發信號，例如網絡性能、自動調整天線下傾角、陣子復用技術等，這些技術以往的天線并不能夠滿足，而我們下面介紹的FA/ D雙頻獨立電調天線將能完美的滿足TD-LTE通訊網絡的技術需求。FA/D雙頻獨立電調天線憑借在網絡性能、安裝部署、遠程管理等方面的獨特優勢，成為運營商建設優質TDLTE網絡的最佳天線解決方案。FA/D雙頻獨立電調天線可以針對FA頻段和D頻段獨立調整天線下傾角，使不同的頻段達到同樣的覆蓋效果，保證不同場景下TD-LTE網絡性能最優。

（三）TD-LTE網絡在農村場景的劃分

根據目前城市的測試結果和規劃參數，結合農村覆蓋要求的特點，農村覆蓋的一些重要規劃參數可以確定如下：

1.室內覆蓋要求的RSRP門限值取-113dBm，鄰區干擾余量取3dB，人體損耗取3dB，其他余量取5dB。

2.F頻段農村室內的綜合穿透損耗取13dB。

農村場景基本沒有電子地圖，無法做仿真，因此只能通過鏈路預算來估算小區的覆蓋半徑，從而估算農村場景下的規劃質量。根據規劃經驗，將農村主要分為平原、丘陵和山區。平原的特點是：地面平坦或起伏較小、對無線信號的傳播損耗較??；丘陵的特點是：形態起伏和緩，相對高度不超過200米，由各種坡面組合體，對無線信號的傳播損耗較大；山區的特點是：地形崎嶇、起伏較大，對無線信號的傳播的阻擋損耗大。

（四）各場景鏈路預算結果

根據無線傳播模型，結合TD-LTE不同業務對解調門限的要求以及前述設定的規劃參數，農村單個基站的覆蓋距離在不同場景下鏈路預算的覆蓋半徑：平原旱地在1.8-2.1km，水稻田在3.4-3.9km，丘陵中天線掛高明顯高于丘陵的1.7-2km，天線高與丘陵相當的在1.5-1.7km，天線掛高第一丘陵在1.2-1.5km，山區中基站位于高山上的在2.2-2.7km，信號被遮擋一半的在1km，信號被大山全部遮擋無法覆蓋。目前85%以上的農村GSM基站的站間距都在啊3公里以內，可以滿足TD-LTE網絡對覆蓋的要求。

（五）覆蓋的策略和方案

85%以上的基站可采取以下策略：滿足以上覆蓋距離要求的前提下，采用F頻段8T8R建設宏基站，特殊子幀建議采用9：3：2，，PRACH格式選擇格式0（UL：DL=1：3），天線高度控制在40m～60m之間，天線下傾角低于6度。

為了進一步提高網絡的覆蓋能力和業務質量，對于一些需要增強覆蓋的場景，可以通過以下策略，加強農村場景下TD-LTE網絡的用戶感知水平。

1.16T16R TDS/TDL雙模創新方案提升邊緣區域覆蓋能力

下行同一個小區采用2個8 通道RRU，其中一個RRU下行主發射TDL，另一個RRU下行主發射TDS，TDS的剩余功率可以給TDL使用，下行單制式可以最大化使用每個RRU的功率，TDL可以實現下行16通道發射。預計可提高20%的增益。

2.使用高增益天線提高覆蓋能力

在F頻段使用長度1.96m，17dBi的高增益天線代替傳統14dBi的智能天線，可提高20%的覆蓋能力。

3.使用Relay基站回傳，延伸覆蓋能力

宿主基站為用戶提供覆蓋的同時，給Relay節點提供無線回傳鏈路，在一些覆蓋廣，有盲區的山區使用，延伸TD-LTE的覆蓋能力。

三、總結

本文主要介紹了農村場景下TD-LTE網絡的建設原則、策略和方案，并給出了實際的測試案例，測試結果表明建設方案完全能夠指導TD-LTE網絡在農村的建設。

參考文獻

[1]劉光毅等. 智能天線及其在TD-LTE中的應用[J]. 電信科學 2009.12

[2]戴源等. TD-LTE無線網絡規劃與設計 人民郵電出版社[J]. 2012.4