高密度住宅區LTE無線網絡覆蓋研究

胡俊峰

（中國聯合網絡通信有限公司 宜興市分公司，江蘇 宜興 214200）

0 引 言

高密度住宅區的網絡規劃是網絡規劃設計中的重難點。隨著城市的密集型建設，高層密集住宅區越來越多，對網絡覆蓋規劃要求越來越高。如何有效實現這些區域的網絡資源覆蓋以及實現網絡資源優化配置成為亟待解決的重大問題。對此，根據LTE網絡整體特征和當前的應用需求進行覆蓋設計，為當前高密度住宅區的網絡覆蓋提供理論依據。

1 LTE網絡基本技術

1.1 OFDM技術

正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）同傳統頻分復用技術的差別在于其子載波之間正交疊加，提升了頻帶利用率[1]。實際應用中，OFDM技術采用多個正交子載波并行傳輸數據，各個子載波之間存在一半頻譜的疊合，由此能夠提升1倍的傳輸效率。由于各個子載波之間相互正交，因此在接收OFDM調制信號后無需復雜的接收處理技術。此外，OFDM技術易于與多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術和空時編碼（Space-Time Codes，STC）等技術相結合。

OFDM技術要求各子載波保持正交，然而由于信息傳輸中會產生時延及多普勒頻移，因此導致子載波的正交性被破壞，對此引入循環前綴（Cyclic Prefix，CP）以解決這一問題。OFDM技術涵蓋了發射和接收兩個階段，其原理如圖1所示。在信號發射階段，通過傅里葉逆變換實現信號的轉換，從而將信息通過天線發送，在接收端則通過傅里葉變換等相關逆變過程實現對OFDM信號的解調。

圖1 OFDM系統原理框圖

1.2 MIMO技術

MIMO傳輸系統如圖2所示，其核心環節就是采用多天線技術手段來實現信道容量的顯著擴大[2]。MIMO技術一般采用分布式天線技術來實現分集處理，這種方式的天線布置能夠顯著增大各個天線的獨立兼容性，使得獲得信號均呈現出獨立特征，從而在接收端實現信號增益的提升。

圖2 MIMO傳輸系統示意圖

根據上述的分析可知，MIMO技術的本質在于為當前的通信系統提供足夠的分集增益和空間復用增益。前者可以有效改善信號傳輸的可靠度，降低誤碼率，后者可以提升信息傳輸速率。

1.3 空時編碼技術

空時編碼（Space-Time Coding，STC）技術作為一種高效數據傳輸的編碼技術，依托多天線技術實現了空間分集，并且在時間上實現了時分復用，由此極大地提升了分集和編碼增益，實現了傳輸速率的顯著提升[3,4]。從其表現特征上看，根據發射機和接收機是否需要信道狀態信息可將該技術分為兩類。一類是需要獲取信道狀態信息，這一類可以進一步分為分層空時編碼（Layered Space-Time Coding，LSTC）、空時格型編碼（Space-Time Trellis Coding，STTC）以及空時分組碼（Space-Time Block Coding，STBC），另一類是不需獲取信道狀態信息，這一類進一步分為酉空時編碼（Unitary Space-Time Coding，USTC）和差分空時編碼（Diferential Space-Time Coding，DSTBC）。

2 高密度住宅區LTE網絡覆蓋規劃

2.1 覆蓋規劃設計基本原則

網絡覆蓋規劃設計是否得當會影響最終使用效果，因此開展相關工作時需要遵循如下原則[5]。首先，覆蓋規劃面積不能過大，覆蓋規劃面積過大會影響網絡中的其他扇區，造成扇區疊加，降低用戶端網絡規劃的靈活程度，降低整體規劃性能。其次，覆蓋規劃面積不宜過小，覆蓋規劃面積過小會導致覆蓋網絡中扇區數目增加，導致網絡維護難度大，同時覆蓋規劃面積過小也會對位置更新的通信開銷產生不利影響。最后，覆蓋規劃的范圍邊界直接對尋呼邊界產生影響，因此確定對應的覆蓋邊界十分重要。為了降低整體位置更新頻次，對應的覆蓋規劃邊界盡量設置于低話務區域或者低速移動區域，以降低位置更新開銷。一般設計中，在城市與郊區的分界點上，覆蓋規劃的分界點可設置于外線的基站而非密集的郊區路口，以此降低位置更新頻次，同時分區盡量不以街道為界。一般來說，覆蓋規劃邊界不應與街道平行或垂直，而應垂直于用戶流的方向（或業務流的方向），避免出現位置更新或路由更新的乒乓效應。

