LTE FDD网络农村广覆盖方案分析
中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2016）09-0039-06
1 引言
电信LTE网络采用1.8 G频段，与CDMA 800M频段相比，存在覆盖距离短、穿透力不强、易受遮挡而导致覆盖信号快速衰落等缺点，因此、LTE网络建设站址需求数量更大、质量要求更严格、基站建设难度更高。在广大偏远农村，业务需求低、人口少、基站利用率低、投资效益差，但从客户需求和品牌影响力考虑，又要求实现农村的4G网络全覆盖。为了平衡效益和需求的矛盾，解决广大偏远农村低成本4G网络全覆盖，常州电信积极进行农村广覆盖试点，采用80 W有源天线、60 W 2T8R等设备组网，通过理论与测试结合的方式，探索行之有效的解决方案。
2 可行性分析
2.1 纯农村区域特点
农村区域地广人稀，网络规划的要点是经济效益，即投入最少的建站成本获取最好的覆盖。从迅速实现农村广覆盖的角度出发，利用各种新技术和新设备，结合CDMA现网基站进行LTE建设是最可行的方案。
以常州白塔农村区域为例，该区域有4个CDMA现网基站，3G话务分布情况如图1所示。
若按照平均1.5 km的站间距结合2T4R的方式进行规划，为达到覆盖要求，该区域需额外新增4个基站，具体分布如图2所示：
该区域话务量低，若考虑新建铁塔，投资效益低且工期长。因此，考虑创新技术手段结合现网站达到覆盖目标，为市场竞争提供强有力的网络覆盖基础。
2.2 两种新型设备特点
（1）80 W有源天线设备特点
如图3所示，该设备集成了宽频天线及80 W大功率2T4R RRU，省去了传统建设方式的接头和跳线损耗，同时提升了上下行增益。
（2）2T8R组网特点
2T8R组网方式是将2个2T4R射频单元双拼，BBU采用相应的2T8R专用板卡，天线可选择单根2T8R天线或2根2T4R并排放置的方法（天馈朝同一方向），每个小区配置如表1所示：
2.3 铁塔承重分析
80 W有源天线和2T8R相对于传统的2T4R（2R）设备，尺寸、重量和迎风面积都产生了巨大变化，因此对铁塔的有更高的要求。根据铁塔承重的复核报告及相关承重经验原则，分析如表2所示：
（1）2008年以后建设的落地塔
有空余抱杆：对于标准设计的落地塔，可以直接利旧空余抱杆。
无空余抱杆：在塔身新增抱杆，需视具体情况分析。
（2）2008年以前建成的落地塔
有空余抱杆：对于有标准设计的角钢塔、三管塔、单管塔，在生产施工及维护规范的情况下可以直接利旧空余抱杆。若铁塔使用时间较久，还需根据现场的破旧程度判断。
无空余抱杆：需视具体情况分析。
2.4 传输损耗分析
电磁波在穿透任何介质的时候都会有损耗，定义为自由空间损耗，公式如下：
自由空间损耗L=20lgF+20lgD+32.4 （1）
其中，F为频率，单位为MHz；D为距离，单位为km。
当传输距离D一定的情况下，频率越高，损耗越大。计算可得LTE1.8 G传输损耗较CDMA800 M相差为7 dB，即：
（1）LTE1.8 G要实现网络覆盖质量与CDMA800 M相当，在其它条件不变的情况下，站间距需减少1/2以上，单站的覆盖面积为原CDMA的1/4以下，基站规模要达到CDMA的4倍以上。
（2）若LTE和CDMA进行同站址组网，LTE要实现网络覆盖质量与CDMA相当的话，必须要通过其他方式提升覆盖，可通过增加下行发射功率来提升下行覆盖，同步增加上行接收端口，弥补损耗差异。
当设备发射功率为20 W时，增加发射功率相对于20 W获得的增益如表3所示：
增加上行端口相对于2R方式获得的增益如表4所示：
因此，LTE采用80 W 2T8R方式组网相比于20 W 2T2R方式上下行均可获得6 dB的增益，远小于原LTE与CDMA间7 dB的差异，意味着LTE1.8 G利用CDMA800 M现网站址实现薄覆盖存在理论上可能。目前主设备厂家支持60 W 2T8R和80 W 2T4R的组合，需通过实际安装测试验证覆盖效果。
2.5 投资效益分析
采用2T4R、2T8R和80 W有源天线方式组网的单站投资分析如表5所示：
由于2T4R覆盖方式，站点为CDMA现网站点数量的2倍，以80 W有源天线替换或采用60 W 2T8R覆盖方式，原2T2R/4R主设备的优化方式的投资成本远远低于新建基站的方式。
80 W有源天线设备无需额外天馈投资，从单站总投资来看80 W有源天线站点较2T4R高2.82万元，增幅21%；2T8R单站投资较2T4R高7.17万，增幅54%。但2T8R和80 W有源天线方式较2T4R方式单站覆盖范围大，所需站点数量小，综合投资成本相对较低。
80 W有源天线虽然较2T8R方式更节约投资成本，但灵活性没有2T8R强，因为当后期话务量上涨时，基站裂化，增加基站减小覆盖面积时，2T8R又可拆成2个2T4R利旧使用。
3 试点情况
3.1 建设方案
该区域内站点平均站间距约2.5 km，村落分布稀疏，为典型的纯农村场景，CDMA现网站点分布如图4所示： 白塔区域采用60 W RRU+2T8R天线的方案，全部利旧CDMA现网基站进行建设，经承重核实，4个基站铁塔上均有空余抱杆，可直接利旧。
3.2 DT测试
站点完成开通后对该区域进行初次DT测试，后对基站进行微调优化后进行复测，整体路测情况如表6所示。
从测试情况来看，该区域整体RSRP和SINR值均良好，下载和上传速率亦处于优良水平，整体覆盖率远高于集团考核要求，效果明显。白塔片区LTE 2T8R试点覆盖如表7所示。
3.3 CQT测试
室内部分CQT测试点分布在各个村落内，测试选取了8个村庄，整体位置分布如图5所示。
CQT整体测试结果如表8所示。
通过以上测试情况可以看出，村落内CQT结果测试情况尚可，平均RSRP值为-97.6 dBm左右，平均SINR值为10 dB左右，下载速率近20 Mbps，上传速率11 Mbps，完全满足集团目标要求。
3.4 小结
根据DT测试结果，白塔区域整体覆盖情况较好，整体覆盖率超过98%，下载速率近49 Mbps，上传速率超过30 Mbps，均处于较好水平。
根据室内测试结果，整体情况较好，可见大功率RRU+2T8R解决方案对解决偏远村落区域的深度覆盖有较好的效果。
通过对常州金坛、溧阳农村区域的铁塔归类分析、2T8R组网与2T4R组网规划投资效益的对比以及将来2T8R向2T4R演进的风险，得出利用现网基站实现金坛、溧阳农村区域的LTE广覆盖的推广可行性。
4 结论
本文通过采用新型80 W有源天线设备和大功率2T8R组网方式，在精确的铁塔承重分析基础上，结合损耗理论和投资效益分析，在农村区域进行试点取得良好的覆盖效果，对指导偏远农村区域实现低成本快速网络广覆盖具有良好的借鉴意义。
