基于农村山地区域的 4G 网络覆盖方案研究 邓 萌, 杨泽焜 2, 马文 (. 国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司, 重庆 447;2. 国移动通信集团贵州有限公 司, 贵州贵阳 554) Deng Meng,Yang Zekun 2,Ma Wen (. Chongqing Branch,China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Chongqing 447,China;2. China Mobile Group Guizhou Co.,Ltd.,Guiyang 554,China) Research on 4G Network Coverage Method Based on the Rural Mountain Area 摘要 : 随着各运营商 4G 网络建设的推进, 网络覆盖范围已延展到农村区域, 如何实现农村地区 4G 网络的快速部署, 特别是山地区域的农村 4G 网络覆盖是运营商面临的一个难题 针对农村山地区域不同地理场景, 提出相应的增强覆盖解决方案, 并对不同的方案进行现网验证和综合造价对比, 得出农村山地区域 4G 覆盖方案的建议, 以保证网络的整体客户感知和投资可行 关键词 : 4G; 农村 ; 网络覆盖 ; 综合造价 doi:.6463/j.cnki.issn7-43.25.7.7 图分类号 :TN929.5 文献标识码 :A 文章编号 :7-43(25)7-3-5 Abstract: With the advance of operators 4G network construction, network coverage has been extended to the rural area. How to realize the fast deployment of 4G networks in rural areas, especially mountainous area rural 4G network coverage is a problem for operators. In view of the different geographic scene area in rural mountain, it put forward the corresponding enhanced coverage solution, and compares the solutions on the current network verification and comprehensive cost, presents rural mountainous areas 4G coverage scheme, to ensure the network s overall customer perception and investment feasibility. Keywords: 4G; Rural area; Network coverage; Comprehensive cost 前言自 23 年工信部发放 4G(TD-LTE) 牌照以来, 经过 2 年如火如荼的建设, 各运营商的 4G 网络建设取得了可喜的成果 以国移动为例,4G 基站数已远超 5 万,4G 数据流量在各网占比增至 4%, 已超过 3G 和 2G 网络, 成为数据业务的主要承载网络 已实现了城市 / 县城的连续覆盖, 乡镇的数据热点覆盖,4G 网络能力在业务承载上得到了充分体现 如何在窗口期, 在保证网络质量和用户感知的基础上, 实现 4G 网络的广覆盖, 延伸覆盖到农村区域, 特别是西部山地区域的农村, 是目前面临的一个急需解决的问题 农村区域现状分析 收稿日期 :25-6-2. 