黑龍江同信通信股份有限公司 王鵬宇

TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)策略研究

黑龍江同信通信股份有限公司 王鵬宇

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匾獥l件。目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面覆蓋了我國大部分城市地區(qū)，而絕大多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的TD-LTE覆蓋面積仍然很小，從而具有極大的需求量，因此農(nóng)村成為了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)通信的主要市場。TD-LTE是一種網(wǎng)絡(luò)4G通信技術(shù)，由中國移動首先開展和推廣，TD-LTE技術(shù)能為農(nóng)村4G手機用戶帶來極大的方便，提高數(shù)據(jù)傳輸速度，提供高質(zhì)量的語音服務(wù)。鑒于農(nóng)村地區(qū)復(fù)雜的地形特點，對網(wǎng)絡(luò)頻段和天線的選擇尤為重要，以適應(yīng)復(fù)雜多變的應(yīng)用場景。

TD-LTE技術(shù)；農(nóng)村地區(qū)；通信覆蓋；策略研究

引言

TD-LTE技術(shù)作為目前最先進的4G通信技術(shù)，已經(jīng)廣泛分布于我國發(fā)達城市地區(qū)，而TD-LTE在農(nóng)村地區(qū)的覆蓋率極低。眾所周知，我國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國，農(nóng)村人口基數(shù)相當龐大，再加上近幾年國家的改革與發(fā)展，使得我國農(nóng)村經(jīng)濟得到快速增長，農(nóng)村成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、電子商務(wù)及工業(yè)制造的集中地，因此，為了滿足和提高我國農(nóng)村用戶對現(xiàn)代化通訊的需求，TD-LTE工程技術(shù)在農(nóng)村的建設(shè)勢在必行。

1.TD-LTE農(nóng)村建設(shè)需求

在我國，很長一段時間以來，農(nóng)村地區(qū)一直處于相對落后的狀態(tài)，特別是網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)。地廣人稀，環(huán)境多變復(fù)雜及經(jīng)濟落后導(dǎo)致農(nóng)村TD-LTE建設(shè)成本增加，且后期運營和維護也更難進行，因此農(nóng)村TD-LTE技術(shù)一直未得到發(fā)展。

隨著我國社會主義新農(nóng)村的建設(shè)，農(nóng)村經(jīng)濟不斷發(fā)展和提高，智能手機，4G網(wǎng)絡(luò)等也在農(nóng)村地區(qū)不斷普及，同時不斷改變著今天農(nóng)村。其中農(nóng)村通信市場的份額也在快速增加，甚至占據(jù)了城市通信市場份額的50%及以上，得益于農(nóng)村經(jīng)濟的快速發(fā)展，在農(nóng)村交通越來越發(fā)達和便捷的今天，很多大型企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向農(nóng)村，以及日益盛行的淘寶行業(yè) 也使得農(nóng)村成為電子商務(wù)的集中地，因此，在農(nóng)業(yè)，工業(yè)，電商產(chǎn)業(yè)集中發(fā)展的農(nóng)村地區(qū)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)通信變得越來越不可或缺。

2.TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)策略

TD-LTE在農(nóng)村通信覆蓋中的組網(wǎng)主要包括頻段選擇和天線選擇兩大部分，下文將提供組網(wǎng)策略的具體研究內(nèi)容。

2.1 頻段選擇策略

TD-LTE通信頻段主要包括F頻段和D頻段兩種類型，針對農(nóng)村TD-LTE通信技術(shù)建設(shè)的特點及需求可知，要建立農(nóng)村通信基站必須要克服距離遠，面積小等困難，同時還需要保證信號的強度不能太低，若采用F頻段信號，其頻率應(yīng)該被控制在1880MHZ-1900MHZ之間，若為D頻段信號，其頻率控制為2575MHZ-2675MHZ之間。其中F頻段的信號理論上要優(yōu)先于D頻段信號，在TDD頻譜中F頻段處于最低位置，因此，在農(nóng)村通信基站的建立中，首先采用F頻段，然后才是D頻段。在對農(nóng)村通信基站的運營數(shù)據(jù)進行調(diào)研和分析之后得出了以下結(jié)論：在同等傳輸距離的情況下，F(xiàn)頻段的掉話距離一般要比D頻段長250m，同時其SINR要比D頻段高3dB，另外F頻段的RSRP比D頻段還要高4dB。綜上所述，F(xiàn)頻段在農(nóng)村通信基站的建立中具有獨特優(yōu)勢，以適應(yīng)基站距離遠，覆蓋面積廣，信號控制難等實際問題。

