張華艷，馬 娟，陸昕為，韋鴻健，雷海飛

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司南寧分公司，廣西 南寧 530022）

0 引 言

隨著社會(huì)信息化時(shí)代的迅速發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。2004年底，3GPP提出3G的長(zhǎng)期演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，即LTE。隨后國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)先發(fā)展移動(dòng)化、寬帶化和IP化的LTE、TDD及FDD網(wǎng)絡(luò)，想以較低成本實(shí)現(xiàn)更高數(shù)據(jù)速率、更短時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)需求。LTE主要采用OFDM、單載波（SCFDMA）及MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，縮短用戶(hù)平面和控制平面的延時(shí)，加快數(shù)據(jù)速率。

由于全球頻率資源日益緊張，在LTE系統(tǒng)中不得不使用同頻組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋。相同子載波資源將被重復(fù)利用，小區(qū)邊緣用戶(hù)會(huì)受到相鄰小區(qū)的同頻干擾，造成邊緣用戶(hù)速率低等問(wèn)題，從而降低了小區(qū)系統(tǒng)吞吐量。LTE在大型業(yè)務(wù)通信保障、大型賽事、演唱會(huì)、大量觀眾和媒體等人流量集中的區(qū)域問(wèn)題更為復(fù)雜，覆蓋、容量及干擾成為隨時(shí)需要關(guān)注的問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境、LTE頻率資源、LTE天線(xiàn)參數(shù)及LTE系統(tǒng)頻率資源利用進(jìn)行闡述，綜合分析小區(qū)負(fù)載均衡策略，從硬件設(shè)備入手，給出大型場(chǎng)館場(chǎng)景了的具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案，不僅有利于解決今后網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的容量需求問(wèn)題，更能實(shí)現(xiàn)TD-LTE的精細(xì)化組網(wǎng)。

1 LTE頻率資源分析

大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下，對(duì)容量、覆蓋的要求苛刻。同頻重疊覆蓋、覆蓋的不合理以及信號(hào)傳播、各種型號(hào)天線(xiàn)增益、功率等差異性和復(fù)雜性，致使同頻重疊覆蓋嚴(yán)重。因此，了解移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)波傳播、頻率資源和天線(xiàn)參數(shù)等特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃至關(guān)重要。

1.1 移動(dòng)通信無(wú)線(xiàn)波傳播分析

移動(dòng)通信通過(guò)基站、用戶(hù)終端兩條天線(xiàn)發(fā)射和接收信號(hào)進(jìn)行通信，使用直射、繞射和反射等傳播方式進(jìn)行傳播。受不同傳播環(huán)境因素影響，在接收端接收的信號(hào)為多路徑信號(hào)疊加[1]。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳播模型公式可知，無(wú)線(xiàn)波傳播損耗受頻率、距離、接收和發(fā)射增益的影響。

其中，gt和gr分別為發(fā)射和接收增益，f為頻率，d為距離[2]。

1.2 LTE頻率資源分析

由于頻率資源稀缺，且有著高業(yè)務(wù)需求，LTE只能實(shí)行同頻組網(wǎng)的形式進(jìn)行組網(wǎng)。具體地，通過(guò)F頻段（1 885～1 915 MHz）、D頻段（2 575～2 635 MHz）及E頻段（2 320～2 370 MHz）進(jìn)行，功率、頻率資源協(xié)調(diào)常用于減少同頻干擾[3]。功率資源協(xié)調(diào)，即對(duì)小區(qū)上某一個(gè)頻率增強(qiáng)小區(qū)功率，其余2個(gè)頻率降低小區(qū)功率，實(shí)現(xiàn)邊緣區(qū)域信號(hào)覆蓋呈異頻狀態(tài)，減少小區(qū)間干擾。頻率資源協(xié)調(diào)將頻段分段使用，即分成多個(gè)載波，確保邊緣用戶(hù)間呈現(xiàn)異頻狀態(tài)，提高邊緣吞吐量，減少小區(qū)間干擾。目前，TD-LTE分段使用帶寬分段共8個(gè)，即F1、F2、D1、D2、D3、E1、E2、E3頻點(diǎn)，帶寬共計(jì)140 MHz，如表1所示。

