LTE无线网络特殊场景规划

    LTE大规模商用时代已经到来，LTE网络规划工作也要随之演进。尤其是对特殊场景和典型场景的规划，更需要结合LTE的技术特色、用户需求和新兴产品链打造一个从用户需求出发，充分利用新技术，点线面结合的精品网络。

    本文主要阐述高铁、密集商业区和水域景区和这3种特殊场景的规划。高铁覆盖，既能以公网方式兼顾高铁及周边区域覆盖，也可以通过专网建立Supercell同PCI方案减少频繁切换，提升网络指标。密集商业区，在规划时要考虑点线面结合，对于高层住宅，主要通过室外点射覆盖，街道和小区内的灯杆站点主要通过Small Cell来解决局部的弱覆盖问题、面覆盖主要是考虑低层建筑，公共开阔地的覆盖，大型商业建筑内部用室分系统解决。水域景区，以最少的扇区实现水面连续覆盖，降低交叉干扰，平衡水面与周边区域覆盖，提升现有站点覆盖效果。

高速铁路规划方案

    高铁作为新型交通工具，高速，便捷、安全可靠，高端商务人士乘坐比例高。高铁内的业务需求复杂，包括语音、数据、监控等。高铁业务空间固定，数据业务需求高，作为高端商务人士密集的场所，是运营商提升品牌价值的重要阵地，也是运营商新的收入领域。

技术难点分析

    高铁覆盖主要有3个技术难点：车体损耗大、多普勒效应明显、频繁的切换和重选。

    不同高铁车型的车体损耗不同，最大车体损耗为24dB。

    多普勒效应主要靠基站和终端产品进行频偏估计和补偿，上行采用中兴通讯频率补偿技术，相对于静止状态，高速状态下频偏值为1500Hz时仅存在0.2dB左右的性能损失。下行采用时域补偿和频域补偿，均可获得大于4dB的系统增益。

    在进行覆盖设计时，必须以最大穿透损耗的24dB车型作为规划目标，并考虑重选和切换问题。考虑到小区的重选、切换和迟滞等因素，假设火车时速350km/h（每秒移动97.2m），小区在1.5s完成切换过程，则双向的交叠区长度为291.6m（S=2×97.2×1.5）。

链路预算

    涉及到高铁规划，必然会进行链路预算。LTE的网络质量分为业务和覆盖，如果以上行256kbps和RSRP-105dBm来考虑，是RSRP受限，以RSRP为-105dBm来进行规划。

    链路预算首先要进行高铁的覆盖站间距及站点到铁轨垂直距离的取值分析。

    “掠射角”是基站天线主瓣方向和铁路铁轨之间形成的夹角，如图1所示。

    根据测试经验，“掠射角”越小，列车穿透损耗越大。合理控制“掠射角”，能够更好更省地满足高速铁路覆盖的目标。根据实际测试经验，将“掠射角”控制在10°以上，能充分利用目前大网宏基站为高速铁路做到良好覆盖。

    根据确定的“临界掠射角”、基站的建议站间距，即可确定基站距铁轨的垂直距离范围，基站的覆盖距离设为R，如果掠射角定为10°，则单站覆盖铁路的距离为S=2×R×cos10°（此处不考虑重叠区域），基站距铁轨的垂直距离为H=R×sin10°。

    高铁覆盖方案分为两扇区普通RRU组合和超级小区方案。目前超级小区方案可支持6个RRU共基带池，还可以考虑一个站点2个RRU和6个RRU的超级小区方案。

    下面以2.1GHz频段20Mbps带宽，RSRP大于-105dBm为例，采用20dBi的高增益天线，分3种方案进行高铁站间距的计算。基础链路预算表格关键参数见表1。

    ● 普通2RRU组网

    根据以上分析，站间距S为：2×790×cos10°=1556m。如果考虑站点间的重叠区域300m，则站间距为1256m。基站距离铁轨距离H为：790×sin10°=137m

    ● 超级小区2RRU组网

    从覆盖上来讲，此种方案和第一种方案单站的覆盖距离基本一致。但此种方案比普通组网的好处是站点内两个小区是逻辑小区，不存在切换问题和小区间的干扰，可以协同工作，降低掉话和接入失败，降低网络优化的难度，提升用户感知，是目前高铁专线比较推荐的一种建设思路。

    ● 超级小区6RRU组网。

    多RRU小区组网示意图见图2。

    根据链路预算计算方法，站间距S为：6×790×cos10°=4668m。如果考虑站点间的重叠区域300m，则站间距为4368m。基站距离铁轨距离H为：790×sin10°=137m。

高铁规划仿真

     高铁规划主要的技术难点是如何设计用户在铁路上的信号质量，就是只统计车厢内的信号强度RSRP和信号质量Rs-SINR。可以在传统的规划方法上进行技术创新，通过仿真工具Atoll自定义电子地图，对电子地图进行手工编辑，以铁路周围20~30m范围作为单独的一种地物，当信号通过这种地物时有24dB的最大穿透损耗，并对铁路这种地物内的信号进行统计，模拟出用户在火车内的使用质量。甚至可以单独对这种地物撒用户，进行蒙特卡洛仿真，看到每个用户的信号质量、吞吐量、接入成功率和用户满意度等，体现规划设计的精细化。

    经过此种规划思路，S市的高铁规划结果如下：高铁全长135km，平均站间距900m，开阔地平均1.2km，密集地平均550m；最大站间距2km，最小400m。

    前面介绍的传播模型和规划方法就是典型的开阔地规划，可见链路预算（1256m）和规划仿真（1200m）的结果比较接近。

高铁容量规划

    高铁话务模型为：一等车/观光车/商务车共255人，二等车/餐车共890人；在一等车厢/商务车厢，假定有40%在网用户，50%的用户激活，以密集城区下行用户模型130kbps计算，则总吞吐量下行为6.63Mbps，上行约为1.33Mbps；二等车厢共890人，假定有40%的在网用户，30%的用户激活，以密集城区下行用户模型130kbps计算，整体下行需求为13.88Mbps，上行约为2.78Mbps。

