TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)低容量廣覆蓋解決方案

 1  前言

3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性階段，針對(duì)各種不同區(qū)域的3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案已成為業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題。我國(guó)具有世界上最龐大、最完善的2G網(wǎng)絡(luò)，這使得人們對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和性能產(chǎn)生了更高的期待和依賴，人們期望在不久的將來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)論何時(shí)何地都可以快捷、方便地與任何人通信。這樣運(yùn)營(yíng)商就必須從城市向農(nóng)村，甚至向邊遠(yuǎn)地區(qū)不斷地拓展其業(yè)務(wù)范圍。我國(guó)疆域非常廣闊，很大一部分地區(qū)是地廣人稀的低話務(wù)區(qū)域，要建設(shè)一張優(yōu)秀的3G網(wǎng)絡(luò)，這些地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是非常重要的一環(huán)。另外，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，以較低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)更廣范圍的覆蓋也是非常重要的，初期用戶基數(shù)小，短時(shí)間難以實(shí)現(xiàn)盈利，運(yùn)營(yíng)商非常重視成本的控制，特別是對(duì)于新興移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有2G網(wǎng)絡(luò)的依托，他們將更加關(guān)心如何能夠以最低成本解決低話務(wù)地區(qū)的3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題。

2  經(jīng)濟(jì)靈活的低話務(wù)地區(qū)覆蓋解決方案

在2G時(shí)代，我們對(duì)市區(qū)傳播模型、郊區(qū)傳播模型和開(kāi)闊地傳播模型的研究較為充分，而對(duì)廣覆蓋，如海面、草原、戈壁以及沙漠等特殊的無(wú)線傳播環(huán)境研究較少。隨著海洋經(jīng)濟(jì)、草原旅游業(yè)、沙漠綠化等產(chǎn)業(yè)迅速地發(fā)展，對(duì)移動(dòng)通信的需求量日漸增加。針對(duì)以上低話務(wù)地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，我們探討出一系列經(jīng)濟(jì)靈活的低話務(wù)地區(qū)覆蓋解決方案。

2.1城市郊區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)覆蓋

在城市的郊區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)等地區(qū)，與密集城區(qū)和一般城區(qū)相比，話務(wù)量低一些，

這些地區(qū)的無(wú)線傳播環(huán)境介于城區(qū)與農(nóng)村之間，有的地方可能接近城區(qū)，有些地方接近農(nóng)村。接近城區(qū)的地方，在站址確定、站型選擇和天線選型時(shí)必須統(tǒng)一考慮覆蓋和干擾；接近農(nóng)村的一些地方，覆蓋成為主要考慮因素。對(duì)于郊區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建筑物，絕大部分不會(huì)考慮專門的室內(nèi)覆蓋解決方案，因此在規(guī)劃中需要考慮一定的穿透損耗余量。

圖1  TD-SCDMA宏基站＋射頻拉遠(yuǎn)方案

由于在此區(qū)域的中心地帶，運(yùn)營(yíng)商一般是有機(jī)房和傳輸資源的；在此區(qū)域的周邊地帶則機(jī)房資源嚴(yán)重不足，根本無(wú)法保證普通基站的安裝條件。針對(duì)這種情況，TD-SCDMA宏基站＋射頻拉遠(yuǎn)方案可以很好地解決此類地區(qū)的覆蓋，如圖1所示。這種解決方案充分考慮了郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)低話務(wù)地區(qū)的實(shí)際情況，降低了建設(shè)成本和運(yùn)維成本。一方面實(shí)現(xiàn)了良好的廣域覆蓋，另一方面實(shí)現(xiàn)了低成本快速建網(wǎng)，優(yōu)勢(shì)非常明顯。

2.2各類隧道覆蓋

隧道主要分為鐵路隧道、公路隧道、地鐵隧道等，無(wú)論是何種隧道，都存在長(zhǎng)短不一的狀況。短的隧道只有幾百米，而長(zhǎng)的隧道有十幾千米，因此必須根據(jù)隧道覆蓋區(qū)域的話務(wù)量大小及現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備情況來(lái)選擇宏基站、微基站和射頻拉遠(yuǎn)RRU等。

