TD—LTE在農(nóng)村場景建設(shè)中的應(yīng)用策略研究

劉培欣

摘要：本文基于無線傳播模型理論，將農(nóng)村場景分為平原、丘陵和山區(qū)，并基于鏈路預(yù)算的結(jié)果，給出了在農(nóng)村建設(shè)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的策略和方案。

關(guān)鍵詞： TD-LTE農(nóng)村；覆蓋；移動通信

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，農(nóng)村居民對無線寬帶的需求進(jìn)一步提升。目前大部分城市的主城區(qū)和一般城區(qū)都實現(xiàn)了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，但農(nóng)村地區(qū)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)才剛剛起步。農(nóng)村地區(qū)由于面積廣、原有GSM網(wǎng)絡(luò)站間距大等特點，對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)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(jù)鏈路預(yù)算的結(jié)果，給出了平原、丘陵和山區(qū)等不同場景下的站間距的要求，并在此基礎(chǔ)上，提出了農(nóng)村TD-LTE網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)覆蓋的策略和方案。

一、農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需求性分析

從市場大環(huán)境來看，國家各項政策為推進(jìn)農(nóng)村通信及信息化奠定了基礎(chǔ)。中共中央、國務(wù)院《2006-2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》等有關(guān)文件，為做好當(dāng)前和今后5―15年的農(nóng)業(yè)信息技術(shù)應(yīng)用工作指明了方向。信息產(chǎn)業(yè)部據(jù)此出臺《關(guān)于推進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)工作的意見》，對推進(jìn)信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)“三農(nóng)”及推進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)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(tuán)公司、中國電信集團(tuán)公司和中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營許可。相對農(nóng)村來說，城市通信需求飽和度日益提高，農(nóng)村市場已經(jīng)成為電信運營商戰(zhàn)略拓展的重要區(qū)域之一。我國是個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村市場人口眾多，約占全國人口的60%，所以農(nóng)村市場占到整個市場60%份額，因此，如何在農(nóng)村市場中占領(lǐng)一片根據(jù)地，是各大運營商的首要任務(wù)。目前為止，各大運營商已經(jīng)主動融入當(dāng)?shù)剞r(nóng)村通信建設(shè)需求中，積極地針對農(nóng)村信息化建設(shè)，提供新型信息服務(wù)，開辟出了新農(nóng)村的市場。

二、TD-LTE在農(nóng)村的構(gòu)建策略

農(nóng)村的通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，需要考慮當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，綜合各個政府部門的因素等，對于中國農(nóng)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(nóng)村場景的分類如下。根據(jù)規(guī)劃經(jīng)驗，將農(nóng)村主要分為平原、丘陵和山區(qū)。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小；丘陵的特點是：形態(tài)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(qū)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(shù)的一個重要組成部分，也得到越來越多的國內(nèi)外運營商的青睞，并逐步展開網(wǎng)絡(luò)部署，目前全球已經(jīng)開通了14張TD-LTE商用網(wǎng)絡(luò)，包括在日本、印度、澳大利亞等國家的網(wǎng)絡(luò)。在LTE技術(shù)中，TD-TLE有兩種頻段，F(xiàn)/D頻段，針對農(nóng)村的覆蓋面積小，兩基站距離大，信號強(qiáng)度需求高等特點，綜合分析得知選用F頻段理論上是要優(yōu)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(jìn)行室外宏蜂窩連續(xù)覆蓋時，具有天然優(yōu)勢。根據(jù)2012年在某省進(jìn)行的19個基站組成F頻段連續(xù)覆蓋片區(qū)的測試結(jié)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(dāng)小區(qū)覆蓋邊緣滿足RSRP達(dá)到-110dBm時，F(xiàn)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(dá)到D頻段的約1.8倍。這就意味著，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)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(shè)更密集的基站。

（二）天線的選取。自2013年以來，有中國創(chuàng)建的TDLTE網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)進(jìn)入蓬勃發(fā)展期。在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的部署中，如果采用傳統(tǒng)的天線，會遇到一系列的技術(shù)問題，好比現(xiàn)在的軟件系統(tǒng)搭載在十年前的電腦上是一樣的，具體而言，信號的收發(fā)會受到嚴(yán)重的限制，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度會降低到過去的速度，不僅是發(fā)射天線的功率不能滿足4G的需求，而且會造成資源的浪費。基于農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)目前的情況以及未來的發(fā)展趨勢，市場需要一種功能更加強(qiáng)大的天線用來收發(fā)信號，例如網(wǎng)絡(luò)性能、自動調(diào)整天線下傾角、陣子復(fù)用技術(shù)等，這些技術(shù)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(diào)天線將能完美的滿足TD-LTE通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求。FA/D雙頻獨立電調(diào)天線憑借在網(wǎng)絡(luò)性能、安裝部署、遠(yuǎn)程管理等方面的獨特優(yōu)勢，成為運營商建設(shè)優(yōu)質(zhì)TDLTE網(wǎng)絡(luò)的最佳天線解決方案。FA/D雙頻獨立電調(diào)天線可以針對FA頻段和D頻段獨立調(diào)整天線下傾角，使不同的頻段達(dá)到同樣的覆蓋效果，保證不同場景下TD-LTE網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)。

（三）TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村場景的劃分

根據(jù)目前城市的測試結(jié)果和規(guī)劃參數(shù)，結(jié)合農(nóng)村覆蓋要求的特點，農(nóng)村覆蓋的一些重要規(guī)劃參數(shù)可以確定如下：

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

2.F頻段農(nóng)村室內(nèi)的綜合穿透損耗取13dB。

農(nóng)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(yù)算來估算小區(qū)的覆蓋半徑，從而估算農(nóng)村場景下的規(guī)劃質(zhì)量。根據(jù)規(guī)劃經(jīng)驗，將農(nóng)村主要分為平原、丘陵和山區(qū)。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小；丘陵的特點是：形態(tài)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(qū)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(yù)算結(jié)果

根據(jù)無線傳播模型，結(jié)合TD-LTE不同業(yè)務(wù)對解調(diào)門限的要求以及前述設(shè)定的規(guī)劃參數(shù)，農(nóng)村單個基站的覆蓋距離在不同場景下鏈路預(yù)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(dāng)?shù)脑?.5-1.7km，天線掛高第一丘陵在1.2-1.5km，山區(qū)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(nóng)村GSM基站的站間距都在啊3公里以內(nèi)，可以滿足TD-LTE網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力和業(yè)務(wù)質(zhì)量，對于一些需要增強(qiáng)覆蓋的場景，可以通過以下策略，加強(qiáng)農(nóng)村場景下TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的用戶感知水平。

1.16T16R TDS/TDL雙模創(chuàng)新方案提升邊緣區(qū)域覆蓋能力

下行同一個小區(qū)采用2個8 通道RRU，其中一個RRU下行主發(fā)射TDL，另一個RRU下行主發(fā)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(xiàn)下行16通道發(fā)射。預(yù)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?zhèn)鹘y(tǒng)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(jié)點提供無線回傳鏈路，在一些覆蓋廣，有盲區(qū)的山區(qū)使用，延伸TD-LTE的覆蓋能力。

三、總結(jié)

本文主要介紹了農(nóng)村場景下TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)原則、策略和方案，并給出了實際的測試案例，測試結(jié)果表明建設(shè)方案完全能夠指導(dǎo)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)村的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉光毅等. 智能天線及其在TD-LTE中的應(yīng)用[J]. 電信科學(xué) 2009.12

[2]戴源等. TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計 人民郵電出版社[J]. 2012.4