农村区域业务量增加迅猛近几年, 手机终端用户呈现爆炸式增长趋势, 在流量经营的背景下, 数据业务的流量同比成倍增长, 日益剧增的用户和业务量需求, 引起尚无 4G 覆盖的农村区域 2G 资源占用率持续上升 以西部某省为例, 截至 24 年底, 农村区域平均无线利用率达到 75% ( 见图 ),4G 在农村区域由于工程建设处于起步阶段, 因此在流量增长迅速的当下, 暂时还不具备实质分流的作用 ( 见图 2).2 农村区域覆盖特点西部省份农村区域多为山地或丘陵, 伴有喀斯特等地貌, 且山体高度通常为 5~2 m, 形成天然高度落 东部和部省份多为平原, 地势平坦, 无突出的高地形成自然落 为更好地降本增效, 根据西部农村地貌以山地居多的特点, 应充分利用好山体高度的势, 进行 天然 邮电设计技术 /25/7 3
邓萌, 杨泽焜, 马文基于农村山地区域的 4G 网络覆盖方案研究 话务量 /Erl 4 35 25 2 5 5 总话务量 49 86 7 48 5 语音业务资源占比 75 47 无线利用率 9 8 6 5 4 2 占比 / 利用率 /% 占比 /% 3 5 3 2 2 4 9 3 2 3 8 25 35 26 34 32 38 38 45 4 35 39 22 6 37 5 4 7 57 58 64 58 65 66 67 59 52 55 2 44 5 市县区城终端结构 乡农镇村 市 县 区 城 镇 流量结构 2G 3G 乡农村 4G 市区 县城 乡镇 农村 基站结构 图 某省各区域业务对比图 2 某省区域终端结构 资源结构和业务量结构 的增高覆盖, 宜使用如楼顶抱杆或增高架方式替代铁 塔方式, 对于其他因树木遮挡或需超远覆盖的, 可选用 传统铁塔进行增高覆盖.3 农村区域网络覆盖和容量问题 统计现网农村 2G 覆盖半径, 东部和部省份因地 势平坦, 约 86% 农村区域 2G 覆盖半径超 2.5, 而西 部省份, 由于受山体等阻挡因素影响, 只有约 % 的农 村区域 2G 覆盖半径超 2.5 同时, 由于 4G 和 2G 的 频段异,4G 高频段覆盖能力弱于 2G, 如使用传统 4G 方案进行农村区域覆盖,4G 与 2G 共站建设将存在较 大覆盖异 分析现有农村区域 2G 基站位置与覆盖目标热点 区域之间的相对关系, 需使站址设置与业务热点位置 相匹配, 主要有 2 类场景不能利旧原有 2G 站点, 要进 行站址分裂, 新增站点 ( 见表 ) 分类 场景一 场景二 农村区域的网络容量需求低, 核心是解决 4G 覆盖 信号有无问题 有 4G 信号就有竞争力, 最大限度降低 单站机房 配套等建设成本, 提升投资效益 因此急需 提升 4G 单站覆盖能力, 以最大限度降低新增站址 2 农村山地区域覆盖方案介绍 2. 覆盖常规方案 8T8R 与普通增益天线 采用宏站普遍使用的 8T8R 和 8 通道普通智能天 线进行覆盖, 该方案是 4G 宏站覆盖应用最广的常规手 段 表 需新增站点的场景 原因及解决办法 原 2G 站址位于农村业务热点区内, 共址建设 4G 使覆盖半径收缩, 可吸收本村业务, 原 2G 站址可用, 且需新增其他站址 2G 站址距离业务热点区域较远, 同址建 4G 无法覆盖到任何一个热点, 则原 2G 站址不可用, 需新增多个站址 2.2 覆盖增强方案 6T6R 6T6R RRU 下行采用 2 个 8 通道 RRU, 其一个 RRU 下行同时发射 4G 和 3G, 以 4G 发射为主, 另一个 RRU 下行只发射 4G, 下行单制式可以最大化使用每个 RRU 的功率, 以满足广覆盖场景下行功率的需求 上行采用 6 通道双模接收来同时提高 3G/4G 上行覆盖能力, 同一个小区使用 2 个 RRU 进行联合接收 ;2 个 RRU 和 2 副天线分别并排集放置 2.3 覆盖增强方案 高增益天线农村覆盖场景采用的天线增益越大覆盖越远, 既能提升覆盖半径, 又能提升室内覆盖性能 高增益天线方案使天线加宽加长, 增加天线阵列间距, 将 F 频段单元波束减小至 75 左右, 同时增加每列的振子数, 减小垂直面波束宽度,F 频段增益约提升 3 db, 小区覆盖半径提升约 2% 3 各方案对比某省分别验证了当前主流的覆盖方案在农村山地区域的覆盖效果, 并对各方案下的综合造价进行了对比, 下面就是各方案的验证对比情况总结 3. 