关于电信LTE深度覆盖优化的探讨

内容来源:本站原创作者:管理员 发布时间:2016-11-17 05:41:11浏览:1974

目前,中国电信大力建设FDD LTE 模式的移动网络,为了合理节省建设成本提高覆盖质量,常采用FDD LTE与CDMA2000共建站的方式进行FDD LTE基站建设。由于在工作频率、边缘速率、链路预算、最大覆盖半径等与CDMA2000存在较大差异,导致FDDLTE在一些场景中覆盖受限,须引入深度覆盖手段进行优化解决。同时由于城市改造的大面进行,各种高楼小区,别墅群,国际大厦的建设,室外宏站的覆盖远远无法解决这些地方的覆盖,必须采取必要的技术手段进行精细化覆盖;各种新型交通设施的使用,如高速、高铁、地铁、动车等的特殊的运行环境,也导致必须采取深度覆盖解决信号的问题。

一、FDD LTE 和CDMA2000覆盖对比

1.1覆盖传播模型

由于CDMA与LTE-FDD之间频段的差异,导致信号在空间传播中和障碍物的遮挡损耗均不一致,将影响两者同步覆盖性能。例如,对于距离天线口10m处的测试点,在隔一堵墙的场景下,2100MHz比800MHz的无线信号的空间传播损耗高10dB。

1.2链路预算

室内覆盖链路预算公式如下:

CDMA导频功率=单载波总功率*导频=20W*10%=33dBm

LTE参考信号功率=总功率/RB数/12=40W/75RB/12=16dBm

空间传播损耗=天线口功率+天线增益-边缘指标=自由空间损耗+穿透损耗+衰落余量+人体损耗

关键参数有:天线增益2dBi;衰落余量14dB;人体损耗3dB。

二、针对不同场景的解决手段

2.1高速场景的深度覆盖

2.1.1高速列车场景的网络覆盖面临以下挑战

车体穿透损耗大
高速列车采用密闭式厢体设计,增大了车体损耗。各种类型的CRH列车具有不同的穿透损耗,中兴通讯对各种主要客运车型的损耗情况进行了详细测试

多普勒频偏
高速覆盖场景对FDD LTE系统性能影响最大的是多普勒效应。接收到的信号的波长因为信号源和接收机的相对运动而产生变化,称作多普勒效应。在移动通信系统中,特别是高速场景下,这种效应尤其明显。

高速影响性能
在UE(用户设备)高速场景下,对切换的性能会有较大的影响。为保证用户无缝移动性及QoS,最基本的要求就是用户通过切换区域的时间要大于切换的处理时间,否则切换流程无法完成,会造成用户的QoS下降甚至掉话。在高速场景下,由于UE驻留时间小于小区选择过程,还容易出现脱网、小区选择失败等网络问题。

公网和高铁覆盖专网相互影响
高铁覆盖作为FDD LTE公网覆盖的一部分,必须考虑高铁覆盖专网和公网之间的相互影响。专网和公网之间应避免形成空洞和过度重叠覆盖,特别要避免大网站点越过高铁轨道进行覆盖。要做好公网、专网间切换、重选等关系,确保相互之间的正常过渡。

2.1.2 FDD LTE高铁覆盖解决方案

针对高铁覆盖所面临的大频偏、频繁切换等技术难点,现采用以下技术手段解决。

自适应频偏校正算法
对于高速移动的用户,多普勒频偏往往非常大,基站接收机必须估计和发射机之间的频率误差并完成频率误差校正,否则将对链路性能造成很大影响。另外,基站接收机还需要应对频偏快速变化的问题,即保证能够迅速跟上频偏变化速度并进行有效的补偿。对于列车时速高达300km/h的场景而言,如果频偏跟踪速度太慢,会在频偏快速变化时产生巨大的估计误差,导致性能严重恶化。中兴通讯自主研发自适应频偏校正算法,能在基带层面实时检测出当前子帧频率偏移的相关信息,对频偏造成的基带信号相位偏移予以校正,提升基带性能解调。