長(zhǎng)度較短的隧道可以采用單根天線進(jìn)行覆蓋，這是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方案。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)隧道口的安裝條件及隧道長(zhǎng)度來(lái)選擇合適增益的天線對(duì)隧道進(jìn)行覆蓋。在安裝條件許可時(shí)，可以選擇高增益天線。另外，當(dāng)單根天線不足以覆蓋整個(gè)隧道時(shí)，可以采用從隧道兩頭各用一個(gè)天線同時(shí)朝隧道內(nèi)覆蓋的方式。一般來(lái)說(shuō)，隧道內(nèi)部覆蓋與隧道外部的覆蓋可以一起考慮，用同一小區(qū)對(duì)隧道內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行覆蓋。

對(duì)于中等長(zhǎng)度的隧道，一種解決方案是根據(jù)隧道的長(zhǎng)度，在隧道中安裝不同數(shù)量的雙向天線與放大器。

對(duì)于比較長(zhǎng)的隧道，在傳輸過(guò)程中，信號(hào)的損耗比較大，這時(shí)傳輸?shù)桨l(fā)射天線的信號(hào)就很弱了，很難保證覆蓋。對(duì)此可以采用光纖直放站遠(yuǎn)端串聯(lián)的方式作為長(zhǎng)隧道的覆蓋，其優(yōu)點(diǎn)在于：遠(yuǎn)端每次對(duì)信號(hào)進(jìn)行一次放大，可以盡可能地減少信號(hào)的損耗。

泄漏電纜是隧道覆蓋的另一種方案。電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)通過(guò)槽孔向外界輻射電磁波，外界的電磁場(chǎng)也可通過(guò)槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部并傳送到接收端。泄漏電纜的傳輸損耗大，僅適用于覆蓋要求高而均勻的場(chǎng)景。由于線性損耗對(duì)饋線首末端的信號(hào)強(qiáng)度影響很大，而耦合損耗導(dǎo)致在電纜信號(hào)泄漏區(qū)域有良好的覆蓋，但在超過(guò)50m的區(qū)域中幾乎沒(méi)有覆蓋。

目前，由于彎道多、環(huán)境封閉，隧道的無(wú)縫覆蓋主要通過(guò)信號(hào)源+分布式天線系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)信號(hào)源的不同，有以下覆蓋方式。

（1）解決方案一：光纖直放站＋分布式天線

光纖直放站＋分布式天線解決方案如圖2所示。

圖2  光纖直放站＋分布式天線解決方案示意

（2）解決方案二：無(wú)線直放站+泄漏電纜

無(wú)線直放站+泄漏電纜解決方案如圖3所示。

圖3  無(wú)線直放站+泄漏電纜解決方案

（3）解決方案三：無(wú)線直放站＋反向背射天線

無(wú)線直放站＋反向背射天線解決方案如圖4所示。

圖4  無(wú)線直放站＋反向背射天線解決方案示意

2.3省道、國(guó)道和高速公路等線狀場(chǎng)景的覆蓋

高速公路和交通干線屬于典型的低話務(wù)量地區(qū)，一般將這種無(wú)線信號(hào)覆蓋區(qū)域呈線狀、帶狀或啞鈴狀的狹長(zhǎng)覆蓋場(chǎng)景統(tǒng)稱為線狀覆蓋場(chǎng)景。它們具有鮮明的網(wǎng)絡(luò)特征：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和容量需求不大、覆蓋區(qū)成連續(xù)帶狀、用戶移動(dòng)速度快、地形復(fù)雜多變、機(jī)房和配套設(shè)施解決困難，因此該場(chǎng)景首要解決的是連續(xù)覆蓋問(wèn)題。

根據(jù)上述定義，我們把線狀覆蓋場(chǎng)景特征歸納如下。

（1）信道環(huán)境較為特殊

終端移動(dòng)速度一般在80~220km的范圍內(nèi)將出現(xiàn)一定程度的多普勒頻移現(xiàn)象，需要基站支持動(dòng)態(tài)頻移補(bǔ)償技術(shù)。

（2）用戶業(yè)務(wù)使用習(xí)慣多樣

要求支持CS12.2kbit/s的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和CS64 kbit/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋，部分區(qū)域發(fā)達(dá)沿線需要考慮升級(jí)支持PS 384 kbit/s流媒體下載。

