胡俊峰

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司 宜興市分公司，江蘇 宜興 214200）

0 引 言

高密度住宅區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重難點(diǎn)。隨著城市的密集型建設(shè)，高層密集住宅區(qū)越來越多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃要求越來越高。如何有效實(shí)現(xiàn)這些區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)資源覆蓋以及實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化配置成為亟待解決的重大問題。對(duì)此，根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)整體特征和當(dāng)前的應(yīng)用需求進(jìn)行覆蓋設(shè)計(jì)，為當(dāng)前高密度住宅區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋提供理論依據(jù)。

1 LTE網(wǎng)絡(luò)基本技術(shù)

1.1 OFDM技術(shù)

正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）同傳統(tǒng)頻分復(fù)用技術(shù)的差別在于其子載波之間正交疊加，提升了頻帶利用率[1]。實(shí)際應(yīng)用中，OFDM技術(shù)采用多個(gè)正交子載波并行傳輸數(shù)據(jù)，各個(gè)子載波之間存在一半頻譜的疊合，由此能夠提升1倍的傳輸效率。由于各個(gè)子載波之間相互正交，因此在接收OFDM調(diào)制信號(hào)后無需復(fù)雜的接收處理技術(shù)。此外，OFDM技術(shù)易于與多進(jìn)多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)和空時(shí)編碼（Space-Time Codes，STC）等技術(shù)相結(jié)合。

OFDM技術(shù)要求各子載波保持正交，然而由于信息傳輸中會(huì)產(chǎn)生時(shí)延及多普勒頻移，因此導(dǎo)致子載波的正交性被破壞，對(duì)此引入循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）以解決這一問題。OFDM技術(shù)涵蓋了發(fā)射和接收兩個(gè)階段，其原理如圖1所示。在信號(hào)發(fā)射階段，通過傅里葉逆變換實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，從而將信息通過天線發(fā)送，在接收端則通過傅里葉變換等相關(guān)逆變過程實(shí)現(xiàn)對(duì)OFDM信號(hào)的解調(diào)。

圖1 OFDM系統(tǒng)原理框圖

1.2 MIMO技術(shù)

MIMO傳輸系統(tǒng)如圖2所示，其核心環(huán)節(jié)就是采用多天線技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)信道容量的顯著擴(kuò)大[2]。MIMO技術(shù)一般采用分布式天線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分集處理，這種方式的天線布置能夠顯著增大各個(gè)天線的獨(dú)立兼容性，使得獲得信號(hào)均呈現(xiàn)出獨(dú)立特征，從而在接收端實(shí)現(xiàn)信號(hào)增益的提升。

圖2 MIMO傳輸系統(tǒng)示意圖

根據(jù)上述的分析可知，MIMO技術(shù)的本質(zhì)在于為當(dāng)前的通信系統(tǒng)提供足夠的分集增益和空間復(fù)用增益。前者可以有效改善信號(hào)傳輸?shù)目煽慷龋档驼`碼率，后者可以提升信息傳輸速率。

1.3 空時(shí)編碼技術(shù)

空時(shí)編碼（Space-Time Coding，STC）技術(shù)作為一種高效數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a技術(shù)，依托多天線技術(shù)實(shí)現(xiàn)了空間分集，并且在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)了時(shí)分復(fù)用，由此極大地提升了分集和編碼增益，實(shí)現(xiàn)了傳輸速率的顯著提升[3,4]。從其表現(xiàn)特征上看，根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)是否需要信道狀態(tài)信息可將該技術(shù)分為兩類。一類是需要獲取信道狀態(tài)信息，這一類可以進(jìn)一步分為分層空時(shí)編碼（Layered Space-Time Coding，LSTC）、空時(shí)格型編碼（Space-Time Trellis Coding，STTC）以及空時(shí)分組碼（Space-Time Block Coding，STBC），另一類是不需獲取信道狀態(tài)信息，這一類進(jìn)一步分為酉空時(shí)編碼（Unitary Space-Time Coding，USTC）和差分空時(shí)編碼（Diferential Space-Time Coding，DSTBC）。

2 高密度住宅區(qū)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃

2.1 覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)基本原則

網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)是否得當(dāng)會(huì)影響最終使用效果，因此開展相關(guān)工作時(shí)需要遵循如下原則[5]。首先，覆蓋規(guī)劃面積不能過大，覆蓋規(guī)劃面積過大會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)中的其他扇區(qū)，造成扇區(qū)疊加，降低用戶端網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的靈活程度，降低整體規(guī)劃性能。其次，覆蓋規(guī)劃面積不宜過小，覆蓋規(guī)劃面積過小會(huì)導(dǎo)致覆蓋網(wǎng)絡(luò)中扇區(qū)數(shù)目增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)維護(hù)難度大，同時(shí)覆蓋規(guī)劃面積過小也會(huì)對(duì)位置更新的通信開銷產(chǎn)生不利影響。最后，覆蓋規(guī)劃的范圍邊界直接對(duì)尋呼邊界產(chǎn)生影響，因此確定對(duì)應(yīng)的覆蓋邊界十分重要。為了降低整體位置更新頻次，對(duì)應(yīng)的覆蓋規(guī)劃邊界盡量設(shè)置于低話務(wù)區(qū)域或者低速移動(dòng)區(qū)域，以降低位置更新開銷。一般設(shè)計(jì)中，在城市與郊區(qū)的分界點(diǎn)上，覆蓋規(guī)劃的分界點(diǎn)可設(shè)置于外線的基站而非密集的郊區(qū)路口，以此降低位置更新頻次，同時(shí)分區(qū)盡量不以街道為界。一般來說，覆蓋規(guī)劃邊界不應(yīng)與街道平行或垂直，而應(yīng)垂直于用戶流的方向（或業(yè)務(wù)流的方向），避免出現(xiàn)位置更新或路由更新的乒乓效應(yīng)。

