小區LTE無線網絡基站與精細化仿真技術研究

古慶利

【摘要】 ? ?LTE無線網絡的蓬勃發展，基站的建設已經達到了百萬個的數量級，但是隨著城鎮化率的不斷提高，城市建設也是日新月異，無線環境的復雜性達到了前所未有的地步。網絡規劃設計對精細化仿真的依賴程度越來越高。為了適應城區微基站的超密組網，精細化仿真技術不但要考慮無線信號通過不同建筑物的多徑傳播，還要考慮MIMO、AMC等關鍵技術，結合各類微基站的功率、天線類型、天線掛高等參數，使仿真結果更接近實際網絡的性能，從而指導網絡規劃和建設。從而助力5G推廣，促進我國的移動通信產業健康發展。鑒于此，本文主要圍繞小區LTE無線網絡基站、精細化仿真技術做出了研究，以供參考。

【關鍵詞】 ? ?小區LTE無線網絡 ? ?基站 ? ?精細化仿真

一、工程概況

西安大雁塔廣場&不夜城位于雁塔西影路南，北臨西影路，南接雁南三路，東起慈恩東路，西至慈恩西路;大雁塔與大唐不夜城南北相連，大雁塔廣場占地252余畝，建筑面積約11萬m2;大唐不夜城占地967畝，建筑面積約65萬m2。大雁塔為西安地標建筑，日均接待游客萬余人，節假日旅游高峰期間每天接待游客近10萬余人。自2019年6月6日，工信部在該區域不斷接到游客對于網絡覆蓋的投訴，市政府結合大唐不夜城景區對通信網絡的高標準要求，要求聯通主動規劃，致力打造西安小區LTE網絡覆蓋示范景區標桿項目。由于景區客流量大，人流密集，周圍基站數量飽和，現網基站無法滿足如此大規模的通信要求，基于此，需要主動對接大雁塔&不夜城景區管理公司規劃整個景區綜合解決方案。

二、基站的分類、設計與應用場景

2.1基站分類

伴隨著移動互聯網的快速發展，無線網絡架構從傳統蜂窩型網絡相分層網絡演進，這時的網絡建設需要更多不同類型的基站和解決方案。在國內，目前運營商參考3GPP的相關定義，主要以我們所熟悉的基站發射功率標準來劃分。其中，主要設備按照覆蓋能力和發射功率，基站分為宏、微、皮、飛4種，基站類型，其中后3種通常稱為小基站。但是主設備廠家在進行小基站定義時，往往結合產品尺寸和發射功率等因素綜合分類，如華為EasyMacro、中興iMacro、諾基亞FWHX等設備，通常稱為小基站。按照基站設備的名稱、單載波的發射功率及覆蓋能力等參數進行分類。各廠家對宏基站、微基站的支持均比較好，在LTE二期工程已經有較為完善的產品線，但皮基站所有廠家均在三期工程中推出相應產品。由于設備分類標準中飛基站定義為發射功率100mW以下的產品，現階段各廠家產品發射功率最低位125mW，因此各廠家均未支持此類產品。

2.2基站設計

2.2.1站址設計

經過前面問題分析可知，西安大雁塔廣場&不夜城是一個綜合性很強的項目，景區核心區域基站負荷高，重點是部分區域存在弱覆蓋，引起用戶投訴較多。

通過現場無線環境勘測，現場方案制定如下：新增LTE基站主要是監控桿微站、樓面微站覆蓋常規業務，兼顧拓展物聯網、智慧景區、視頻監控、充電樁及信息化廣告牌等新業務 ，同時充分利用景區內監控桿、建筑物、社會管道等社會資源實現多專業相融合，建設方式由單站建設向“點、線、面的綜合覆蓋”的綜合解決方案。

2.2.2天線選址

針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求，本次規劃涉及LTE微站4處，其中利用方柱形美化天線1處，仿生樹1處，利用廣告牌1處、利用監控桿1處。這4個新增微基站均是RRU拉遠，進行近距離覆蓋，滿足用戶需求的同時，防止越區覆蓋。針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求，本次規劃涉及LTE微站4處，所有新建基站RRU均采用華為R8200室外型設備，發射功率5W，尺寸423x395x112mm。

2.2.3天饋設計

1.站址選擇

小區LTE網絡覆蓋主要是為了解決城市小區深度覆蓋不足的問題，因此，需要室外天線盡量靠近覆蓋目標，但是考慮到定向天線的覆蓋夾角的限制，天線也不能距離目標樓宇過近，以避免主波瓣覆蓋范圍過小的問題。建議室外定向天線到目標樓宇的距離在20-100m;實際設計中應根據覆蓋需求合理選擇天線的不妨位置，并根據傳播模型、鏈路預算估算天線覆蓋效果。如一面天線無法滿足整體的覆蓋需求，那么就需要多面天線分別覆蓋不同樓宇，必要時結合室內覆蓋情況進行室內天線點位布放，實現全覆蓋。

