城區共站4G覆蓋效果分析

許學卿 韓冰心

【提要】 共站升級是目前4G建設的首選方式，在城區環境下，升級現有基站后4G覆蓋效果能否滿足要求。本文利用鏈路預算估算和計算機仿真進行了分析，并提出了可能存在的問題和解決方法。

【關鍵詞】 4G 城區 覆蓋 鏈路預算 仿真

目前，各運營商均正在積極部署4G網絡。與2/3G網絡相比，4G網絡一般使用更大的帶寬，更高的頻段，一方面使得4G網絡速度、頻譜使用效率更高，另一方面信號傳播損耗更大，可能會造成覆蓋不足的問題。

在LTE技術中，多種關鍵技術用于提升覆蓋，提高速率，包括：OFDM提升信號抗多徑衰落的能力；MIMO在不增加傳輸帶寬和發射功率的前提下有效提高信號發射和接受增益；干擾抑制合并通過最小化干擾功率來提升SINR，提升覆蓋；ICIC通過降低小區邊緣的干擾提高用戶感受從而提升覆蓋等。

在網絡建設中，共站建設4G網絡是最經濟、高效的一種建設方式。在城區范圍內，各運營商都有較豐富的站址資源，基站平均站間距已近至三五百米范圍，從蜂窩結構來看，再大規模新增宏蜂窩基站幾無可能；由于城市的發展和市民對于電磁輻射的擔心，技術上可用又能被市民接受的站址資源越來越緊張，充分利用現有站址也是必然的選擇。4G基站可以通過升級、替換或新增等方式建設；天饋系統可以改造、合路，也可以新增解決。

城區范圍內建筑密集，無線傳播環境復雜；樓面、美化、異形塔等多種天線附掛方式形成高低不同的多層覆蓋效果；用戶密集對覆蓋的要求更高。以上多種因素使得城區成為無線信號覆蓋的重點和難點。

以下選取具有代表性的平原城市城區，從估算和仿真兩個角度對城區基站升級4G后的覆蓋能力進行分析。示例區域面積52平方公里，每個基站平均覆蓋面積0.3平方公里，平均覆蓋半徑為374米。

一、覆蓋估算

覆蓋估算的目的是從覆蓋的角度計算所需基站的數目。最根本的計算是規劃覆蓋面積與單基站覆蓋面積之比。

1.1 LTE覆蓋能力的影響因素

1、發射功率增大，會使覆蓋能力增強，但功率增大也會導致小區間干擾的迅速增加。功率不是越大越好，要看功率增加的同時信噪比是否相應的增加。實際設備的功率取值一定要在覆蓋能力、頻譜效率、設備成本等多方面綜合權衡。2、LTE支持多種頻段。高頻段的傳播損耗、穿透損耗比低頻段要大10dB左右。所以使用高頻段時，LTE的覆蓋范圍要縮小很多。3、多天線技術的選取對覆蓋范圍有比較大的影響。通常來說，天線的數目越多，覆蓋范圍也就越大，分集模式比復用模式覆蓋范圍大。4、LTE增加了64QAM高階解調方式，高階解調的解調門限也增加了，因此高階解調方式的覆蓋范圍就會比其他方式相對縮小。降低業務速率要求、降低調制/解調等級、降低信噪比、降低QoS要求，可提高覆蓋范圍。5、對覆蓋有影響的RRM算法主要是ICIC模塊和DRA模塊。小區間的干擾會導致接收機底噪的抬升，從而降低接收機靈敏度。因此ICIC技術能通過影響上下行接收機的靈敏度，從而影響覆蓋范圍。DRA決定了用戶使用的子載波數目和調制編碼方式，從而影響了覆蓋范圍。

6、CP配置影響克服多徑延遲帶來的干擾效果，限制了理論上最大的覆蓋范圍。網絡規劃時，應考慮基站的覆蓋半徑大小，選取相應的CP配置。相鄰小區采用不同的CP配置能減少符號間干擾和載波間干擾。

1.2 鏈路預算

影響LTE鏈路預算結果的特殊因素包括：靈活配置的信道帶寬、業務邊緣速率需求、系統帶寬資源配置、天線配置、ICIC算法對干擾余量的影響等。這些因素作為LTE鏈路預算工具的輸入參數，在鏈路預算開始的時候必須確定下來。以下為一組LTE鏈路預算的例子。