单小区多RRU级联技术
从FDD LTE高铁覆盖特点来看,为保证小区间可靠切换,需增加小区的覆盖范围,减少小区切换次数。中兴通讯推出单小区多RRU级联方案,此方案基于中兴通讯首创的SDR平台,设备体积小、重量轻,功耗低,环境适应能力强,使运营商高铁覆盖网络部署变得简单易行。中兴通讯应用BBU+RRU技术,可以将多个RRU组网,利用基带合并技术组合到一个小区内。当属于同一逻辑小区的多个RRU覆盖区域部分重叠连环相连之后,构成一个狭长地带的高信号强度的适合铁路沿线的小区覆盖方案,有利于增加覆盖信号强度。

要重点考虑公网和专网的切换原则和对应关系,保证公网用户顺利切入高铁专网,并保证离开站台时,避免发生乒乓位置更新。铁路覆盖专网专用,在站点和候车室设置专网与公网过渡的隔离,相互设置邻区,同时列车进行中专网小区和公网小区不设置为邻区,用户不允许切换到公网,公网用户也不能占用专网资源。

密集城区高铁覆盖

高铁经过密集城区时,由于站点间距较小,切换带也较小,而且密集城区没有明显的视距环境,多普勒效应明显,对性能影响严重,导致解调SNR降级严重;同时对城区多径衰落的影响比较明显,容易出现向目标小区切换后回切,造成频繁掉话。针对密集城区的高铁覆盖,可以在传统三小区的基础上,新增一个小区(第4小区)用于高铁覆盖。

2.2室内深度覆盖的解决方案

小区分裂、网络拓扑结构异构化,即构建立体分层网络(HetNet)将是应对未来数据流量陡增,满足容量增长需求的主要途径。在宏蜂窝网络层中,运营商通过布放大量低功率非标准六边形蜂窝接入点Small Cell,形成低功率节点层,大量重用系统已有频谱资源,增强总的等效功率资源,并有针对性地按需部署、就近接入,来满足热点地区对容量的需求。

HetNet场景最大的特点就是引入大量的Small Cell,用于增强网络覆盖以及热点区域的容量。一般来说异构(HetNet)组网,Macro Cell覆盖较大区域,解决移动通信连续性覆盖所面临的问题,Femto、Pico、Micro等Small cell设备所覆盖区域,吸收热点地区的数据量。有统计表明,未来80% ~ 90%的系统容量将发生在室内和热点场景,这就意味着,单位区域内,用户的分布是非均匀的。由于用户分布、系统容量的不均匀性,Macro Cell与Small Cell之间的有效协同(即宏微协同)成为异构(HetNet)网络的一个关键技术。

宏微协同技术中的关键在于区域容量的优化以及宏微干扰抑制,在HetNet同频组网的场景下,为解决HetNet同频组网的容量和干扰问题,引入了CRE和ABS机制。CRE机制,通过扩大偏置参数的方法,可以扩大Small Cell的覆盖范围,进一步提升系统的容量。而ABS机制为,在干扰小区(宏小区)配置ABS子帧,仅发送必要信息 (SS, CRS, PBCH, SIB),并基于宏小区的ABS pattern信息调度宏小区UE,即在ABS子帧上不进行调度;而被干扰小区(Pico)仅在ABS子帧上对CRE区域内的用户进行调度,降低宏小区下行信号对Pico的干扰。

方案上可分成两个方面:区域容量联合检测、区域容量实现机制。区域容量联合检测主要包括区域及区域“温度”的描述,区域容量检测信息的统计、汇聚、上报。区域容量实现机制主要包括CRE机制、ABS机制等。

ABS/CRE参数的自动控制及优化,都是与负荷相关的,即需要根据Macro Cell和Small Cell的负荷情况作为衡量区域“温度”的基准来调整、优化其参数配置。其基本思路为,Macro Cell默认一直打开,Small Cell则根据用户历史统计数据在特定“闲”的时段关闭。在Small Cell开启时,Macro Cell进行区域“温度”监测。初始系统配置正常的ABS和CRE参数。随着区域“温度”上升,系统通过调整/优化ABS和CRE参数配置,扩大SmallCell覆盖范围,尽可能多的吸收Macro Cell的用户和业务,提升系统的整体容量。后续当区域“温度”的逐步降低时,再次通过调整/优化ABS和CRE参数配置,将ABS和CRE参数调整为正常的配置。当Small Cell关闭时,则关闭ABS和CRE参数调整、优化功能。

