熊耀偉 魏生輝 王義剛 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330002

0 前言

電力通信網(wǎng)中大部分應(yīng)用業(yè)務(wù)關(guān)系到電網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)（諸如實(shí)時(shí)監(jiān)控、電力搶修），對(duì)于網(wǎng)絡(luò)接續(xù)要求往往是工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于公共通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、健壯性指標(biāo)要求更高，對(duì)于站點(diǎn)故障導(dǎo)致的業(yè)務(wù)無(wú)法接入的容忍度更低，在對(duì)基站設(shè)備廠家、安裝維護(hù)服務(wù)提出更高要求的同時(shí)，如何盡可能降低站點(diǎn)故障帶來(lái)的脫網(wǎng)影響，值得深入研究。

故障容錯(cuò)往往通過(guò)冗余備份來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如1+N熱備或冷備。但目前電力專(zhuān)網(wǎng)頻率資源有限，且LTE同頻組網(wǎng)的特點(diǎn)導(dǎo)致同站空口1+N備份即意味著N倍的同頻干擾，網(wǎng)絡(luò)無(wú)法正常工作。因此，通過(guò)周?chē)镜膽?yīng)急補(bǔ)盲來(lái)緩解局部問(wèn)題成為一種可能的解決方案，但是重疊覆蓋區(qū)控制不好反而會(huì)帶來(lái)不必要的系統(tǒng)內(nèi)干擾，正常網(wǎng)絡(luò)性能無(wú)法保證。本文章將此重疊覆蓋方式定義為冗余覆蓋。

表1 空口載波配置

表2 設(shè)備參數(shù)配置

表3 上行不同業(yè)務(wù)的無(wú)線質(zhì)量要求（參考鼎橋設(shè)備參數(shù)）

1 參數(shù)設(shè)置

本期設(shè)置的參數(shù)情況說(shuō)明，其中的空口載波配置、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、上行不同業(yè)務(wù)的無(wú)線質(zhì)量要求：

干擾影響因素有本系統(tǒng)內(nèi)干擾和本頻段內(nèi)外部系統(tǒng)干擾，系統(tǒng)內(nèi)負(fù)載取50%，干擾余量取3dB，外部干擾有很多不確定因素，將按不同區(qū)域預(yù)留干擾余量，綜合上述因素，本報(bào)告分析計(jì)算中上行干擾余量取值如下：

表4 上行干擾余量取值

表5 基站天線掛高

區(qū)域覆蓋概率取95%,陰影衰落方差8dB。傳播模型選取COST231-Hata。建站規(guī)模工程余量：20%。即考慮到實(shí)際建站過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)不規(guī)則，以及電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)以固定點(diǎn)為主，在最終考慮小區(qū)半徑時(shí)，將考慮20%的覆蓋面積冗余

2 分析方案

2.1 上行鏈路預(yù)算覆蓋分析

通過(guò)上行鏈路預(yù)算工具，以及20%工程余量，可得出各業(yè)務(wù)、各場(chǎng)景下的鏈路預(yù)算計(jì)算小區(qū)半徑以及考慮工程余量后小區(qū)半徑為：

表6 考慮工程余量后小區(qū)半徑表

通過(guò)仿真及上述表格可知，在以PS128連續(xù)覆蓋為條件情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)斷站，周?chē)編缀鯖](méi)有補(bǔ)盲能力，由于站間距較大，天線下傾角較小，下傾角可調(diào)余地非常有限，也無(wú)法達(dá)到補(bǔ)盲的效果。因此，通過(guò)縮小站間距（增密站址）來(lái)提高斷站后的補(bǔ)盲效果成為必要的選項(xiàng)。

2.2 理論蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仿真冗余覆蓋分析

通過(guò)縮小站間距來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余覆蓋需要從上行和下行兩個(gè)維度來(lái)分析。

2.2.1 上行冗余覆蓋半徑分析

根據(jù)規(guī)則蜂窩結(jié)構(gòu)，上行其他條件（干擾）不變的情況下，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)站斷站時(shí)，周?chē)狙a(bǔ)盲深度需求約為1.5倍小區(qū)半徑：