对比条件本次选择了喀斯特地貌的农村区域站点作为验证站点, 该站和周边站点的站间距均大于 3.5 a) 验证的网络条件 8T8R 模式下 RRU 选用单个华为 DRRU368e-fa,6T6R 模式下 RRU 选用 2 个华为 DRRU368e-fa 高增益天线的增益为 7 dbi, 普通天线的增益为 4 dbi, 高增益天线相对于普通天线的增益高 3 db, 在 6T6R 模式下,2 副天线水平距离不小于 8 cm, 符合安装规范 天线挂高 32 m, 使用铁塔第 2 层平台 各模式下的网络参数配置如表 2 所示 b) 验证的方案和内容 如表 3 所示, 针对验证站 32 25/7/DTPT
表 2 网络参数配置 频率 F 频段 ( 885~ 95 MHz) 系统带宽 2 MHz 帧结构 天线模式 上行 / 下行配置 2( 子帧配置 :DSUDDDSUDD) 常规长 DL:Mode 2 Mode 3 和 Mode 8 自适度 CP 特殊子帧配置 (DwPTS:GP:UpPTS=3:9:2)DwPTS 应 UL:SIMO 传输数据 国移动为避免其他运营商邻频的 FDD 干扰,F 频段起始频段上移 5 MHz 上行功率控制 /HARQ 启用 序号 2 3 4 验证方案 表 3 对比验证的方案和内容 验证内容 遍历测试 ( 在主覆盖区域的乡村道路和村舍 ) 定点 CQT 测试 ( 近点 m 点 5 m 远点 m 测试 ) 验证结果 不同条件下 RSRP 值 SINR 值 RSRP 轨迹图 SINR 图 RSRP 分段图 SINR 分段图 不同条件下的下行平均速率 上行平均速率 点进行对比测试验证, 并对各方案进行综合造价对比分析 3.2 组网遍历测试 3.2. RSRP 覆盖效果验证从 RSRP 信号强度分段表 ( 见表 4) 可以看出, 采用高增益天线或 6T6R 技术后, 覆盖明显增强, 覆盖低于 - dbm 的占比明显减少, 大于 -9 dbm 占比明显提高 均 SINR 值表 ( 见表 7) 可以看出, 由于采用高增益天线和 6T6R 后覆盖增强,SINR 也有一定增强 表 6 遍历测试 SINR 信号强度分段表 ( 单位 :%) SINR 分段表 [8,5] [2,8) [6,2) [,6) [-2,) 37.8 43.24 49.37 57.95 24.3 25.69 26.98 27.72 23.75 9.23 8.7 9.2.42 9.72 4.5 5.3 3.44 2.2.33. 表 4 遍历测试 RSRP 信号强度分段表 ( 单位 :%) 表 7 遍历测试平均 SINR RSRP 分段表 [-,] [-9,-) [-,-9) [-,-) [5,-) 从遍历测试平均 RSRP 值看 ( 见表 5),8T8R 高增 益天线相对于 8T8R 普通天线的覆盖距离增益为 9%, 6T6R 普通天线相对于 8T8R 普通天线的覆盖距离增 益为 2%,6T6R 高增益天线相对于 8T8R 普通天线 覆盖距离增益为 39% 遍历测试统计 表 5. 23.2 25.3 4.2.28 3.2.2 SINR 覆盖效果验证 遍历测试平均 RSRP 平均 RSRP/ dbm -97.47-94.3-93.49-9.33. 33.5 34.67 26.39 5.43 RSRP=-5 dbm 时的覆盖距离 /m 2 6 2 5 2 62 3.33 32.9 42.86 9.9 4.7.97 4.36 4.62 2.43 3.62 覆盖半径增益 /% 从 SINR 信号强度分段表 ( 见表 6) 和遍历测试平 - 9 2 39 遍历测试统计 平均 SINR/dB 3.2.3 FTP 下载上传测试速率 从 FTP 测试结果来看 ( 见表 8),8T8R 与高增益天 线方案相对于 方案下载速率提升 8.2 Mbit/s, 提升约 26%, 上传速率提升.43 Mbit/s, 提 升约 6%;相对于 方案下载速率提升 8.97 Mbit/s, 提升约 29%, 上传速率 提升.82 Mbit/s, 提升约 2%;相 对于 方案下载速率提升.93 Mbit/s, 提升幅度 38%, 上传速率提升.24 Mbit/s, 提升 约 8% 表 8 FTP 遍历测试统计 3.94 3.3 组网定点测试 5.48 6.2 遍历测试统计 FTP 下载 / 上传 7.28 平均下载速率 /(Mbit/s) 平均上传速率 /(Mbit/s) 3. 39.42 4.27 43.23 6.78 7.2 7.6 8.2 邮电设计技术 /25/7 33