（3）容量一般不是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃受限的因素

在該場(chǎng)景下，語(yǔ)音業(yè)務(wù)密度＜2Erl/km2，以12.2kbit/s語(yǔ)音業(yè)務(wù)為例（按照0.02Erl計(jì)算），考慮多頻點(diǎn)特性，在單扇區(qū)三載波配置下可以提供71個(gè)信道，等效為3 550個(gè)用戶，完全可以滿足容量需求。另外，由于汽車、列車快速駛?cè)胄�區(qū)而帶來(lái)的話務(wù)量短期內(nèi)驟變，需要依情況考慮適當(dāng)?shù)娜萘款A(yù)留。

（4）重點(diǎn)考慮連續(xù)覆蓋的廣度和深度

盡量采用各種覆蓋增強(qiáng)技術(shù)擴(kuò)大覆蓋距離，如使用直放站進(jìn)行區(qū)域性信號(hào)增強(qiáng)、采用高增益窄波瓣天線、選用大功放等。

根據(jù)以上特征，可以得出以下解決方案。

（1）解決方案一：采用宏基站+射頻拉遠(yuǎn)

適用于交通沿線具有光纖資源而不具備機(jī)房且地形較平坦、筆直。由于RRU支持室外環(huán)境抱桿、掛塔等多種安裝方式，可降低每個(gè)站點(diǎn)對(duì)機(jī)房配套建設(shè)要求，實(shí)現(xiàn)快速建站，大幅節(jié)省建設(shè)成本和運(yùn)維成本。

（2）解決方案二：采用微蜂窩基站+射頻直放站

適用于交通沿線只有個(gè)別地點(diǎn)具有光纖傳輸資源。對(duì)于傳輸資源無(wú)法解決的地方，可通過(guò)射頻直放站實(shí)現(xiàn)空中無(wú)線信號(hào)接力放大，延伸覆蓋區(qū)域。直放站成本低，安裝簡(jiǎn)便，組網(wǎng)靈活，對(duì)線形覆蓋區(qū)域具有高效低成本的天然優(yōu)勢(shì)，十分適合縱深覆蓋。

（3）解決方案三：采用射頻拉遠(yuǎn)模塊串聯(lián)

適合在一般省際SDH骨干網(wǎng)沿路而建，可以提供豐富的光纖傳輸資源。充足的裸光纖資源為光纖拉遠(yuǎn)模塊串型組網(wǎng)鏈接提供了得天獨(dú)厚的便利條件。解決方案三如圖5所示。

（4）解決方案四：宏基站+高增益天線

對(duì)于單純交通干線沿途，如果采用兩扇區(qū)的S1/1配置，兩副天線背靠背沿交通干線兩個(gè)方向覆蓋，天線前后比指標(biāo)無(wú)法保證兩個(gè)扇區(qū)背向交界的區(qū)域得到良好的覆蓋，同時(shí)頻繁的小區(qū)間切換將導(dǎo)致掉話率升高。因此可通過(guò)小區(qū)合并的方式降低切換概率，如采用功分方式，一個(gè)基站扇區(qū)為兩副背靠背天線提供信號(hào)輸入，這樣兩副天線同屬一個(gè)小區(qū)，因此相鄰小區(qū)頻繁切換概率降低了50%。解決方案四如圖6所示。

圖5  解決方案三示意

圖6  解決方案六示意

2.4草原、海面、沙漠等超遠(yuǎn)覆蓋

草原、沙漠、近海海面等覆蓋區(qū)域也是典型的低話務(wù)地區(qū)，這些區(qū)域一般地勢(shì)平坦，人煙稀少，無(wú)線電波在海平面、沙漠等環(huán)境傳播時(shí)，傳播路徑主要是通過(guò)空氣傳播的直達(dá)波和經(jīng)過(guò)海面或地面的反射波。由于傳播損耗很小，信號(hào)可以傳播到很遠(yuǎn)的地方。此時(shí)，地球不能再看作平面，而應(yīng)把它看作球面，即地球曲率對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生的影響。另外，處于傳播路徑上的島嶼、沙丘等也會(huì)對(duì)信號(hào)傳播產(chǎn)生陰影效應(yīng)。在鏈路預(yù)算時(shí)，可采用農(nóng)村開(kāi)闊地模型，并在此基礎(chǔ)上減小約3dB進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)一般也要求通過(guò)少量的設(shè)備實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距甚至超長(zhǎng)距的覆蓋，容量方面的要求相對(duì)較小。

