LTE800M網絡在農牧區覆蓋的探討

【摘要】隨著中國電信3年來在LTEFDD網絡上的大力建設，LTE1800M網絡已經實現了市區、縣城、重點鄉鎮和4A級旅游景點的全覆蓋，但廣闊的農村區域仍然是LTE網絡覆蓋盲區。2016年7月15日，中國電信舉辦了“2016年天翼智能終端交易博覽會”，正式拉開了LTE800M網絡建設的序幕，對于廣闊農村地區，特別是地廣人稀的農牧區，如何利用LTE800M網絡頻段低、穿透強、覆蓋廣的優勢，實現農牧區的有效覆蓋，成為中國電信LTE網絡下沉的重點，本文重點討論LTE800M網絡在農牧區的覆蓋。

【關鍵詞】LTE800M；中國電信；農牧區；覆蓋廣

【Abstract】With the three years of China Telecom in the LTEFDD network on the construction， LTE1800M network has been achieved urban， county， key township and 4A-level tourist attractions full coverage， but the vast rural area is still LTE network coverage blind spot. July 15， 2016， China Telecom held the “2016 Tianyi Intelligent Terminal Trading Expo”， officially opened the LTE800M network construction prelude to the vast rural areas， especially in the sparsely populated areas， how to use LTE800M Low frequency， strong penetration， wide coverage， and effective coverage of agricultural and pastoral areas， and become the focus of China Telecom's LTE network sinking. This paper focuses on the coverage of LTE800M network in agriculture and pastoral areas.

【Key words】LTE800M；China Telecom；Agriculture and animal husbandry areas

1. 背景

（1）隨著移動互聯網和智能手機的快速發展，數據業務量爆發式增長趨勢，CDMA網絡由于自身的限制，已無法滿足用戶對高速率、高質量、低時延的業務需求。

（2）中國北方和西部農村地區面積廣闊，人口稀少且居住分散，部分地區每平方公里不足10人。特別像內蒙古自治區的牧區，由于牧民居住比較分散且有伴隨季節的遷徙行為，LTE網絡如何實現這些區域的有效覆蓋就成為擺在電信運營商面前的現實問題。由于LTE1800M網絡覆蓋范圍小，要在廣闊的農牧區實現有效覆蓋需要建設大量的基站和傳輸資源，投資太大，收益太低。

（3）2016年7月15日，中國電信宣布開始啟動LTE800M網絡建設，對于這種需要廣覆蓋，業務量不是特別大的場景，和原CDMA基站同址建設LTE800M網絡，采用800M頻段重耕方式在農牧區建設LTE網絡可以幫助中國電信在保持CDMA語音覆蓋優勢基礎上，快速實現數據覆蓋優勢，滿足低成本的農村建網需求，快速推進農村地區的有效覆蓋。

2. 800M頻率重耕

2.1 和LTE1800M網絡相比，LTE800M網絡在農村地區的廣域覆蓋優勢明顯，利用低頻優勢可以大幅降低農村網絡的建設成本。LTE800M網絡的建設需要對原來CDMA網絡的10MHz系統帶寬進行重耕，在農村地區騰出5MHz系統帶寬給LTE800M網絡使用。

2.2 中國電信CDMA網絡目前使用10MHz系統帶寬，頻段范圍：

上行：825-835MHz，下行：870-880MHz共計，載波帶寬為1.25MHz。

CDMA系統頻點號與中心頻率的關系如下：

上行：F（n）=825.00+0.030×n（移動臺發、基站收）

下行：F（n）=870.00+0.030×n（基站發、移動臺收）

2.3 中國電信在10MHz頻率資源中共有8個頻點，分別是1019、37、78、119、160、201、242和283，1X占用283、242和201頻點，Do占用37、78和119頻點，160頻點1X和DO均可使用，1019頻點作為預留。

2.4 隨著中國電信LTE網絡的大規模建設，目前CDMA網絡EVDO數據業務量只占到全網業務量的8%，1X語音業務量整體趨于平穩，單用戶語音話務量呈下降趨勢。LTE800M網絡在中國電信遠期的無線網絡定位為基礎的語音和數據網，隨著CDMA網絡的負荷減少，必須通過頻率重耕為LTE800M網絡騰空資源，未來隨著CDMA的退網，可升級到10MHz系統帶寬，進一步提高網絡廣覆蓋容量。

2.5 目前中國電信LTE800M頻率重耕采用三明治方案，5MHz帶寬，LTE中心頻點：上行829.2MHz，下行874.2MHz，重耕的CDMA頻點：78、119、160和201（LTE800M基站重耕圖見圖1）。