邓萌, 杨泽焜, 马文基于农村山地区域的 4G 网络覆盖方案研究 速率 /(Mbit/s) 6 5 4 2 5.3 54.9 56. 58. m 39.9 4.43.3.2 29.5 25..2 32. 5 m m 速率 /(Mbit/s) 2.. 8. 6. 4. 2.. 9.3 9.7 9.7 9.8 8.5 8.9 9. 9.4.5.8.8 2. m 5 m m 图 3 FTP 下载速率图 4 FTP 上传速率 综合造价 / 万元 主设备 (S//) 天线 (8T8R-3 副 / 6T6R-6 副 ) 机房 电源配套 工程和其他费用 站点综合造价 综合造价 / 万元 主设备 (S//) 天线 (8T8R-3 副 / 6T6R-6 副 ) 工程和其他费用 站点综合造价 表 9 单站新建站点综合造价 表 7.2.5 2. 3.5 3.2 7.2.5.9 9.6 7.2.84 2. 3.5 3.54 7.2.84.9 9.94 3.2.2 2. 5.4 39.62 单站共址站点综合造价 3.2.2 2.6 6.82 3.2.68 2. 5.4 4.28 3.2.68 2.6 7.48 从 m 5 m m 定点测试的效果来看 ( 见 图 3 和图 4), 各定点测试覆盖和速率均有不同程度提 升, 但是 6T6R 或高增益方案对于 5 m 和 m 定点测试的效果明显好于 m 的定点测试效果, 表 明 6T6R 或高增益方案对于边缘速率的提升效果改善明显 3.4 综合造价对比对农村山地区域不同增强型覆盖方式下, 单站和工程整体综合造价的对比见表 9 和表 可以看出, 方案单站综合造价无论新建还是共址均为最高 和 方案, 只是天线型号不同, 综合造价相当, 与 6T6R 方案相比综合造价相对较低 以某省 4G 工程为例 ( 见表 ), 某农村山地区域现网有 3 个 2G 站点, 采用常规覆盖方案 ( ) 需要新增 9 个站点才可实现 4G 的有效覆盖, 在 4 个方案新增站点最多 采用增强方案 ( ) 需新建 395 个站点即可实现 4G 的有效覆盖, 在各方案新增站点最少 对于工程整体, 同一场景使用不同覆盖方案, 站点需求量和工程整体投资不是正比关系, 由表 7 可以看出,方案对覆盖提升有极大帮助, 从而可以减少 4G 新建站点数量, 但工程整体投资却没有相应减少 综合考虑网络质量 工程总体造价和施工便利等 表 同一场景下不同增强型覆盖方式下站点需求和工程整体投资对比 投资估算 覆盖半径 <2.5 覆盖半径 < 2.5 覆盖半径 <2.5 覆盖半径 > 2.5 覆盖半径 < 2.5 站点比例 (C)/% 计算方法 2 2/.9 2/.2 2/.39 站点数 / 个 8 53 488 295 4G 总站点数 / 个 3 9 3 63 3 588 3 395 4G 新增站点数 / 个 9 63 588 395 工程整体投资 / 万元 76 359 68 594 94 277 88 87 A 为 2G 农村现网站点数, 本表以 A 取 3 为例进行投资估算 34 25/7/DTPT