圖1 斷站補(bǔ)盲示意圖

因此，如果要實(shí)現(xiàn)上圖補(bǔ)盲效果，冗余建站小區(qū)半徑取值應(yīng)為常規(guī)建站小區(qū)半徑的2/3，另考慮工程中建站的不確定性，覆蓋面積保留20%余量，各區(qū)域常規(guī)建站和冗余建站小區(qū)半徑分別如下：

表7 不同業(yè)務(wù)冗余覆蓋半徑對(duì)應(yīng)表

需要注意的是，斷站前的大部分?jǐn)嗾緟^(qū)域業(yè)務(wù)速率是高于邊緣速率的，且速率越高的區(qū)域，由于越靠近斷站，而越遠(yuǎn)離補(bǔ)盲站，所以，斷站前后的業(yè)務(wù)速率差更大。

2.2.2 下行干擾理論分析

圖2 斷站下行干擾示意圖

以上圖為例，斷站后，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)破壞，斷站中心為干擾最?lèi)毫游恢?，?dāng)斷站后，下行主覆蓋信號(hào)可能包括三個(gè)小區(qū)：C1、C2、C3。四天線場(chǎng)景，RS Boost 3dB：

考慮另外6 個(gè)旁瓣扇區(qū)指向該點(diǎn)角度天線增益-7.45dB，則RS-SINR(C1)≈1/(6.16*Cell_Load +Noise/RSC1)

上述分析顯示，下行邊緣的RS-SINR則隨著負(fù)載增加，惡化厲害，在目前只考慮2個(gè)干擾小區(qū)，未考慮覆蓋Margin,下行負(fù)載50%情況下，邊緣RS-SINR已經(jīng)很低，如果再考慮非主干擾的6個(gè)扇區(qū)，則RS-SINR惡化更明顯，所以，冗余覆蓋的短板更多在于下行的干擾導(dǎo)致的信號(hào)質(zhì)量惡化。

因此冗余覆蓋的前提條件是，下行的負(fù)載必須不能太高。

2.3 理論蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仿真冗余覆蓋分析

由于鏈路預(yù)算對(duì)于電平與干擾的分析忽略了天線波瓣的影響，特別對(duì)于干擾的分析由于沒(méi)有考慮更多小區(qū)的干擾，分析相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因此，部署給定小區(qū)半徑規(guī)則蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)預(yù)測(cè)仿真分析可以得到更加詳盡的理論數(shù)據(jù)并驗(yàn)證鏈路分析中的結(jié)果。

下面先來(lái)分析一下網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中一個(gè)重要調(diào)整參數(shù)，天線下傾角設(shè)置對(duì)于全網(wǎng)干擾的影響，并得出不同場(chǎng)景下下傾角設(shè)置的推薦值；再以市區(qū)為例，按照冗余覆蓋小區(qū)半徑建站條件下，分析各個(gè)指標(biāo)的覆蓋情況。

通常在不同場(chǎng)景下，天線下傾角有不同的配置策略。以下圖為例，有三種下傾角策略：

（1）A點(diǎn)作為小區(qū)邊緣，主要適用于盡可能擴(kuò)大電平覆蓋，常用于GSM網(wǎng)絡(luò)農(nóng)村場(chǎng)景；

（2）B點(diǎn)作為小區(qū)邊緣，綜合考慮電平覆蓋和對(duì)于周?chē)^(qū)干擾，多用于GSM市區(qū)，CDMA、LTE小區(qū)邊緣電平較弱，下行負(fù)載不高的場(chǎng)景（覆蓋受限場(chǎng)景）；

（3）C點(diǎn)作為小區(qū)邊緣，嚴(yán)格控制小區(qū)間干擾，常用于CDMA以及LTE站間距很小，下行負(fù)載較高的場(chǎng)景（干擾受限場(chǎng)景）。

圖3 下傾角設(shè)置方案ABC

以上述下傾角A、B、C策略，可得在市區(qū)冗余覆蓋場(chǎng)景下，天線下傾角分別為（天線垂直半功率角6度）：

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下面重點(diǎn)從信號(hào)覆蓋值RSRP以及RS-SINR兩個(gè)維度進(jìn)行分析，具體分析如下：

