于力，趙旭凇，鄭志剛，葉衛(wèi)明，吳振浙

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，浙江 杭州310012）

1 引言

隨著中國電信產(chǎn)業(yè)正式步入4G時(shí)代，移動(dòng)運(yùn)營市場競爭日益激烈，用戶規(guī)模不斷擴(kuò)大，運(yùn)營商為提高自身競爭力，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的廣度覆蓋和深度覆蓋已成為工程建設(shè)的重點(diǎn)。然而由于海洋這類特殊應(yīng)用場景地廣人稀，業(yè)務(wù)需求分布隨機(jī)，覆蓋成為主要限制因素，用常規(guī)的建設(shè)手段難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)良好的廣域覆蓋。此外，關(guān)于LTE FDD和TD-LTE兩種制式哪一種更適合海域覆蓋，尚無完整的測試分析和評估。因此，制式的選擇是確定海域覆蓋建設(shè)方案的首要環(huán)節(jié)。

本文通過分別對兩種LTE系統(tǒng)性能差異進(jìn)行分析，計(jì)算得到LTE FDD和TD-LTE的理論覆蓋距離。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)參數(shù)配置及實(shí)際對比測試情況，分別對兩種制式的覆蓋性能進(jìn)行了分析，評估兩種制式的差異，從而為進(jìn)一步制定建設(shè)方案提供依據(jù)。

2 海域覆蓋

2.1 海域覆蓋主要特點(diǎn)

海域覆蓋的特點(diǎn)是地形簡單、區(qū)域遼闊、人口分散、無線信號(hào)傳播以視距為主、無線環(huán)境較好。通信特點(diǎn)表現(xiàn)為用戶密度低、基站周圍話務(wù)量無明顯變化、熱點(diǎn)地區(qū)不明顯、系統(tǒng)容量壓力不高、以解決LTE覆蓋問題為主。

對于近海海域覆蓋（<30 km），無線信號(hào)基本上以視距傳播為主。在此區(qū)域內(nèi)的用戶群以漁民和貨輪工作人員為主，其次為客輪旅客。由此判斷，對于近海海面覆蓋，容量需求不高，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)不需要過多考慮容量問題。對于遠(yuǎn)海海域覆蓋（>30 km），信號(hào)傳播以視距傳播為主，部分區(qū)域?yàn)橐暰嗤鈧鞑ァＴ诖藚^(qū)域內(nèi)的用戶群以海中正在作業(yè)的漁民和航運(yùn)旅客為主，另外還包括海域內(nèi)一些島嶼上的居民。同樣，該區(qū)域內(nèi)的話務(wù)量也不高，僅需要保證信號(hào)覆蓋即可。

2.2 LTE FDD與TD-LTE覆蓋半徑

LTE包括頻分雙工（frequency division duplexing，F(xiàn)DD）和時(shí)分雙工（time division duplexing，TDD）兩種制式。其中，TD-LTE的覆蓋半徑與幀格式中的保護(hù)間隔（guard period，GP）及保護(hù)時(shí)間（guard time，GT）長度有關(guān)，LTE FDD的覆蓋半徑僅與幀格式中的GT長度有關(guān)。LTE系統(tǒng)幀格式對覆蓋半徑的限制見表1及表2。

表1 TD-LTE系統(tǒng)特殊子幀時(shí)隙配置對應(yīng)的理論覆蓋距離

表2 PRACH信道GT配置對應(yīng)的理論覆蓋距離

由表1和表2可知，通過GP、GT及CP的配置，LTE FDD及TD-LTE的理論覆蓋范圍能夠達(dá)到100 km以上，可滿足海域廣覆蓋要求。而在實(shí)際中，LTE系統(tǒng)的覆蓋半徑不僅與幀格式有關(guān)，還與LTE基站發(fā)射功率、接收機(jī)靈敏度、基站側(cè)的天線增益、天饋線損耗、人體損耗、正態(tài)衰落余量等多項(xiàng)因素有關(guān)。

3 海域覆蓋對比測試

基于上述海域覆蓋的分析，分別進(jìn)行了LTE FDD和TD-LTE的海域覆蓋性能對比測試。

3.1 測試條件

對比測試主要針對LTE FDD 900 MHz、1 800 MHz以及TD-LTE 1 900 MHz的海域覆蓋能力進(jìn)行，測試指標(biāo)包括接入點(diǎn)、掉話點(diǎn)、下行2 MHz業(yè)務(wù)點(diǎn)半徑、上行256 kHz業(yè)務(wù)點(diǎn)半徑、業(yè)務(wù)速率和電平質(zhì)量等。測試站點(diǎn)的主要參數(shù)配置見表3。