因素, 对不同覆盖方案进行综合评价 ( 见表 2), 可以 看出 方案更适合在后期农村山地 区域的工程采用 工程整体造价 网络速率 覆盖距离 施工便利性 综合评价 表 2 各方案的综合对比 3.5 部署建议在农村山地区域,4G 与 2G 共站建设时的规划指标为 -7 dbm 的点距离基站约为 2, 说明覆盖半径 2 左右时 F 频段 8 通道宏站基本方案即能满足规划指标, 当目标覆盖半径大于 2 时需要应用增强方案提升覆盖半径, 不同方案对比见表 3 4 结束语通过以上对农村山地区域 4G 覆盖方案对比分析, 可以看出, 对于该区域的覆盖需要综合考虑造价 网络覆盖效果和质量等多方面因素, 因地制宜地灵活选用 表 3 各方案对比及应用建议 方案 势 使用最多的方法, 和全网的其他设备动态调配较方便, 投资也节省 增益约提升 2.5 db, 小区覆盖半径提升大于 9%, 且投资较省 提供上行增益, 改善上行边缘, 下行提升功率引入下行增益, 配置与上行增益匹配的功率参数, 小区覆盖半径最大可提升 2% 左右 是 6T6R 和高增益势的组合, 小区覆盖半径最大可提升 39% 左右 劣势 增益较小, 对需要远距离覆盖和穿透覆盖不理想 产业链需加强, 进一步降低成本, 凸显其成本势 应用建议 适用于农村绝大多数的区域, 没有覆盖距离要求的区域 距待覆盖的心距离不是超远的且投资有限情况, 解决延伸 最后一公里 问题 功率参数基于 2 W 进行化 ( 下行 4.7 可能由于重叠覆盖问题的加剧造成 SINR 下降, db 增益, 上行 4 db 增益 ) 可以更好地实且整体覆盖半径无增益 每小区需新增一套现上下行平衡, 对于天面使用紧张的区天馈及 RRU, 投资较大域可以考虑使用 可能由于重叠覆盖问题的加剧造成 SINR 下降, 且整体覆盖半径无增益 每小区仍需新增天对于需超远覆盖, 待覆盖区域的心区馈及 RRU, 较 设备投资增加域距离基站较远的单站可以考虑使用更多 建设方案, 先使用覆盖能力较强 造价合理的 8T8R 与高增益天线方案, 满足绝大多数农村山地区域的覆盖需要, 以达到节省投资 覆盖效果良好的目的 参考文献 : [] 虎威. 国移动 TD-LTE 农村覆盖方案研究 [J]. 移动通信,24 (9):72-78. [2] 张良德. LTE 覆盖性能分析 [J]. 信息通信,22(5):238-239. [3] 廖露华, 刘晓雷, 郭天科, 等. 农村无线宽带建设方案研究 [J]. 通信与信息技术 24(3):4-44. [4] 张晖, 冯小江, 翟英鸿, 等. TD-LTE 在农村场景建设的策略和方案 [J]. 电信网技术,24(9):39-4. [5] 张建国. TD-LTE 系统覆盖距离分析 [J]. 移动通信,2(): 26-29. [6] 顾军, 盛韧. LTE 网络覆盖规划技术研究 [J]. 兴通讯技术,2 ():53-56. [7] 李凤花, 陶日秋, 臧军. 基站型 AP 在 WLAN 的应用前景分析 [J]. 山东通信技术,22(3):26-28. [8] 徐德平, 邓安达, 程日涛, 等. TD-LTE 农村基站覆盖能力分析 [J]. 电信工程技术与标准化,24():6-. [9] 谢益溪. 无线电波传播 原理与应用 [M]. 北京 : 人民邮电出版 社,28:4-62. [] 张业荣, 竺南直, 程勇. 蜂窝移动通信网络规划与化 [M]. 北京 : 电子工业出版社,23:-5. [] 蒋远, 汤利民. TD-LTE 原理与网络规划设计 [M]. 北京 : 人民邮电出版社,22:5-37. [2] 邓萌, 马文. TD-LTE 单模反向升级为双模基站解决网络分流的应用 [J]. 电信技术,25():9-93. [3] 王锦龙. 农村宽带规划方法的研究 [J]. 通信技术,22():7-73. [4] 孙海桥, 王太峰, 闫辉. 西部乡镇农村宽带建设方案研究 [J]. 通信与信息技术,23():44-46. [5] 季智红, 查先毅, 赵桂亮. 浅谈 TD-LTE 农村宽带覆盖 [J]. 通信与信息技术,24(6):5-54. 作者简介 : 邓萌, 高级工程师, 硕士, 长期致力于 GSM TD-SCDMA TD-LTE 无线网络规划设计技术研究及新技术跟踪工作 ; 杨泽, 工程师, 学士, 长期致力于 TD-SCDMA TD-LTE 无线网络规划设计技术研究及新技术管理和研究工作 ; 马文, 工程师, 学士, 长期致力于 GSM TD-SCDMA TD-LTE 无线网络规划设计技术研究及新技术跟踪工作 邮电设计技术 /25/7 35