3. CL頻率干擾分析

3.1 同頻干擾分析。

CL同頻干擾主要是指在重耕區域邊界，LTE800M和重耕區外圍的CDMA800M站點使用了相同的頻率，產生頻率沖突，造成同頻干擾。

（1）下行干擾是由于在重耕區域邊界，終端同時接收到原基站和干擾基站的信號，從而導致被干擾終端的信噪比下降。對于DO和LTE系統，理論上，下行干擾與同系統的鄰區干擾相當。

（2）上行干擾是由于在重耕區域邊界，終端在向原基站發射功率同時將信號發射到被干擾基站，從而導致被干擾基站底噪抬升，對于上行干擾，關鍵是要避免越區覆蓋。

3.2 鄰頻干擾分析。

CL鄰頻干擾主要是指重耕區域內的，LTE800M和CDMA800M站點之前的干擾，分CL共站場景和CL不共站場景。

（1）CL共站場景LTE800M與CDMA800M之間不會產生干擾，若新增LTE天線，LTE800M和CDMA800M天線滿足隔離度35dB即可，保持水平0.5m、垂直0.2m的工程安裝要求。

（2）CL不共站場景下，存在鄰頻干擾，CDMA對LTE下行干擾最嚴重。針對5M帶寬采用4個頻點時，干擾測試結果如表1所示，路損之差大于18dB有可能產生干擾。

4. LTE800M網絡和異系統干擾隔離

在網絡建設中，天線空間隔離度是一種有效的干擾保護手段。通過增加干擾天線與被干擾天線之間的距離達到系統間所需的最小耦合損耗MCL，有效降低干擾信號的影響。

根據天線的安裝環境，不同系統之間天線的空間隔離可以采用水平隔離、垂直隔離和水平垂直混合隔離3種方式。

4.1 水平空間隔離度計算方法。

5. LTE800M鏈路預算

相比于3G和2G的移動通信系統，LTE采用了全新的OFDM和MIMO無線技術，這些關鍵技術給LTE的覆蓋特性及覆蓋規劃帶來了很多新的變化。

鏈路預算仍是評估LTE無線通信系統覆蓋能力的主要方法，通過鏈路預算，對系統中上下行信號傳播途徑中各種影響因素進行考察，對系統的覆蓋能力進行估計，得出各種環境下、保持一定通信質量下的最大允許路徑損耗。

利用鏈路預算得出的最大路徑損耗和相應的傳播模型可以計算出特定區域下的覆蓋半徑，從而初步估算出網絡規模。

在進行鏈路預算分析時，需確定一系列關鍵參數，主要包括基本配置參數、收發信機參數、附加損耗及傳播模型等。

5.1 LTE基本配置參數。

基本配置參數主要如下：

（1）LTE800M網絡采用5MHz帶寬。

（2）LTE800M網絡 RB總數：5MHz帶寬RB總數為25個。

（3）LTE800M網絡天線使用方式：2T4R天線。

（4）LTE800M網絡小區邊緣速率，下行2048kbit/s，上行512kbit/s。

5.2 收發信機參數。

收發信機參數主要包括發射功率、熱噪聲密度、接收機噪聲系數、目標SNR等，具體說明如下：

（1）發射功率：下行方向，根據目前廠家設備的產品規劃，本期采用80W2T4R設備，每通道發射功率取值49dBm；上行方向，UE最大發射功率定義為200mW，即23dBm。

（2）熱噪聲密度：取-174dBm/Hz。

（3）接收機噪聲系數：與廠家設備性能有關，本方案基站側取2.3dB，終端側為7dB。

（4）接收靈敏度：在輸入端無外界噪聲或干擾條件下，在所分配的資源帶寬內，滿足業務質量要求的最小接收信號功率，在LTE系統中，接收靈敏度為所需的子載波的復合接收靈敏度，其計算方法為：

復合接收靈敏度=每子載波接收靈敏度+10×lg（需要的子載波數）=熱噪聲密度+10×lg（子載波間隔）+噪聲系數+目標SINR+10×lg（需要的子載波數）。

（5）目標SINR：在36.213規范中，定義了不同MCS、RB承載下的數據塊數量，根據邊緣速率，可以推導出數據塊數量，然后找到承載的RB數量，就可以方便的查找出對應的MCS，并根據具體MCS和SINR對應表格得到SINR，MCS和SINR對應關系需通過鏈路仿真得到。

