基于大話務場景下的LTE多頻天線覆蓋規劃性能研究

張華艷，馬 娟，陸昕為，韋鴻健，雷海飛

（中國移動通信集團廣西有限公司南寧分公司，廣西 南寧 530022）

0 引 言

隨著社會信息化時代的迅速發展，人們對無線移動通信提出了更高的要求和標準。2004年底，3GPP提出3G的長期演進標準，即LTE。隨后國內各大運營商爭先發展移動化、寬帶化和IP化的LTE、TDD及FDD網絡，想以較低成本實現更高數據速率、更短時延的網絡需求。LTE主要采用OFDM、單載波（SCFDMA）及MIMO等關鍵技術，縮短用戶平面和控制平面的延時，加快數據速率。

由于全球頻率資源日益緊張，在LTE系統中不得不使用同頻組網方式實現區域覆蓋。相同子載波資源將被重復利用，小區邊緣用戶會受到相鄰小區的同頻干擾，造成邊緣用戶速率低等問題，從而降低了小區系統吞吐量。LTE在大型業務通信保障、大型賽事、演唱會、大量觀眾和媒體等人流量集中的區域問題更為復雜，覆蓋、容量及干擾成為隨時需要關注的問題。

通過對無線傳播環境、LTE頻率資源、LTE天線參數及LTE系統頻率資源利用進行闡述，綜合分析小區負載均衡策略，從硬件設備入手，給出大型場館場景了的具體網絡規劃方案，不僅有利于解決今后網絡規劃中的容量需求問題，更能實現TD-LTE的精細化組網。

1 LTE頻率資源分析

大話務場景下，對容量、覆蓋的要求苛刻。同頻重疊覆蓋、覆蓋的不合理以及信號傳播、各種型號天線增益、功率等差異性和復雜性，致使同頻重疊覆蓋嚴重。因此，了解移動通信無線波傳播、頻率資源和天線參數等特性，對網絡規劃至關重要。

1.1 移動通信無線波傳播分析

移動通信通過基站、用戶終端兩條天線發射和接收信號進行通信，使用直射、繞射和反射等傳播方式進行傳播。受不同傳播環境因素影響，在接收端接收的信號為多路徑信號疊加[1]。通過無線傳播模型公式可知，無線波傳播損耗受頻率、距離、接收和發射增益的影響。

其中，gt和gr分別為發射和接收增益，f為頻率，d為距離[2]。

1.2 LTE頻率資源分析

由于頻率資源稀缺，且有著高業務需求，LTE只能實行同頻組網的形式進行組網。具體地，通過F頻段（1 885～1 915 MHz）、D頻段（2 575～2 635 MHz）及E頻段（2 320～2 370 MHz）進行，功率、頻率資源協調常用于減少同頻干擾[3]。功率資源協調，即對小區上某一個頻率增強小區功率，其余2個頻率降低小區功率，實現邊緣區域信號覆蓋呈異頻狀態，減少小區間干擾。頻率資源協調將頻段分段使用，即分成多個載波，確保邊緣用戶間呈現異頻狀態，提高邊緣吞吐量，減少小區間干擾。目前，TD-LTE分段使用帶寬分段共8個，即F1、F2、D1、D2、D3、E1、E2、E3頻點，帶寬共計140 MHz，如表1所示。

如表2所示，E、D頻段無線電波衰減快，空間傳輸和穿透損耗較大[4]；組網時，常將F、D、E三個頻段覆蓋于不同場景，選擇D頻用于道路覆蓋，E頻用于室分覆蓋，F頻段用于深入、邊緣覆蓋。但是，在大話務場景下，三頻合理覆蓋組網形式是解決同頻干擾和滿足容量的有效措施之一。

表2 LTE天線損耗表

1.3 LTE天線參數分析

LTE基站天線和終端天線作為發射和接收信號的物理載體，其接收和發射信號質量對于高速數據傳輸速率和高系統容量至關重要。

移動通信LTE天線為多天線技術（MIMO），目前2/8通道天線較為常用。8天線對比2天線，8通道天線可使用波束賦形技術，上行信道可獲得更高接收分集增益，下行可獲得賦形增益，其覆蓋能力和吞吐量優于2通道。受傳輸方式和回退方式影響，2通道天線常用傳輸模式具體為TM2、TM3、TM4，8通道天線傳輸模式具體為TM2、TM3、TM4、TM7、TM8[5]。多天線傳輸模式，如表3所示。