从产品选型和部署策略上来讲,涉及SmallCell室内覆盖,DAS室内覆盖,以及穿透室内覆盖。

Small Cell组网室内覆盖:多点联合组网用于较大面积室内,多见于企业级应用场景;需要发射功率相对较大的毫瓦级Small Cell产品,如Indoor Pico。

穿透照射室内:室外站点通过穿透照射,解决室内覆盖仍然是所有系统包括LTE最常用最普遍的解决方案。

DAS系统信号源:室内覆盖区域面积较小的场景可以选择Smell Cell中2×5W的Small Cell产品作为信号源。

热点区域

比如VIP区,停车场,以及机场办公区域等特别区域则可酌情使用Pico或者DAS系统进行覆盖。

写字楼与宾馆

写字楼与宾馆/酒店一般位于大型、高层建筑内,高层楼宇在底部区域易出现移动信号覆盖弱甚至盲区;中部临窗区域乒乓切换频繁、容易掉话;高层区域则信号杂乱,无主服务小区,无法正常通讯。该类场景聚集着众多高端用户,通讯需求旺盛,只有建设室分系统才能同时满足网络的覆盖、质量和容量问题。

方法一:室外宏站照射室内,是LTE最常用最普遍的解决方案,相当一部分室内覆盖是通过穿透照射解决的。穿透照射主要用于室内无法部署基站设备的场景,可以用于高大写字楼的覆盖,也可以用户高密度区域如居民区、大学宿舍区的覆盖,解决方案有宏站照射、高空照射、地面分布系统等。

方法二:室内DAS系统覆盖,DAS没有覆盖半径的限制,DAS系统通过分布系统的设计来满足覆盖要求,一般有专门的设计人员。其可以根据覆盖要求来配置天线的位置、数量、射频器件的数量和指标,并可以根据频段改造和利旧现有的2/3GDAS系统。根据覆盖需求以及周边设施等条件,DAS信号源可选用宏站,PICO甚至直放站来操作。LTE既可以使用现有DAS系统以单通路形式实现,也可以增加一路做MIMO以提高室内容量。

方法三:室内PICO站补忙或者补热,Pico产品单点引入,小面积的室内覆盖;几个Pico节点覆盖室内,需要注意的是当微站与宏站或者微站连片覆盖且频率相同时,需考虑使用eICIC/ICIC技术,控制宏微/微微间的干扰。

目前现网对于高铁场景,主要应用超级小区技术,多小区采用相同PCI,降低了干扰的同时,减少切换,提升了用户容量。针对室内热点区域,采用室内PICO站补忙或者补热,利用微站吸收容量,目前主要应用在营业厅区域。

3.1室内典型应用展示

以市区某营业厅场景为例,针对微站应用效果进行展示。设备体积小,安装简单。


在营业厅门口位置,测试室外2.1G宏站RSRP在-95dBm左右,室外穿透覆盖受限,RSRP在-100dBm左右,增加微站后,室内2.6G覆盖在-70dBm左右,覆盖范围在5-8米左右,下载速率峰值在55Mbps左右,有效分担了营业厅的业务负荷。既保证了客户在室内的体验效果,又不会对室外宏站形成干扰。


四、总结

移动数据业务已超越语音业务成为流量和收入的主体。根据国外数据统计,70%以上的移动数据业务发生在室内,室内覆盖的性能将直接影响运营商的客户体验及其收益。而LTE高频段组网,空间传播损耗和穿透损耗相对更大,更不利于室内深度覆盖,因此,室内深度覆盖成为LTE网络部署的重点和难点。在原则上室内采用2.1G的异频混合组网模式,在干扰可控的室内场景可以使用1.8G频段,充分利用现有的CDMA 室内分布系统资源,直接合路LTE信源快速部署,确保用户的体验优于同行。


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