5.3 附加損耗及增益。

（1）接頭及饋線損耗：對于BBU+RRU產品，通常損耗在0.5～1dB之間。

（2）陰影衰落余量：農村環境下，6dB的陰影標準差，95%的區域覆蓋率和85%的邊緣覆蓋概率對應的陰影余量為6.2dB。陰影衰落余量=陰影標準方差*NORMSINV（邊緣覆蓋概率）其中：NORMSINV為標準正態分布的反函數。

（3）穿透損耗（陰影衰落參數及穿透損耗取值參考見表3）：

（4）人體損耗：對于數據業務移動臺，可以不考慮人體損耗影響即0dB。

（5）天線增益：本方案天線水平半功率角為65°，增益為18dBi。

（6）多天線分集增益（LTEFDD）：

接收側：基站為4天線取6dB，終端均為2天線取3dB。

發送側：終端為單天線發送，因此無發送分集增益；基站為2天線發射，為發送分集方式，增益取3dB（鏈路預算示例參考見表4）。

5.5 鏈路預算結果。

（1）根據上述鏈路預算結果，結合傳播模型計算，LTE800M網絡采用5MHz帶寬組網，中心頻點：上行829.2MHz，下行874.2MHz，終端高度1.5m，LTEFDD系統不同天線掛高的覆蓋半徑如下（LTE800M網絡覆蓋能力見表5）：

（2）從上面計算結果可以看出，采用LTE800M網絡在農牧區覆蓋優勢很明顯，但是由于上行受限，網絡覆蓋能力還沒有完全發揮出來，為了擴大覆蓋范圍，可以考慮增加塔頂放大器的方式提升上行鏈路的電平值。

6. LTE800M網絡在農村場景建設建議

從上面分析可知，天線掛高越高，覆蓋半徑越大，LTE800M網絡在農村區域部署時，盡量采用站址比較高的現網CDMA基站，可以實現網絡快速部署，并且節省工程投資，在部分有需求但沒有CDMA基站的區域根據覆蓋需求可以利用站址條件較好的基站補充LTE800M網絡的覆蓋。

（1）重耕原則：在對全網CDMA基站統一進行重耕的情況下，可以不需要劃分重耕區、非重耕區和隔離區，但是網絡規劃和優化時要注意鄰頻干擾。

（2）同站址原則：采用LTE800M與CDMA同站址1：1方式建設，具有建設速度快、成本低的優勢，同時也可減少CL鄰頻干擾。

（3）同址同質原則：為了確保LTE網絡達到目前CDMA網絡的覆蓋范圍、同時VoLTE業務質量不弱于CDMA語音，原則上LTE800M網絡采用2T4R的獨立天饋方式建設，天線掛高不低于目前CDMA天線掛高，信號上下行無線鏈路質量到達當前CDMA水平，覆蓋能力與C網相當。

（4）線面結合原則：利用高鐵、高速公路、國道、省道等線覆蓋區域，要求沿線4G覆蓋與面覆蓋統籌考慮，以線帶面的方式擴大覆蓋范圍。

7. 結束語

（1）為了解決農牧區區域對LTE網絡的業務需求，采用LTE800M網絡進行覆蓋是十分合適的，要實現LTE800M網絡在農牧區的良好覆蓋，必須需考慮800M頻率的重耕出現的問題，特別是LTE和CDMA的同頻和鄰頻干擾。通過合理劃分隔離區規避同頻干擾、低配站點移頻來緩解鄰頻干擾、少量C網站點同步遷移規避鄰頻干擾等手段實現來降低網絡干擾，提高覆蓋能力。

（2）中國電信可以充分利用LTE800M網絡作為中國電信在農村地區的基礎頻段，實現在農村地區LTE網絡的有效覆蓋，同時利用LTE800M網絡全面建設NB-IOT，在新一輪的市場競爭獲取更大的優勢。

參考文獻

[1] 《中國電信高速鐵路LTE網絡建設指導意見》，2015.

[2] 熊飛，李維. 關于中國電信LTE 800MM重耕方案的探討 [J]. 通信世界， 2017（1）： 102-103.

[3] 陳曉冬，林衡華. 800MHz頻率LTE重耕中系統間同頻組 網干擾的研究[J]. 移動通信， 2016，40（4）： 49～53.

[4] 程鴻雁等.LTE FDD 網絡規劃與設計[M].北京：人民郵電 出版社，2013.

[文章編號]1619-2737（2017）07-20-659

[作者簡介] 盧正偉（1982-），男，籍貫：陜西西安人，職稱：工程師，畢業于燕山大學，學士，工作單位：天元瑞信通信技術股份有限公司技術研發中心項目經理。