2.3.1 市區(qū)場(chǎng)景上行業(yè)務(wù)覆蓋

下面分別表示采用兩種下傾角方案，冗余建站場(chǎng)景下，正常網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、出現(xiàn)單站斷站狀態(tài)情況下的覆蓋比例。

表8 市區(qū)冗余建站四種情況下上行覆蓋統(tǒng)計(jì)表

從上表中可以看出，以下傾角方案B和下傾角方案C布站，正常網(wǎng)絡(luò)下，邊緣速率都可以實(shí)現(xiàn)PS512Kbps，在下傾角方案C下，靠近小區(qū)中心位置可以實(shí)現(xiàn)更好的上行速率；當(dāng)斷站后，下傾角方案C不進(jìn)行下傾角優(yōu)化，周?chē)镜难a(bǔ)盲效果不理想，而下傾角方案B，PS128Kbps補(bǔ)盲效果明顯，并做到幾乎全面補(bǔ)盲。

在下傾角方案C中，斷站后，調(diào)整三個(gè)主補(bǔ)盲扇區(qū)下傾角可以發(fā)現(xiàn)也可以做到PS128的全面補(bǔ)盲。

圖4 調(diào)整三個(gè)扇區(qū)下傾角5->2度補(bǔ)盲效果圖

表9 三種冗余補(bǔ)盲效果對(duì)比表

從圖表中可以看出，第三種方案達(dá)到了更好的補(bǔ)盲效果，但是這是通過(guò)調(diào)整下傾角所帶來(lái)的，在工程實(shí)施中需要具備兩個(gè)條件：1. 全網(wǎng)需配備可遠(yuǎn)程調(diào)整下傾角的天線系統(tǒng)；2. 及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷站點(diǎn)，根據(jù)事先準(zhǔn)備的應(yīng)急方案遠(yuǎn)程調(diào)整下傾角。相對(duì)來(lái)說(shuō)這個(gè)兩點(diǎn)帶來(lái)的缺點(diǎn)是成本的提高和工程優(yōu)化維護(hù)的復(fù)雜度，需綜合非技術(shù)因素來(lái)考慮是否采用。

2.3.2 市區(qū)場(chǎng)景下行RS-SINR覆蓋

在下行達(dá)到30%load時(shí)，下傾角方案B和下傾角方案C下，RS-SINR冗余覆蓋表現(xiàn)如下：

圖5 2度下傾角和5度下傾角冗余覆蓋對(duì)比

表10 2度下傾角和5度下傾角冗余覆蓋統(tǒng)計(jì)表

由上表可見(jiàn)，兩種下傾角方案下，斷站后，補(bǔ)盲區(qū)域的RS-SINR均能達(dá)到-5dB以上，且下傾角方案C更優(yōu)，體現(xiàn)了C的控制干擾能力。

結(jié)合本節(jié)和下傾角方案分析章節(jié)中的內(nèi)容，在不斷站條件下，30%Load時(shí)，目標(biāo)區(qū)域內(nèi)RS-SINR覆蓋可以做到-2dB以上，當(dāng)斷站之后，RS-SINR邊緣惡化到-5dB,比鏈路分析中最大值-0.8dB低約4dB，比再多考慮6個(gè)旁瓣扇區(qū)的-2.7dB小2.3dB，可見(jiàn)鏈路分析過(guò)程中無(wú)法考慮的（IOther/RSC1）因素（包括第二圈的站），對(duì)于干擾的貢獻(xiàn)還是比較大，因此，鏈路分析結(jié)果與仿真中的實(shí)際值差別較大。

冗余分析結(jié)論

綜上所述，利用冗余覆蓋方案建站時(shí)，小區(qū)半徑選擇為正常小區(qū)半徑的2/3即可以滿(mǎn)足要求；下傾角選擇方案C時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)斷站后上行補(bǔ)盲不理想，而選擇B時(shí)，出現(xiàn)斷站后上行補(bǔ)盲效果明顯；而無(wú)論采用下傾角方案B還是C，下行RS-SINR覆蓋表現(xiàn)類(lèi)似。

