［戴俊 樊正茂 趙婧 吳正華 陳志翔 許平 宮曉強(qiáng) 劉榮］

1 引言

某湖泊位于某省北部，湖體分屬該省3 個(gè)地市，湖泊地位位于我國(guó)前列。湖面面積高水位時(shí)超4 000 km2，湖體東西平均寬16.9 km，最寬74 km。由于湖面廣、縱深寬，傳統(tǒng)基站覆蓋距離有限、湖面建站難等實(shí)際情況，距離湖岸較遠(yuǎn)距離時(shí)候，基本上屬于脫網(wǎng)狀態(tài)，因此做好超大范圍湖面的網(wǎng)絡(luò)覆蓋是個(gè)目前亟需解決的難題。

隨著該湖泊旅游業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，以及5G 賦能經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的責(zé)任，5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)時(shí)，必須考慮該湖泊5G 覆蓋需求，為后續(xù)5G 應(yīng)用打下基礎(chǔ)。5G 700 MHz 具有低頻優(yōu)勢(shì)，穿透損耗小、覆蓋能力強(qiáng)，是廣域覆蓋的首選，極為適合無(wú)建筑阻礙的湖面覆蓋。但傳統(tǒng)700 MHz 基站有效覆蓋范圍一般在6 km 左右，本次通過(guò)合理設(shè)置基站站高，及開(kāi)啟前導(dǎo)碼Preamble 格式、波束場(chǎng)景化等增強(qiáng)覆蓋特性，可實(shí)現(xiàn)18 km 以上超遠(yuǎn)有效覆蓋。

2 超遠(yuǎn)覆蓋技術(shù)方案

超遠(yuǎn)覆蓋的電波傳播方式主要為視距傳播，其有效的覆蓋范圍與多種因素有關(guān)，如超遠(yuǎn)覆蓋的小區(qū)采用的天線掛高、天饋的選型、傳播距離、工作頻段、上下行鏈路損耗（如饋線損耗、人體損耗）、終端和基站接收靈敏度、天線的發(fā)射功率、子幀時(shí)隙配比、新技術(shù)，同時(shí)還與無(wú)線傳播環(huán)境（如地理位置、基站分布情況）等有關(guān)，通過(guò)采用靈活多變的超遠(yuǎn)覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，提高系統(tǒng)可容忍的最大路徑損耗，以增加有效的覆蓋距離。

2.1 頻率選擇

為滿足超遠(yuǎn)覆蓋需求，結(jié)合低頻特性?xún)?yōu)勢(shì)，優(yōu)先采用5G 700 M 頻段進(jìn)行覆蓋。

2.2 天饋選擇

在超遠(yuǎn)覆蓋中，基站有效覆蓋范圍大，采用空間分集可以增強(qiáng)基站接收效果，同時(shí)采用大增益窄波束天線?？紤]到覆蓋范圍及干擾控制等因素，湖面超遠(yuǎn)覆蓋建議選擇水平波瓣寬度65 度17 dBi 的天線，極限超遠(yuǎn)覆蓋可選擇水平波瓣寬度35 度17 dBi 以上的天線。同時(shí)，湖面覆蓋基站一般都為大功率超高站點(diǎn)，為了減少對(duì)周邊大網(wǎng)站點(diǎn)的干擾，可選擇前后抑制比高的天線。建議前后抑制比大于30 dB。天線相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

表1 天線相關(guān)參數(shù)

2.3 覆蓋增強(qiáng)技術(shù)

在湖面超遠(yuǎn)覆蓋中，基站支持超遠(yuǎn)覆蓋與Preamble格式有密切聯(lián)系，同時(shí)為進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)及持續(xù)提升網(wǎng)絡(luò)性能可采用波束場(chǎng)景化、超級(jí)上行、干擾隔離、切片資源保障等技術(shù)。