在超高頻和甚高頻頻段無(wú)線電波的地對(duì)地傳播模型中，地球影響的大小是依賴于路徑的長(zhǎng)短。在視距路徑上，地球的主要影響在于引起反射波，從而在接收機(jī)內(nèi)部對(duì)直射電波產(chǎn)生消極或積極的干擾。對(duì)于超視距的路徑，由于電波的衍射及散射的存在，信號(hào)傳播可能會(huì)超過(guò)視距。

在視距的情況下，隨著距離的增加，信號(hào)強(qiáng)度的衰減比在非視距的情況下慢，而根據(jù)TD-SCDMA基站靈敏度、站側(cè)的天線增益、天饋線損耗、人體損耗、正態(tài)衰落余量就可以得到最大允許的空間損耗。如果傳播信號(hào)在視距范圍內(nèi)的損耗小于最大允許的空間損耗，那么信號(hào)將進(jìn)入非視距范圍繼續(xù)傳播，但站點(diǎn)的覆蓋半徑主要取決于視距范圍大小。

無(wú)線視距與發(fā)射臺(tái)高度、移動(dòng)臺(tái)高度的關(guān)系式如下：

其中，Hb為天線掛高（m），Hm為移動(dòng)臺(tái)高度（m），d為站點(diǎn)覆蓋半徑（km）。

由于非視距范圍一般都在數(shù)千米以內(nèi)，對(duì)于海面、平原等超遠(yuǎn)覆蓋來(lái)講，該站點(diǎn)的覆蓋半徑基本上等于該站址的視距。由于基站和移動(dòng)臺(tái)高度通常遠(yuǎn)小于傳播距離，反射波的入射角和反射角很小，且相等。

圖7  海上傳播路徑示意

在海平面、沙漠、沙漠等區(qū)域進(jìn)行站址規(guī)劃時(shí)，關(guān)鍵在于根據(jù)目標(biāo)覆蓋區(qū)來(lái)選擇合適高度的站點(diǎn)和天線類型，同時(shí)由于TD-SCDMA系統(tǒng)的定向智能天線增益可達(dá)15dBi，通過(guò)調(diào)整發(fā)射和接收增益，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距覆蓋，海面?zhèn)鞑ヂ窂饺鐖D7所示。相關(guān)的實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明：

·如果要求覆蓋半徑在30km左右，通常選擇在比較平坦的地方建塔，塔高一般在50m左右；

·如果要求覆蓋半徑在45～70km，通常選擇比較高的山丘、沿海邊山頂?shù)牡胤浇ㄋ�，塔高�?00～200m；

·如果覆蓋半徑在70km，通常塔高選擇在200m以上；

·海面及沙漠覆蓋一般要求天線具有比較寬的水平波瓣寬度，而對(duì)天線的垂直波瓣寬度則要求較窄，這樣能保證良好的水平覆蓋面，并提供足夠的增益滿足遠(yuǎn)覆蓋距離的要求。

由于TD-SCDMA系統(tǒng)的特殊性，在基站系統(tǒng)設(shè)置上可通過(guò)多次嘗試發(fā)送上行導(dǎo)頻信號(hào)，且每次發(fā)送提前量按一定步長(zhǎng)步進(jìn)，直到基站可以檢測(cè)到上行導(dǎo)頻信號(hào)為止，從而實(shí)現(xiàn)TD-SCDMA廣覆蓋。

3  結(jié)束語(yǔ)

TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)全面展開(kāi)，由于傳統(tǒng)2G網(wǎng)絡(luò)的完善覆蓋和可靠性，使得用戶對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)有著更高的期待，怎樣低成本以及高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)低話務(wù)量地區(qū)的覆蓋是運(yùn)營(yíng)商十分關(guān)心的問(wèn)題。作為業(yè)界領(lǐng)先的無(wú)線覆蓋方案提供商，武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司運(yùn)用獨(dú)具特色產(chǎn)品和技術(shù)，提供經(jīng)濟(jì)靈活的低話務(wù)地區(qū)覆蓋解決方案，可完全滿足運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上的廣覆蓋、低成本、快速建網(wǎng)要求，為TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的順利商用作出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。