3.2 理論分析

影響LTE FDD和TD-LTE海域覆蓋的主要因素有基站和手機(jī)的天線高度、頻段、有效發(fā)射功率、干擾和地球曲率等，相關(guān)理論分析見表4。海域覆蓋基站通常選擇在沿海或者島上的山頂建塔，高度通常在50～300 m。海面?zhèn)鞑p耗小、信號(hào)傳播遠(yuǎn)，因此地球不能再被作為平面處理，即地球曲率將對信號(hào)傳播產(chǎn)生影響。移動(dòng)臺(tái)遠(yuǎn)離基站超過視距后就進(jìn)入了陰影區(qū)域，地球表面對信號(hào)傳播產(chǎn)生繞射影響，此時(shí)接收電平將快速下降。

表4 影響海域覆蓋的理論因素

對于海域覆蓋，海面?zhèn)鞑ダ碚撚?jì)算模型為分段模型，如圖1所示。Ht為基站距離海平面高度，Hr為UE距離海平面高度，d1為海面?zhèn)鞑ツＰ虯段距離，d2為海面?zhèn)鞑ツＰ虰段距離；Re為地球半徑。C段是由于地球曲率影響導(dǎo)致的陰影區(qū)域，信號(hào)極差，在實(shí)際規(guī)劃中可不考慮。因此結(jié)合本次測試的工參可以計(jì)算得出A段距離約為71 km，B段距離約為9 km。LTE FDD和TD-LTE的覆蓋距離估算結(jié)果見表5。各種不確定因素的疊加，使得基站覆蓋距離難以控制，存在干擾或者弱覆蓋隱患。因此，在實(shí)際規(guī)劃時(shí)，盡量將實(shí)際覆蓋目標(biāo)控制在視距范圍內(nèi)。當(dāng)然，如之前的分析，影響TD-LTE覆蓋效果的特有因素還有特殊子幀和前導(dǎo)格式。

圖1 地球曲率模型

表5 LTE FDD和TD-LTE的覆蓋距離估算/km

從理論計(jì)算看來，LTE FDD在上行覆蓋距離上明顯優(yōu)于TD-LTE，而下行覆蓋距離差距不大。主要原因是上行業(yè)務(wù)中LTE FDD占用RB更少，天線增益更高；而在下行業(yè)務(wù)中TD-LTE的波束成形的增益彌補(bǔ)了與LTE FDD之間的差距。

3.3 測試結(jié)果

測試過程中主要對下行2 Mbit/s測試點(diǎn)、上行256 kbit/s測試點(diǎn)、掉話測試點(diǎn)和接入測試點(diǎn)進(jìn)行測試。表6為LTE FDD測試結(jié)果，表7為TD-LTE測試結(jié)果。

從測試結(jié)果中可以看出，LTE FDD 900 MHz、1 800 MHz的上行覆蓋和下行覆蓋能力均強(qiáng)于TD-LTE 1 900 MHz，與之前的理論分析基本相符。但是LTE FDD 900 MHz與1 800 MHz相比并沒有明顯優(yōu)勢，主要原因?yàn)?00 MHz小區(qū)清頻后依然存在明顯的上行干擾，導(dǎo)致上行底噪抬升6～8 dBm，而沒有達(dá)到理想測試效果。綜上所述，采用LTE FDD進(jìn)行海域覆蓋，與TD-LTE相比，在覆蓋距離上具有一定優(yōu)勢，尤其是上行覆蓋，優(yōu)勢明顯。

表6 LTE FDD海域覆蓋測試結(jié)果

表7 TD-LTE海域覆蓋測試結(jié)果

4 結(jié)束語

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)部署越來越廣泛，海域覆蓋作為無線網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將被更加重視。LTE FDD與TD-LTE在海域覆蓋組網(wǎng)方面相比，LTE FDD覆蓋距離更廣，更具技術(shù)優(yōu)勢。本文對LTE FDD與TD-LTE兩種制式，首先從CP、隨機(jī)接入前導(dǎo)碼設(shè)置及海域覆蓋理論模型上，理論分析了覆蓋性能差異；其次，結(jié)合實(shí)際對比測試的參數(shù)配置和測試結(jié)果，通過數(shù)據(jù)分析比較了LTE FDD與TD-LTE的實(shí)際覆蓋性能差異，旨在為實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署提供有效數(shù)據(jù)和建設(shè)依據(jù)，使運(yùn)營商利用較少的資源和投資，解決海面弱覆蓋及盲覆蓋問題。

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