表3 多天線傳輸模式

天線增益、電下傾角、支持頻段、水平波寬等為LTE天線重要參數。LTE天線支持的頻段主要有1 880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz、2 500～2 690 MHz、2 575～ 2 635 MHz、1 710～ 1 850 MHz、2 320～ 2 370 MHz，而不同廠家天線中心頻段存在差異性。天線增益影響LTE發射和接收信號總體覆蓋的邊界距離，水平波寬大小體現主波瓣發射寬度，在高天線增益、寬水平波寬的天線覆蓋下可獲得廣覆蓋能力。窄水平波寬，實現合理方向性[6]。在F/D共天饋情況下，受D頻段衰減損耗影響，其增益高于共天饋的F頻段增益2～3 dBi，普通天線增益為14～16.5 dBi。高增益天線增益為17～18.5 dBi，主要應用于郊區和農村區域；水平波寬一般為65°±10°～100°±15°，而窄水平波寬達到30°±4°～32°±4°。

大話務場景下，為提高容量需求，減少同頻干擾，8通道天線波束賦性優勢凸顯，可有效控制天線主瓣的波瓣寬度。主波瓣較窄時，抗干擾能力強。

2 共天饋覆蓋能力分析研究

2.1 同頻資源話務評估分析

為節約天線平臺資源，滿足F/D組網策略，各大設備廠家普遍推廣不同能力優勢天線，如FAD頻率共天饋天線等。數據研究顯示，在共天饋情況下，雙載波或多載波小區吸收用戶數并不均勻，一般移動終端手機均支持Band 38394041。經統計，在共天饋且參數設置一致情況下，E1/E2/E3和D1/D2/D3三載波組網小區用戶數差比如圖1、圖2所示，E3和D3吸收小區用戶數低于其他四個頻點。無論是發射天線還是接收天線，天線帶寬在一定頻率范圍內，中心頻率為最佳點，天線阻抗最小，效率最高，駐波比小。當偏離中心頻率時，它能輸送的功率都將減小[6]。如表4所示，顯然E3和D3中心頻點均與天線中心頻點相差較大，同時D和E頻衰減速率較高，可能是影響邊緣頻段的覆蓋能力的原因。

表4 常用天線中心頻點對應表

圖1 E1/E2/E3三載波組網小區用戶數差比

圖2 D1/D2/D3三載波組網小區用戶數差比

2.2 負載均衡和功控在大話務場景下應用研究

移動性負載均衡（Mobility Load Balancing）即通過對負載信息的檢測判斷小區負載高低。在同覆蓋情況下，將負載從占用資源較多的小區遷移到空閑小區，確保小區間負載分布均勻，使網絡資源利用最大化，提升用戶業務感受。

在大話務場景下，開啟以用戶數模式（UE_NUMBER_ONLY）觸發為觸發模式的負載均衡算法開關后，如圖3所示。在E頻三載波共覆蓋情況下，用戶數觸發門限設置為200時，三載波小區用戶數開始接近，說明負載均衡在大話務場景下資源占用均勻分配效果分布明顯。

圖3 E頻三載波用戶數分布圖

為解決小區資源占用不均，通過使用小區間功率控制的方式來實現話務均衡也是一種行之有效的辦法，由圖4可以看出當D1與D2相差1 dBm時，小區用戶數幾乎相同，凸顯資源均衡的力度。

圖4 D頻三載波用戶數分布圖

3 大話務場景下LTE頻率規劃分布策略研究

如圖5（a）所示，使用窄波束賦形天線覆蓋、同頻三載波進行功率控制，在共覆蓋情況下，強抗干擾，窄覆蓋方向，保證負載用戶數均勻。如圖5（b）所示，使用窄波束賦形天線和普通雙通道天線共同覆蓋，功率控制、載波聚合和頻率分布相結合情況下，實現頻率資源合理利用，保證鄰區之間小區邊緣相互呈現異頻狀態，降低同頻干擾，實現在大話務場景下的資源合理化分配。

圖5 大話務場景下LTE頻率規劃圖

4 結 論

通過對無線波傳播衰減、LTE頻率資源及LTE天線參數等了解，結合現網數據分析了LTE不同頻率資源在相應天線上的傳播差異性，同時驗證負載均衡策略在實際大話務場景下的作用，給出了大話務場景下頻率規劃分布辦法，對日常精細網絡規劃和大話務保障具有一定的借鑒意義。