TD-LTE在农村场景建设中的应用策略研究

TD-LTE在农村场景建设中的应用策略研究

刘培欣

中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司河北石家庄050000

摘要：本文基于无线传播模型理论，将农村场景分为平原、丘陵和山区，并基于链路预算的结果，给出了在农村建设TD-LTE网络的策略和方案。

关键词：TD-LTE农村覆盖移动通信

随着移动互联网应用的普及，农村居民对无线宽带的需求进一步提升。目前大部分城市的主城区和一般城区都实现了TD-LTE网络的覆盖，但农村地区的TD-LTE网络的建设才刚刚起步。农村地区由于面积广、原有GSM网络站间距大等特点，对TD-LTE网络覆盖的策略提出了新要求。本文基于无线传播模型的理论，根据链路预算的结果，给出了平原、丘陵和山区等不同场景下的站间距的要求，并在此基础上，提出了农村TD-LTE网络增强覆盖的策略和方案。

1、农村网络构建需求性分析

从市场大环境来看，国家各项政策为推进农村通信及信息化奠定了基础。中共中央、国务院《2006-2020年国家信息化发展战略》等有关文件，为做好当前和今后5―15年的农业信息技术应用工作指明了方向。信息产业部据此出台《关于推进社会主义新农村建设工作的意见》，对推进信息产业服务“三农”及推进社会主义新农村建设做出了具体部署。中国工信部于2013年12月4日向中国移动通信集团公司、中国电信集团公司和中国联合网络通信集团有限公司颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（TD-LTE）”经营许可。相对农村来说，城市通信需求饱和度日益提高，农村市场已经成为电信运营商战略拓展的重要区域之一。我国是个农业大国，农村市场人口众多，约占全国人口的60%，所以农村市场占到整个市场60%份额，因此，如何在农村市场中占领一片根据地，是各大运营商的首要任务。目前为止，各大运营商已经主动融入当地农村通信建设需求中，积极地针对农村信息化建设，提供新型信息服务，开辟出了新农村的市场。

2、TD-LTE在农村的构建策略

农村的通讯网络构架，需要考虑当地的实际情况，综合各个政府部门的因素等，对于中国农村来说，村落的密集程度不同、地型不同、面积不同、地理位置不同等，我们对农村场景的分类如下。根据规划经验，将农村主要分为平原、丘陵和山区。平原的特点是：地面平坦或起伏较小、对无线信号的传播损耗较小；丘陵的特点是：形态起伏和缓，相对高度不超过200米，由各种坡面组合体，对无线信号的传播损耗较大；山区的特点是：地形崎岖、起伏较大，对无线信号的传播的阻挡损耗大。针对此情况，我们做出了以下策略：

2.1频段的选择。TD-LTE作为LTE技术的一个重要组成部分，也得到越来越多的国内外运营商的青睐，并逐步展开网络部署，目前全球已经开通了14张TD-LTE商用网络，包括在日本、印度、澳大利亚等国家的网络。在LTE技术中，TD-TLE有两种频段，F/D频段，针对农村的覆盖面积小，两基站距离大，信号强度需求高等特点，综合分析得知选用F频段理论上是要优于D频段的。F频段处于TDD频谱的最低位置，相对于处于2.6GHz的D频段低了近800MHz，在进行室外宏蜂窝连续覆盖时，具有天然优势。根据2012年在某省进行的19个基站组成F频段连续覆盖片区的测试结果，可以看到，在相同距离下采用D频段覆盖的RSRP比采用F频段的低了4dB，SINR低了3dB，掉话点距离D频段比F频段缩短了250m左右。当小区覆盖边缘满足RSRP达到-110dBm时，F频段的覆盖距离是D频段的1.35倍；如果折合成单站的最大覆盖面积，采用F频段的单站覆盖面积将达到D频段的约1.8倍。这就意味着，在实现网络连续覆盖时，采用D频段无疑要比F频段占用更多的站址资源，建设更密集的基站。