2.天線選型

天線選型時LTE無線通信系統中的至關重要的一環，天線的設計直接影響到LTE網絡的覆蓋效果。為了將室外天線的覆蓋區域控制在所需要的區域內，以免對周邊基站造成干擾，天線的高度和覆蓋距離要綜合考慮增益、水平波瓣、垂直波瓣、下傾角、安裝方式等多個因素。除了一體化隱蔽天線外，還可以采用普通板狀天線加隱蔽外罩的辦法進行美化。在實際應用中，還可以因地制宜的選擇其他新型天線，如用于超高基站的大傾角天線，或者根據場景要求美化的變色龍空調天線、廣告牌及燈箱天線等。

2.3基站應用場景

在LTE移動通信中，為了應對各種復雜的場景，不同的基站設備分別應用于不同場景，宏基站主要用于較遠距離覆蓋，微基站和皮基站重點進行小區覆蓋，而室內覆蓋主要是通過皮基站和飛基站來解決。實際在目前小區覆蓋中，重點應用微基站和皮基站，各種基站應用場景示例圖如圖1所示。

2.3.1宏基站

宏基站是LTE網絡建設初期的主要建設方式，宏基站主要負責4G室外廣域覆蓋。它采用分布式架構，宏基站分別有2通道宏基站和8通道宏基站兩種類型

2.3.2皮基站

皮基站設備主要應用于大型商場、寫字樓等室內分布不易施工建設的場景，而皮基站通過光纜連接設備和天線，無需布放饋線，很大程度上降低了建設難度。皮基站設備一般可分為分布式或一體化皮兩種。

2.4天線產品參數

2.4.1天線的方向性

天線發射出的電磁波在各個方向上并不相同，有大有小，甚至還有0點，稱為方向性;發射功率最大的方向也是接收效果最好的方向，叫做“互易性”。大多情況下，天線方向圖是在遠場區確定的，所以又叫做遠場方向圖。輻射特性包括輻射場強、輻射功率、相位和極化。因此，天線方向圖又分為場強方向圖、功率方向圖、相位方向圖和極化方向圖。常用的是場強和功率方向圖，相位和極化方向圖在特殊應用中采用。

2.4.2天線增益

天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發信號的能力，它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說，增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度，而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統的運行質量極為重要，因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍，或者在確定范圍內增大增益余量。

三、精細化仿真技術的應用

3.1總體流程

精細化仿真的總體流程如圖2所示。

3.2常規規劃仿真軟件

常規的規劃仿真軟件主要應用于室內外站點仿真，結合3D射線跟蹤模型和高精度的建筑物矢量地圖，進行反射、衍射路徑的構造，結合室內外線性傳播損耗，來預測室內外信號的分布情況。

常規規劃仿真軟件有Atoll、Asset、Huawei、Zte等。

3.3仿真規劃軟件的應用

3.3.1地圖導入

仿真軟件的路徑損耗計算是基于數字化的電子地圖和傳播模型的，而且站點的經緯度要能夠和地圖的坐標系匹配才能正常顯示。

主要內容有：加載海拔高度地圖（heights）、地物分類地圖（clutter）和矢量地圖（vector）。加載建筑物地圖：建筑物高度地圖（building）和建筑物矢量地圖（buildVector）。

3.3.2配置網絡參數

配置天線、發射機、饋線等設備參數，及幀結構、時隙等網絡參數。

3.3.3網絡建模

根據順序，導入網絡數據Sites->Transmitters->Cells。生成網絡建模基礎圖層。

3.3.4仿真計算

通過計算區域和統計區域設定，完成path loss路徑損耗計算和基礎覆蓋預測運算。

四、結束語

總之，目前全球各大運營商都在如火如荼的建設LTE網絡，然而當前城區無線環境復雜導致深度覆蓋不足成為他們進行無線網絡建設的重點和難點，因此，小區LTE網絡覆蓋設計不但是當前無線網絡建設中的重要環節，也是決定移動通信網絡建設成敗的關鍵。本文重點對小區無線網絡基站與精細化仿真技術展開了研究，得出了以下結論：1、優秀的設計需要扎實的理論為基礎。2、優秀的工程需要理論與實際相結合。

參 ?考 ?文 ?獻

[1] 廣州杰賽通信規劃設計院.Small Cell在新一代移動通信網絡中的部署與應用.北京：人民郵電出版社，2019.

[2] 程敏，劉天立，LTE系統鏈路預算分析.廣東通信技術.2012，1（32）.