2.2 覆蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)密集住宅區(qū)場(chǎng)景，給出以下設(shè)計(jì)思路[6]。首先確定和識(shí)別應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上的覆蓋信息，為覆蓋規(guī)劃提供指南，確定該區(qū)域通信空域的上下行能力需求。其次根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)和扇區(qū)數(shù)，確定每個(gè)扇區(qū)的平均用戶規(guī)模模塊和用戶的平均分頁速率，計(jì)算對(duì)應(yīng)平均輪詢需求，一般要求最大值高于零端口。此外每個(gè)備選尋呼組的最大尺度取決于平均尋呼要求和每個(gè)地區(qū)自由尋呼的可能性，網(wǎng)絡(luò)中需要配置撥號(hào)組的數(shù)量由實(shí)際網(wǎng)絡(luò)大小計(jì)算確定。最后考慮區(qū)域分布以便進(jìn)一步調(diào)整限額，適當(dāng)時(shí)還應(yīng)明確分區(qū)小組重疊的范圍，并在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)情況進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

3 高密度住宅區(qū)LTE無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析

3.1 基站建設(shè)規(guī)模

基站建設(shè)規(guī)模實(shí)際上和整體建設(shè)需要的網(wǎng)絡(luò)容量有關(guān)聯(lián)，對(duì)此需要開展如下參數(shù)計(jì)算工作[7-9]。

首先確定待規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)的信息。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃前需準(zhǔn)備足夠的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求信息，以確保規(guī)劃的可靠性。涵蓋內(nèi)容包括特定頻段2 600 MHz網(wǎng)絡(luò)中收發(fā)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)置幀邊比為2:2和10:2:2，評(píng)估用戶平均分頁速率的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序類型等。其次確定網(wǎng)絡(luò)的平均用戶規(guī)模，即單載波下用戶規(guī)模數(shù)。假設(shè)在密集區(qū)域，覆蓋網(wǎng)絡(luò)每個(gè)載波扇區(qū)的平均用戶數(shù)設(shè)置為1 000個(gè)，對(duì)應(yīng)的載頻個(gè)數(shù)設(shè)定為Numcarrier=5 000個(gè)。再次預(yù)算網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模。根據(jù)高密度住宅區(qū)整體情況，假設(shè)用戶規(guī)模增加程度基本保持不變，即保持前文設(shè)定的覆蓋網(wǎng)絡(luò)每個(gè)載波扇區(qū)的平均用戶數(shù)為1 000個(gè)。為了能夠保持網(wǎng)絡(luò)使用裕度，可增加20%的上限容量，即每個(gè)載頻對(duì)應(yīng)的平均idle用戶個(gè)數(shù)以1 200計(jì)算。最后設(shè)置網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。根據(jù)高密度區(qū)域特性可知，主要網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以移動(dòng)終端為主體，因而以動(dòng)態(tài)接入的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。尋呼周期設(shè)置為2 s，尋呼偏移統(tǒng)一設(shè)置為30 ms，且在尋呼組邊界不考慮設(shè)置交疊區(qū)。

3.2 基站建設(shè)容量

對(duì)于密集居住區(qū)的基站容量規(guī)劃，其主要涵蓋如最大的住戶量、用戶業(yè)務(wù)模型以及單載波可支持用戶數(shù)等[10]。

其中，最大用戶量設(shè)計(jì)以典型的高層密集小區(qū)為例，以10棟20層高層公寓為基礎(chǔ)計(jì)算，每棟計(jì)為1個(gè)單元，每單元計(jì)為3戶，每戶計(jì)為5人，一個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)的用戶數(shù)為15 000人。用戶業(yè)務(wù)模型考慮每業(yè)務(wù)用戶下行平均速率為1 Mb/s，上下行比例為1:5，用戶激活附著比為60%（即60%用戶處于激活態(tài)），用戶業(yè)務(wù)并發(fā)率初期為10%，則單用戶平均速率需求為上行12 kb/s，下行60 kb/s。單載波可支持用戶數(shù)根據(jù)當(dāng)前F波段測(cè)試結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)下行平均容量為24 Mb/s，上行數(shù)據(jù)速率為5 Mb/s，由此可得支持的用戶數(shù)計(jì)算如下：

表示選取兩個(gè)除法結(jié)果中的最小值。當(dāng)前移動(dòng)通信的滲透率在70%，其中LTE端的滲透率為M，可知：

由此得到滲透率M在26.25%左右，當(dāng)前支持的LTE用戶滲透率在5%之下。通過分析現(xiàn)有的專網(wǎng)覆蓋情況，發(fā)現(xiàn)專網(wǎng)運(yùn)營中會(huì)吸納公網(wǎng)業(yè)務(wù)。因此，設(shè)置私有網(wǎng)絡(luò)時(shí)有必要分析公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，調(diào)查私有網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)量，并將其融入到設(shè)計(jì)的私人網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，以提高私有網(wǎng)絡(luò)的性能，使私有網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)吸納公共的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

4 結(jié) 論

本文深入探討了高密度住宅區(qū)的LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，從理論分析的角度確定了基站建設(shè)規(guī)模和對(duì)應(yīng)的容量，為高密度住宅區(qū)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。