2.2天线的选取。自2013年以来，有中国创建的TDLTE网络在全球范围内进入蓬勃发展期。在TD-LTE网络的部署中，如果采用传统的天线，会遇到一系列的技术问题，好比现在的软件系统搭载在十年前的电脑上是一样的，具体而言，信号的收发会受到严重的限制，网络传输速度会降低到过去的速度，不仅是发射天线的功率不能满足4G的需求，而且会造成资源的浪费。基于农村网络目前的情况以及未来的发展趋势，市场需要一种功能更加强大的天线用来收发信号，例如网络性能、自动调整天线下倾角、阵子复用技术等，这些技术以往的天线并不能够满足，而我们下面介绍的FA/D双频独立电调天线将能完美的满足TD-LTE通讯网络的技术需求。FA/D双频独立电调天线凭借在网络性能、安装部署、远程管理等方面的独特优势，成为运营商建设优质TDLTE网络的最佳天线解决方案。FA/D双频独立电调天线可以针对FA频段和D频段独立调整天线下倾角，使不同的频段达到同样的覆盖效果，保证不同场景下TD-LTE网络性能最优。实际现网测试表明，相比FA/D内置合路非电调天线，增加D频段覆盖时，FA/D双频独立电调天线组网性能大幅提升16%，和独立天线性能相当；在大下倾的情况下，侧向干扰控制能力远优于传统机械下倾天线，小区边缘平均吞吐率提升28%。FA/D双频独立电调天线采用目前业界最先进的阵子复用技术，将FA和D频段复用在一个阵子上，较传统多频天线减少了一半阵子数量，并将内部模块进行优化设计，更大程度上减小了天线尺寸和重量，与传统单频天线尺寸相当。

2.3TD-LTE网络在农村场景的划分

根据目前城市的测试结果和规划参数，结合农村覆盖要求的特点，农村覆盖的一些重要规划参数可以确定如下：

（1）室内覆盖要求的RSRP门限值取-113dBm，邻区干扰余量取3dB，人体损耗取3dB，其他余量取5dB。

（2）F频段农村室内的综合穿透损耗取13dB。

农村场景基本没有电子地图，无法做仿真，因此只能通过链路预算来估算小区的覆盖半径，从而估算农村场景下的规划质量。根据规划经验，将农村主要分为平原、丘陵和山区。平原的特点是：地面平坦或起伏较小、对无线信号的传播损耗较小；丘陵的特点是：形态起伏和缓，相对高度不超过200米，由各种坡面组合体，对无线信号的传播损耗较大；山区的特点是：地形崎岖、起伏较大，对无线信号的传播的阻挡损耗大。

2.4各场景链路预算结果

根据无线传播模型，结合TD-LTE不同业务对解调门限的要求以及前述设定的规划参数，农村单个基站的覆盖距离在不同场景下链路预算的覆盖半径：平原旱地在1.8-2.1km，水稻田在3.4-3.9km，丘陵中天线挂高明显高于丘陵的1.7-2km，天线高与丘陵相当的在1.5-1.7km，天线挂高第一丘陵在1.2-1.5km，山区中基站位于高山上的在2.2-2.7km，信号被遮挡一半的在1km，信号被大山全部遮挡无法覆盖。目前85%以上的农村GSM基站的站间距都在啊3公里以内，可以满足TD-LTE网络对覆盖的要求。

2.5覆盖的策略和方案

85%以上的基站可采取以下策略：满足以上覆盖距离要求的前提下，采用F频段8T8R建设宏基站，特殊子帧建议采用9：3：2，，PRACH格式选择格式0（UL：DL=1：3），天线高度控制在40m～60m之间，天线下倾角低于6度。

为了进一步提高网络的覆盖能力和业务质量，对于一些需要增强覆盖的场景，可以通过以下策略，加强农村场景下TD-LTE网络的用户感知水平。

（1）16T16RTDS/TDL双模创新方案提升边缘区域覆盖能力

下行同一个小区采用2个8通道RRU，其中一个RRU下行主发射TDL，另一个RRU下行主发射TDS，TDS的剩余功率可以给TDL使用，下行单制式可以最大化使用每个RRU的功率，TDL可以实现下行16通道发射。预计可提高20%的增益。

（2）使用高增益天线提高覆盖能力

在F频段使用长度1.96m，17dBi的高增益天线代替传统14dBi的智能天线，可提高20%的覆盖能力。

（3）使用Relay基站回传，延伸覆盖能力

宿主基站为用户提供覆盖的同时，给Relay节点提供无线回传链路，在一些覆盖广，有盲区的山区使用，延伸TD-LTE的覆盖能力。

3、总结

本文主要介绍了农村场景下TD-LTE网络的建设原则、策略和方案，并给出了实际的测试案例，测试结果表明建设方案完全能够指导TD-LTE网络在农村的建设。

参考文献：

[1]刘光毅等.智能天线及其在TD-LTE中的应用[J].电信科学2009.12

[2]戴源等.TD-LTE无线网络规划与设计人民邮电出版社[J].2012.4