2.2 天線選擇策略

TD-LTE在農(nóng)村的組網(wǎng)策略還有一大難題就是天線的選擇，為了盡可能提高信號傳輸?shù)膹姸?，天線的選擇十分關(guān)鍵。農(nóng)村組網(wǎng)過程中應(yīng)該選擇配置先進，功能靈活，質(zhì)量上乘的天線來收發(fā)信號，其中F獨立電調(diào)天線是目前使用最多也最適用的TD-LTE通訊天線。F獨立電調(diào)天線可集中處理所收集到的天線數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)部分析后通過遠程管理獨立地調(diào)整天線的傾角，以便于滿足各個方位的信號收發(fā)，實現(xiàn)全面覆蓋，可以看出，F(xiàn)獨立電調(diào)天線具有較強的內(nèi)部安裝部署，遠程調(diào)控，網(wǎng)絡(luò)連接功能。

陣子復(fù)用技術(shù)是目前世界上最先進的天線調(diào)控技術(shù)，其被很好地應(yīng)用于F獨立電調(diào)天線中。陣子復(fù)用顧名思義可以減少天線的陣子數(shù)量，意味著F獨立電調(diào)天線具有更輕的重量及更小的尺寸。另外，在天線的長期使用過程中，可以通過遠程電調(diào)功能將天線的實時信息反饋到網(wǎng)關(guān)平臺，并通過可視化平臺調(diào)節(jié)天線傾角，這樣一來，極大地簡化了農(nóng)村TD-LTE通信在后期運營管理和維修上的困難。

除此之外，F(xiàn)頻段高增益天線也常被應(yīng)用于話務(wù)量較小，通信需求量不大的偏遠農(nóng)村地區(qū)，從而在能保證信號覆蓋面積的情況下降低農(nóng)村通信基站的建設(shè)成本，相比于F獨立電調(diào)天線更具經(jīng)濟價值。

3.基站測試

在建立好農(nóng)村通信基站后，為了實時地掌握通信基站的信號覆蓋情況，我們需要對其進行必要的基站測試，根據(jù)實測數(shù)據(jù)對基站進行分析。為了得到更加準確可靠的測試信息，我們選擇了地理條件相對比較優(yōu)越的平原地區(qū)作為測試站點。

3.1 測試終端

為了全面跟蹤測試基站的信號軌跡，利用華為E5375Mif i作為測試終端，它支持TD-LTE等信號模式，是一款常用的測試終端，屬于LTECAT4終端，支持2*2MIMO，TDD的下載速率最大可達到112Mbit/s，其上傳速率最大可達到10Mbit/s，運用起來十分方便快捷。

3.2 測試軟件

測試軟件采用Pilot Pioneer 9.3.0，該軟件是鼎力通訊公司開發(fā)運用的，是一款集成多個網(wǎng)絡(luò)進行同步測試的無線網(wǎng)絡(luò)測試軟件，同時也是目前最新的軟件版本，以PC和Window7/XP為基礎(chǔ)進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化評估，并在長期的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中總結(jié)經(jīng)驗以研究出最先進的成果。因此，該系統(tǒng)能夠很好地運用于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)測試。

3.3 測試方法

3.3.1 單站覆蓋測試

在農(nóng)村單站覆蓋測試開始之前，需要選定好備選小區(qū)，以便進行拉遠測試，拉遠測試要求所選小區(qū)主瓣方向具有做夠的拉遠距離，且需要遠離其他干擾基站，以免造成不必要的測試誤差。在選定好測試基站之后，還需要對基站進行實地勘察，確定掛高，方向角及設(shè)備功率等。然后在鎖小區(qū)的方式下開始拉遠測試，測試并記錄對該測試站點造成干擾的小區(qū)，還要在關(guān)閉干擾小區(qū)的情況下再進行重復(fù)測試，按照測試順序記錄數(shù)據(jù)即可。

3.3.2 成片基站測試

與單站覆蓋測試相同，在開始測試之前需要選好備用測試片區(qū)，片區(qū)的選擇應(yīng)盡量使掛高站具有代表性。在測試開始之前，同樣需要進行實地勘察，確定好基站掛高，方向角及設(shè)備功率等，并在后臺將所有基站功率進行統(tǒng)一。首先進行FTP下載測試，涉及面包括所選片區(qū)內(nèi)所有的村莊主干道路，然后再選取其中一到兩個站點進行CTQ測試，主要測試內(nèi)容為室內(nèi)的信號覆蓋情況。

4.農(nóng)村單站拉遠測試概況

在經(jīng)過一系列農(nóng)村單站拉遠測試之后，分別在典型基站的拉遠距離，參考信號功率以及下傾角對覆蓋距離等三個方面得出了相關(guān)結(jié)論。具體結(jié)論及分析如下：