鏈路預算僅是理論上的，不能在實際中保證網絡容量和覆蓋的可靠性。覆蓋目標和要求也隨著不同的網絡要求而各有不同的假設，鏈路預算結果會因不同的輸入參數有較大的變化。采用Cost 231-Hata的修正模型，可以估算出上下行小區覆蓋半徑分別為387米和568米。規劃區域內現有基站覆蓋半徑為374米，由此可以得出簡單結論：規劃區域內基站疊加4G系統可以滿足網絡覆蓋的要求。

二、覆蓋仿真

為了進一步驗證共站建設4G基站后的覆蓋效果，可以利用計算機仿真方式進行更細致的分析。

2.1仿真參數

？ 天線選擇。采用65度水平半功率角，18dBi增益天線。

？ 頻率選擇。采用E-UTRA Band 1 - 20MHz頻段，上下行起至頻率分別為1920MHz，2110MHz。

？ 基站選擇。采用S（1，1，1）配置，43dBm每通道。MIMO 3模式，即開環空間復用模式，在該模式下，單用戶的峰值速率將大大提高。

2.2仿真結果

？ 最佳服務小區仿真預測

最佳小區的分布是仿真結果中需要重點關注的指標。要求各小區覆蓋區域清晰、均勻合理，基本沒有越區覆蓋。

由于規劃仿真參數取自經多輪優化過的現網天饋參數，越區、過覆蓋情況較少，因此大多數小區的覆蓋邊界都很清晰，主服務區域覆蓋合理，但在基站較密集的區域，有部分基站越區覆蓋，考慮到LTE網絡對小區間互相干擾較為敏感，因此需要在建設、優化網絡時，嚴格控制基站的天線高度及功率過高，防止越區覆蓋的產生。

？ 公共參考信號覆蓋場強仿真預測

在LTE網絡中，無論是小區選擇、重選還是切換，都需要以RS信號強度作為參考。城區RSRP電平一般要求大于等于-105dBm的區域不低于90%。

通過仿真統計，96.2%規劃區域RSRP電平都滿足要求的-105dBm，但在基站距離較遠的區域出現了較差的覆蓋，電平強度低于-110dBm，建議在網絡建設或優化中重點關注。

？ RS-SINR指標仿真預測

RS-SINR即載波干擾噪聲比：定義為終端接收的RS有用信號和干擾的比值，是判斷信道質量的直接依據，該參數一般要求大于等于-5的區域不小于90%。

從統計看98.0%的區域RS-SINR指標大于等于-5。在建網初期網絡規模較小，小區PCI分配相比寬松，網絡負荷較輕；同時并得益于仿真參數取自經多輪優化過的現網天饋參數，越區、過覆蓋情況較少，因此RS-SINR指標指標優于要求的90%的比例。

？ PDSCH-SINR指標仿真預測

LTE網絡中的PDSCH信道即物理下行共享信道，用于承載來自傳輸信道DSCH的數據，是LTE網絡中的下行業務信道，該信道SINR值將直接影響到業務的BER、BLER，最終影響到業務質量。不同網絡負荷下PDSCH-SINR指標變化如圖2。隨著LTE網絡承載流量翻倍變化，PDSCHSINR>=-6的指標僅降低了0.06%，說明在承載低速率業務上，隨著流量的翻倍，LTE網絡性能下降不明顯，但在高速率業務要求的SINR>=6分布上，卻下降了近12%，且集中在小區邊緣。

三、覆蓋總結

通過以上分析，現有城區基站布局基本能夠滿足LTE網絡覆蓋的要求，考慮到LTE網絡對小區間干擾的敏感性，建議嚴格控制LTE基站重疊覆蓋區域，以減少越區覆蓋對網絡性能的影響。LTE網絡所能提供的容量遠大于3G網絡，能夠大幅提升網絡平均吞吐速率，但隨著網絡負載的提升，高速數據業務服務范圍下降要遠高于低承載速率業務的下降，且主要集中在小區邊緣。因此對于密集城區，如果負載較高，可考慮開通ICIC功能，也可以在熱點區域進行FDD/ TDD混合組網分擔業務壓力。

參 考 文 獻

[1] LTE無線網絡規劃與設計 / 《LTE無線網絡規劃與設計》編委會編著.--北京：人民郵電出版社，2012.5

[2] LTE輕松進階 / 元泉編著. -北京：電子工業出版社，2012.4