2.2 覆蓋規劃設計要點

根據密集住宅區場景，給出以下設計思路[6]。首先確定和識別應用網絡上的覆蓋信息，為覆蓋規劃提供指南，確定該區域通信空域的上下行能力需求。其次根據實際網絡中的用戶數和扇區數，確定每個扇區的平均用戶規模模塊和用戶的平均分頁速率，計算對應平均輪詢需求，一般要求最大值高于零端口。此外每個備選尋呼組的最大尺度取決于平均尋呼要求和每個地區自由尋呼的可能性，網絡中需要配置撥號組的數量由實際網絡大小計算確定。最后考慮區域分布以便進一步調整限額，適當時還應明確分區小組重疊的范圍，并在網絡穩定后，根據實際業務情況進行進一步優化。

3 高密度住宅區LTE無線網絡覆蓋分析

3.1 基站建設規模

基站建設規模實際上和整體建設需要的網絡容量有關聯，對此需要開展如下參數計算工作[7-9]。

首先確定待規劃網絡的信息。進行網絡覆蓋規劃前需準備足夠的網絡覆蓋需求信息，以確保規劃的可靠性。涵蓋內容包括特定頻段2 600 MHz網絡中收發網絡設備設置幀邊比為2:2和10:2:2，評估用戶平均分頁速率的網絡應用程序類型等。其次確定網絡的平均用戶規模，即單載波下用戶規模數。假設在密集區域，覆蓋網絡每個載波扇區的平均用戶數設置為1 000個，對應的載頻個數設定為Numcarrier=5 000個。再次預算網絡用戶規模。根據高密度住宅區整體情況，假設用戶規模增加程度基本保持不變，即保持前文設定的覆蓋網絡每個載波扇區的平均用戶數為1 000個。為了能夠保持網絡使用裕度，可增加20%的上限容量，即每個載頻對應的平均idle用戶個數以1 200計算。最后設置網絡應用場景。根據高密度區域特性可知，主要網絡應用以移動終端為主體，因而以動態接入的方式進行數據交換。尋呼周期設置為2 s，尋呼偏移統一設置為30 ms，且在尋呼組邊界不考慮設置交疊區。

3.2 基站建設容量

對于密集居住區的基站容量規劃，其主要涵蓋如最大的住戶量、用戶業務模型以及單載波可支持用戶數等[10]。

其中，最大用戶量設計以典型的高層密集小區為例，以10棟20層高層公寓為基礎計算，每棟計為1個單元，每單元計為3戶，每戶計為5人，一個小區對應的用戶數為15 000人。用戶業務模型考慮每業務用戶下行平均速率為1 Mb/s，上下行比例為1:5，用戶激活附著比為60%（即60%用戶處于激活態），用戶業務并發率初期為10%，則單用戶平均速率需求為上行12 kb/s，下行60 kb/s。單載波可支持用戶數根據當前F波段測試結果，網絡下行平均容量為24 Mb/s，上行數據速率為5 Mb/s，由此可得支持的用戶數計算如下：

表示選取兩個除法結果中的最小值。當前移動通信的滲透率在70%，其中LTE端的滲透率為M，可知：

由此得到滲透率M在26.25%左右，當前支持的LTE用戶滲透率在5%之下。通過分析現有的專網覆蓋情況，發現專網運營中會吸納公網業務。因此，設置私有網絡時有必要分析公共網絡覆蓋區域，調查私有網絡用戶的數量，并將其融入到設計的私人網絡負載，以提高私有網絡的性能，使私有網絡正常運行時吸納公共的網絡服務。

4 結 論

本文深入探討了高密度住宅區的LTE網絡覆蓋問題，從理論分析的角度確定了基站建設規模和對應的容量，為高密度住宅區的網絡規劃設計提供參考。