4.1 典型基站的拉遠距離

表1 農(nóng)村單站拉遠測試的各種拉遠距離

農(nóng)村單站拉遠測試主要是為了確定農(nóng)村單獨的基站在典型掛高和功率不變的情況下，其覆蓋距離的最大范圍。在測試過程中，需要涉及到4個拉遠距離的測試，即RSRP達到-109dBm時的覆蓋距離，下載速率達到1Mbit/s的覆蓋距離，下載速率達到4Mbit/s的覆蓋距離以及能夠進行數(shù)據(jù)接收的覆蓋距離等。

如表1所示為農(nóng)村單站拉測試對其中5個站的測試情況，由表中數(shù)據(jù)可以看出，在典型掛高即40-50m的情況下，TD-LTE單站在不同下傾角時的覆蓋情況不同。另外，有必要說明的是，對農(nóng)村單站覆蓋距離造成影響的因素有很多，主要包括基站道路的遮擋情況，即是否有樹枝遮擋等，道路是否彎折，是否偏離主覆蓋的方向，以及基站周圍樓房的分布情況等都將影響到農(nóng)村單站覆蓋的距離。

4.2 參考信號功率對覆蓋距離的影響

表2 典型基站在不同參考功率下的覆蓋距離

如表2所示為農(nóng)村典型基站在不同參考功率下的覆蓋距離，從表中可以看出，在典型掛高不變的情況下，參考信號功率降低3dB時，其RSRP>-109的覆蓋距離將縮減到原來的90%左右，而數(shù)據(jù)接入的距離將縮減到80%左右。因此，通過比較可以確定，數(shù)據(jù)接入的優(yōu)化將更大地提升信號的覆蓋距離。

4.3 天線下傾角調(diào)整對覆蓋距離的影響

表3 典型基站在不同天線下傾角時的覆蓋距離

如表3所示為典型基站在不同天線下傾角時的覆蓋距離測試結(jié)果，由表中結(jié)果可以看出，當下傾角從3度到9度逐漸增大時，大量典型基站的數(shù)據(jù)接入的覆蓋范圍將不斷縮短。

改變天線傾角可以改變無線網(wǎng)絡(luò)的信號覆蓋范圍，因此當天線下傾角較大時，在有效覆蓋的范圍內(nèi)調(diào)整其下傾角能起到增強信號的作用。另外，如果天線下傾角已經(jīng)達到6度及以上，則再增加下傾角，信號覆蓋的強度也沒有很大的提升。

5.農(nóng)村成片基站的測試情況

在成片的農(nóng)村地區(qū)TD-LTE基站已經(jīng)形成了連續(xù)覆蓋，本次測試中選擇了4個片區(qū)進行測試，首先保證典型掛高不變，對不同的站間距成片基站進行逐一測試，記錄其數(shù)據(jù)結(jié)論如下。

表4 農(nóng)村TD-LTE成片測試數(shù)據(jù)

如表4所示為農(nóng)村TD-LTE成片測試數(shù)據(jù)總結(jié)，由表中數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，當農(nóng)村基站的站間距大約在2Km左右時，其RSRP的平均值能夠達到-91dBm，下載速率達到33Mbit/s左右，當把農(nóng)村基站間距提高到3km時，其RSRP將進一步下降為-102dBm，且其下載速率下降為25Mbit/s，且在終端使用時容易出現(xiàn)掉線的情況。

6.農(nóng)村基站的規(guī)劃和建議

針對以上關(guān)于農(nóng)村基站的建設(shè)分析，提出以下幾點建議：第一，農(nóng)村基站的站間距最好在1.4-2km之間，因為當站間距大于3km時，其信號覆蓋強度等相關(guān)指標將開始下降；第二，在最佳站間距情況下，最適宜的掛高通常在30-50m之間；第三，當覆蓋面積大于0.5km^2時，信號基站距離村莊應(yīng)該小于500m，且其覆蓋方向必須為天線的主瓣方向，當覆蓋面積超過0.7km^2時，建議將基站建設(shè)在村莊內(nèi)部；第四，農(nóng)村基站的功率應(yīng)該越大越好，以增加信號的覆蓋強度。

7.結(jié)語

TD-LTE在農(nóng)村的通信組網(wǎng)覆蓋是目前國內(nèi)三大運營商市場競爭的核心內(nèi)容，但由于農(nóng)村地區(qū)地形復(fù)雜，環(huán)境多變，信號覆蓋范圍廣等不利因素，造成農(nóng)村通信基站的建立成本及后期運營和維護的成本較高。然而在農(nóng)村通信需求量日益增加的今天，通過對農(nóng)村特殊地理環(huán)境的考察分析，選擇出合適的信號頻段及更加先進的天線，從而實現(xiàn)農(nóng)村信號基站的建立。

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