3 實(shí)際案例

3.1 雙覆蓋的設(shè)計(jì)原則

依據(jù)《電力無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)建設(shè)技術(shù)要求》中針對(duì)雙覆蓋要求：基站信號(hào)對(duì)承載生產(chǎn)控制類(lèi)業(yè)務(wù)的終端必須雙覆蓋。管理信息類(lèi)業(yè)務(wù)終端原則上需雙覆蓋，由于本期基站數(shù)量不足或者邊緣區(qū)域等使得部分區(qū)域管理信息類(lèi)業(yè)務(wù)終端暫時(shí)不能滿(mǎn)足雙覆蓋的，可通過(guò)增加蓄電池的保電時(shí)間、回傳網(wǎng)傳輸業(yè)務(wù)采用雙路由、通信終端采用公專(zhuān)多模等加強(qiáng)保障。

3.2 雙覆蓋的設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)無(wú)線鏈路預(yù)算初步得出無(wú)線基站在不同的分布場(chǎng)景（密集城區(qū)、一般城區(qū)、郊區(qū)、農(nóng)村）無(wú)線信號(hào)傳播的距離，得出單基站在不同場(chǎng)景內(nèi)的覆蓋半徑。

通過(guò)冗余建站，理論上選擇小區(qū)半徑為正常半徑的2/3，選擇合理的下傾角方案，當(dāng)出現(xiàn)斷站后，周?chē)拘^(qū)基本能夠?qū)嗾緟^(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋，能夠滿(mǎn)足承載生產(chǎn)控制類(lèi)業(yè)務(wù)的終端雙覆蓋的要求，斷站區(qū)域的RSRP、RS-SINR也能夠滿(mǎn)足要求。

本期雙覆蓋設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)有鐵塔公司的租賃站點(diǎn)以及自有物業(yè)的站址，原則上滿(mǎn)足基站信號(hào)對(duì)承載生產(chǎn)控制類(lèi)業(yè)務(wù)的終端實(shí)現(xiàn)雙覆蓋。

3.3 雙覆蓋的具體方案及分析

本方案首先對(duì)正常情況下網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)作分析，然后再針對(duì)單站進(jìn)行斷站分析，對(duì)此獲得斷站后的冗余覆蓋效果。

根據(jù)上面的正常情況下仿真結(jié)果RSRP及RS-SINR值二個(gè)角度分析可以看出，云龍區(qū)簇目標(biāo)分析區(qū)域覆蓋良好，RS-SINR絕大部分可以做到-3dB以上，在站間距較大的邊緣區(qū)域，也可以達(dá)到-4～-6dB以上。

（1）根據(jù)覆蓋區(qū)域、RSRP、RS-SINR等指標(biāo)，對(duì)云龍區(qū)簇小區(qū)覆蓋分析如下：

圖6 簇小區(qū)覆蓋圖

（2）大王廟機(jī)房

分析：按照上圖區(qū)域內(nèi)的4個(gè)站點(diǎn)分布，經(jīng)單站的開(kāi)站、閉站仿真計(jì)算，整簇中間區(qū)域同時(shí)滿(mǎn)足RSRP≥-115dBm及SINR≥-3dBd的雙覆蓋比例為79.30%，控制類(lèi)業(yè)務(wù)雙覆蓋比例為80.83%，詳見(jiàn)下表：

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目前針對(duì)雙重覆蓋的統(tǒng)計(jì)值，是指在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)接受同頻干擾的情況下統(tǒng)計(jì)，可供參考。實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建成后，會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在消除同頻干擾和提升覆蓋性能的情況下，雙重覆蓋的數(shù)值會(huì)有所下降。

3.4 雙覆蓋提升方案

（1）終端天線，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，安裝位置選擇處于相對(duì)開(kāi)闊的區(qū)域，并提高天線安裝高度；

（2）雙覆蓋區(qū)域內(nèi)，終端采用全向天線，便于接收多方向信號(hào)；終端位置由于信號(hào)較弱、干擾較強(qiáng)的，為了獲得更高的收發(fā)增益，降低上下行干擾，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用帶增益的定向天線，達(dá)到接入網(wǎng)絡(luò)的目的；

（3）在站點(diǎn)斷開(kāi)的情況下，通過(guò)調(diào)整工參、基站搶修等方式進(jìn)行運(yùn)維保障。