如表2所示，E、D頻段無(wú)線(xiàn)電波衰減快，空間傳輸和穿透損耗較大[4]；組網(wǎng)時(shí)，常將F、D、E三個(gè)頻段覆蓋于不同場(chǎng)景，選擇D頻用于道路覆蓋，E頻用于室分覆蓋，F(xiàn)頻段用于深入、邊緣覆蓋。但是，在大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下，三頻合理覆蓋組網(wǎng)形式是解決同頻干擾和滿(mǎn)足容量的有效措施之一。

表2 LTE天線(xiàn)損耗表

1.3 LTE天線(xiàn)參數(shù)分析

LTE基站天線(xiàn)和終端天線(xiàn)作為發(fā)射和接收信號(hào)的物理載體，其接收和發(fā)射信號(hào)質(zhì)量對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸速率和高系統(tǒng)容量至關(guān)重要。

移動(dòng)通信LTE天線(xiàn)為多天線(xiàn)技術(shù)（MIMO），目前2/8通道天線(xiàn)較為常用。8天線(xiàn)對(duì)比2天線(xiàn)，8通道天線(xiàn)可使用波束賦形技術(shù)，上行信道可獲得更高接收分集增益，下行可獲得賦形增益，其覆蓋能力和吞吐量?jī)?yōu)于2通道。受傳輸方式和回退方式影響，2通道天線(xiàn)常用傳輸模式具體為T(mén)M2、TM3、TM4，8通道天線(xiàn)傳輸模式具體為T(mén)M2、TM3、TM4、TM7、TM8[5]。多天線(xiàn)傳輸模式，如表3所示。

表3 多天線(xiàn)傳輸模式

天線(xiàn)增益、電下傾角、支持頻段、水平波寬等為L(zhǎng)TE天線(xiàn)重要參數(shù)。LTE天線(xiàn)支持的頻段主要有1 880～1 920 MHz、2 010～2 025 MHz、2 500～2 690 MHz、2 575～ 2 635 MHz、1 710～ 1 850 MHz、2 320～ 2 370 MHz，而不同廠家天線(xiàn)中心頻段存在差異性。天線(xiàn)增益影響LTE發(fā)射和接收信號(hào)總體覆蓋的邊界距離，水平波寬大小體現(xiàn)主波瓣發(fā)射寬度，在高天線(xiàn)增益、寬水平波寬的天線(xiàn)覆蓋下可獲得廣覆蓋能力。窄水平波寬，實(shí)現(xiàn)合理方向性[6]。在F/D共天饋情況下，受D頻段衰減損耗影響，其增益高于共天饋的F頻段增益2～3 dBi，普通天線(xiàn)增益為14～16.5 dBi。高增益天線(xiàn)增益為17～18.5 dBi，主要應(yīng)用于郊區(qū)和農(nóng)村區(qū)域；水平波寬一般為65°±10°～100°±15°，而窄水平波寬達(dá)到30°±4°～32°±4°。

大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下，為提高容量需求，減少同頻干擾，8通道天線(xiàn)波束賦性?xún)?yōu)勢(shì)凸顯，可有效控制天線(xiàn)主瓣的波瓣寬度。主波瓣較窄時(shí)，抗干擾能力強(qiáng)。