（1）增強(qiáng)覆蓋特性-PRACH 信道格式對(duì)系統(tǒng)覆蓋的限制

根據(jù)3GPP 協(xié)議的規(guī)定，為保證終端接入同步，終端在隨機(jī)接入系統(tǒng)過(guò)程中，基站需要檢測(cè)終端在隨機(jī)接入系統(tǒng)過(guò)程中發(fā)送過(guò)來(lái)的前導(dǎo)Preamble，而Preamble 格式的選擇直接影響了系統(tǒng)的有效覆蓋距離，PRACH 信道中不同Preamble 格式所導(dǎo)致系統(tǒng)理論覆蓋范圍有較大差別。針對(duì)FDD 系統(tǒng)，Preamble 格式類(lèi)型共有4 種，分別為Preamble Format 0，Preamble Format 1，Preamble Format 2，Preamble Format 3，其中支持覆蓋半徑分為14 km、77 km、29 km、107 km。通過(guò)優(yōu)化RACH使能700 M NR超遠(yuǎn)接入，F(xiàn)DD 優(yōu)先選擇Preamble Format 1。

（2）增強(qiáng)覆蓋特性-FDD 下行窄波束優(yōu)化

湖面場(chǎng)景相對(duì)而言較為復(fù)雜，對(duì)于特定的場(chǎng)景需要制定特定的覆蓋方案。此時(shí)應(yīng)用到波束優(yōu)化技術(shù)手段，通過(guò)將傳統(tǒng)的65°寬波束優(yōu)化分為2 個(gè)窄波束，增益可提升2～3 dB。在考慮增強(qiáng)覆蓋的同時(shí)，也需要注意干擾控制，主要分為湖面覆蓋組網(wǎng)小區(qū)間干擾和覆蓋站點(diǎn)與公網(wǎng)站點(diǎn)間干擾。湖面覆蓋組網(wǎng)小區(qū)間干擾可通過(guò)合理規(guī)劃小區(qū)方位角來(lái)避免越區(qū)覆蓋，或者小區(qū)間下行采用PRB 隨機(jī)化規(guī)避小區(qū)間干擾，錯(cuò)開(kāi)交疊處RB 起始位置；覆蓋站點(diǎn)與公網(wǎng)站點(diǎn)間干擾，可通過(guò)盡量避免與陸地公網(wǎng)交疊覆蓋，或者CoMP 組網(wǎng)抵抗上下行干擾。

3 湖面超遠(yuǎn)覆蓋方案

3.1 站址選址即設(shè)備選型

在湖面附近選擇一個(gè)合適站點(diǎn)，該站點(diǎn)掛高40 m，主設(shè)備選擇700 M 設(shè)備，最大輸出功率4*60 w，帶寬為2*30 M；機(jī)械下傾角3°，電子下傾角0°，前導(dǎo)格式為Preamble Format 1。

3.2 覆蓋效果

通過(guò)開(kāi)通700 M NR 超遠(yuǎn)覆蓋特性，終端在持續(xù)占用700 M 小區(qū)情況下，最大拉遠(yuǎn)距離為20.5 km。接收信號(hào)的RSRP 電平值最大值為-83 dBm，接收信號(hào)的RSRP 電平值大于-95 dBm 占比17.44%；信噪比最大值約21 dB，信噪比大于0 dB占比37.8%；下載速率最大值約112 Mbit/s，下載速率大于10 Mbit/s 占比89.1%。

在距離基站12 km 左右覆蓋范圍處，下行速率有保障及接入穩(wěn)定；在距離基站18 km 左右覆蓋范圍處，下行速率相對(duì)有保障及接入相對(duì)較穩(wěn)定；在距離基站20 km 覆蓋范圍處，已處于掉話極限范圍內(nèi)。相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)如圖1、圖2 和表2 所示。

表2 測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 測(cè)試圖

圖2 MAC 層下行速率、SS-RSRP、SS-SINR 測(cè)試圖

4 小結(jié)

依據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)超遠(yuǎn)覆蓋技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)近湖18 km 內(nèi)的湖面有效覆蓋，為后續(xù)湖面5G 應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；后續(xù)擬采用700 M 超遠(yuǎn)覆蓋技術(shù)應(yīng)用于候鳥(niǎo)棲息保護(hù)區(qū)，實(shí)時(shí)監(jiān)控候鳥(niǎo)最新動(dòng)向，借助5G 技術(shù)為候鳥(niǎo)和濕地資源保駕護(hù)航。本數(shù)據(jù)僅為700 M 單頻測(cè)試結(jié)果，后續(xù)可通過(guò)CA（FDD 與TDD）進(jìn)行研究測(cè)試，為湖面覆蓋提供更多應(yīng)用需求解決方案。