2 共天饋覆蓋能力分析研究

2.1 同頻資源話(huà)務(wù)評(píng)估分析

為節(jié)約天線(xiàn)平臺(tái)資源，滿(mǎn)足F/D組網(wǎng)策略，各大設(shè)備廠家普遍推廣不同能力優(yōu)勢(shì)天線(xiàn)，如FAD頻率共天饋天線(xiàn)等。數(shù)據(jù)研究顯示，在共天饋情況下，雙載波或多載波小區(qū)吸收用戶(hù)數(shù)并不均勻，一般移動(dòng)終端手機(jī)均支持Band 38394041。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在共天饋且參數(shù)設(shè)置一致情況下，E1/E2/E3和D1/D2/D3三載波組網(wǎng)小區(qū)用戶(hù)數(shù)差比如圖1、圖2所示，E3和D3吸收小區(qū)用戶(hù)數(shù)低于其他四個(gè)頻點(diǎn)。無(wú)論是發(fā)射天線(xiàn)還是接收天線(xiàn)，天線(xiàn)帶寬在一定頻率范圍內(nèi)，中心頻率為最佳點(diǎn)，天線(xiàn)阻抗最小，效率最高，駐波比小。當(dāng)偏離中心頻率時(shí)，它能輸送的功率都將減小[6]。如表4所示，顯然E3和D3中心頻點(diǎn)均與天線(xiàn)中心頻點(diǎn)相差較大，同時(shí)D和E頻衰減速率較高，可能是影響邊緣頻段的覆蓋能力的原因。

表4 常用天線(xiàn)中心頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)表

圖1 E1/E2/E3三載波組網(wǎng)小區(qū)用戶(hù)數(shù)差比

圖2 D1/D2/D3三載波組網(wǎng)小區(qū)用戶(hù)數(shù)差比

2.2 負(fù)載均衡和功控在大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下應(yīng)用研究

移動(dòng)性負(fù)載均衡（Mobility Load Balancing）即通過(guò)對(duì)負(fù)載信息的檢測(cè)判斷小區(qū)負(fù)載高低。在同覆蓋情況下，將負(fù)載從占用資源較多的小區(qū)遷移到空閑小區(qū)，確保小區(qū)間負(fù)載分布均勻，使網(wǎng)絡(luò)資源利用最大化，提升用戶(hù)業(yè)務(wù)感受。

在大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下，開(kāi)啟以用戶(hù)數(shù)模式（UE_NUMBER_ONLY）觸發(fā)為觸發(fā)模式的負(fù)載均衡算法開(kāi)關(guān)后，如圖3所示。在E頻三載波共覆蓋情況下，用戶(hù)數(shù)觸發(fā)門(mén)限設(shè)置為200時(shí)，三載波小區(qū)用戶(hù)數(shù)開(kāi)始接近，說(shuō)明負(fù)載均衡在大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下資源占用均勻分配效果分布明顯。

圖3 E頻三載波用戶(hù)數(shù)分布圖

為解決小區(qū)資源占用不均，通過(guò)使用小區(qū)間功率控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)話(huà)務(wù)均衡也是一種行之有效的辦法，由圖4可以看出當(dāng)D1與D2相差1 dBm時(shí)，小區(qū)用戶(hù)數(shù)幾乎相同，凸顯資源均衡的力度。

圖4 D頻三載波用戶(hù)數(shù)分布圖

3 大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下LTE頻率規(guī)劃分布策略研究

如圖5（a）所示，使用窄波束賦形天線(xiàn)覆蓋、同頻三載波進(jìn)行功率控制，在共覆蓋情況下，強(qiáng)抗干擾，窄覆蓋方向，保證負(fù)載用戶(hù)數(shù)均勻。如圖5（b）所示，使用窄波束賦形天線(xiàn)和普通雙通道天線(xiàn)共同覆蓋，功率控制、載波聚合和頻率分布相結(jié)合情況下，實(shí)現(xiàn)頻率資源合理利用，保證鄰區(qū)之間小區(qū)邊緣相互呈現(xiàn)異頻狀態(tài)，降低同頻干擾，實(shí)現(xiàn)在大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下的資源合理化分配。

圖5 大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下LTE頻率規(guī)劃圖

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)波傳播衰減、LTE頻率資源及LTE天線(xiàn)參數(shù)等了解，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析了LTE不同頻率資源在相應(yīng)天線(xiàn)上的傳播差異性，同時(shí)驗(yàn)證負(fù)載均衡策略在實(shí)際大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下的作用，給出了大話(huà)務(wù)場(chǎng)景下頻率規(guī)劃分布辦法，對(duì)日常精細(xì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和大話(huà)務(wù)保障具有一定的借鑒意義。