    计算可得容量需求为：上行带宽需求为4.1Mbps，下行约为20.5Mbps；当两列火车交汇时可能覆盖基站所需提供的容量为平时的两倍。由此可见，需采用多载波、MIMO等技术来提供更高的容量带宽。

高铁规划案例

    以H市到J市之间的高铁为例，通过1.9GHzTDD进行覆盖，高铁站间距1~1.5km。高铁测试路线上，RSRP小于-105dBm的概率为0.86%，整体覆盖优秀。

    高铁场景小区呈线性分布，整体SINR水平较好，其中，空载条件下SINR小于-3dB的概率为1%，即使在下行模拟加载情况下，由于邻小区数量有限，因此与密集城区相比SINR恶化幅度小。约97%区域SINR值在-3dB以上，70%区域SINR值高于10，覆盖性能优异，提升了网络平均吞吐量。

    以上规划结果主要是对高铁场景规划和覆盖方案起指导和参考作用。在实际建网中，需考虑到基站重叠区域、高铁移动性、不同车型内的穿透损耗、基站与高铁的垂直距离（实际建网）、用户感受、专网/现网，铁轨铺设高度等众多因素，具体分析。

密集商业区覆盖方案

    密集商业区一般包含大型购物商场、高层写字楼、步行街等，具有环境多样性的特点。以商业圈为中心，周边已形成多个大型高层住宅圈，属于中高档社区，社区居民年龄结构以中青为主，收入较高，对无线宽带需求比较旺盛，体验要求较高。近年来这种类型的建筑群在大中城市中发展迅速，是未来主流的城市建筑形态。解决密集商业区建筑群体的覆盖，有一定的难度，具有重要意义。

链路预算

    FDD-LTE网络建设初期，以满足覆盖为主。覆盖的衡量指标包括：下行速率、上行速率、RSRP接收功率、RS-SINR。

    重要的CBD或VIP地区，覆盖指标建议为小区边缘室内下行速率≥2Mbps、上行速率≥12kbps、室外RSRP接收功率≥-105dBm，RS-SINR≥-3dB，各指标面积覆盖率≥95%。

    一般场景，建议为小区边缘室内下行速率≥1Mbps、上行速率≥256kbps、室外RSRP接收功率≥-105dBm，RS-SINR≥3dB，各指标覆盖率≥95%。

    密集城区和一般城区链路预算如表2所示。

差异化解决方案

    密集城区建筑繁多，环境复杂，需针对不同环境采取差异化方案，以满足覆盖指标要求。

    ● 室内分布系统：解决高层写字楼、大型商业建筑的室内覆盖；

    ● 室内室外一体化覆盖方式：解决高楼附近覆盖弱区；

    ● 室外分布式（点射）：未来高层住宅楼的主流覆盖方式；

    ● 室外Macro+Pico异构网：繁华商业区的话务吸收，改善局部覆盖；

    ● 灯杆抱杆+Samll Cell：沿马路住宅覆盖弱区改善；

    ● 美化天线：降低站点获取难度。

水域覆盖方案

    水域的话务量明显低于陆地道路，所以主要解决覆盖问题；水面终端移动的速度相对较慢；基站站点只能位于岸边；水面平坦，起伏很小；传播损耗小，且容易出现类似“镜面发射”的效果。

    普通密集城区覆盖500m左右的信号，在水域会覆盖达到2km以上，如果规划不好，会造成严重的越区覆盖，对邻区造成干扰。

    水域规划结合LTE特色可以引入8天线覆盖解决方案和ACP自动规划优化技术。8天线主要是为了解决上行受限的覆盖问题，避免下行干扰过大，保证湖面信号的纯净。

    ACP自动规划优化技术，更是合理解决信号覆盖的有力助手。它可以根据初始的工程参数，设定需要规划优化的网络RSRP和SINR覆盖指标，结合电子地图设置不同地物权重，可以实现RSRP、SINR最大化或RSPR和SINR同时最大化原则，最终完成整个网络不同站点的最优方位角、下倾角、功率和站高等优化参数的调整。

链路预算

    采用8天线技术，有效改善上行覆盖，增加覆盖距离，减少站点、扇区数需求，降低优化复杂度。在普通湖面的穿透损耗值取一层铁皮的损耗值，8dB。

    以FDD LTE典型的上行256kbps为例，链路预算采用2天线和8天线接收的覆盖距离作为规划站点拓补设计的参考，关键值设置如表3所示。
     
水域规划仿真

    在水域规划方法中的要点是减少满足特定覆盖目标所需要的小区数，最终达到降低干扰，提升覆盖的目的。利用组网规划手段，可以采用异频规划和ICIC技术。利用物理手段可以使用8天线技术，合理调整方位角和下倾角等参数，提升上行覆盖距离，降低相互干扰。还需要通过系统调整网络的无线参数，降低干扰和掉话率，主要是功率参数调整和切换等无线参数调整。

    站点选取岸边较高处，但不宜太高，基本满足视距覆盖即可，避免扇区之间的干扰，最好是河流拐弯处，以方便覆盖；单扇区足够，根据地形可以选择定向扇区、功分定向扇区或全向扇区。相对于陆地道路而言，江河航道基站需要选择垂直波瓣角较小、前后比较小、水平波瓣角较大的天线，扇区朝向尽量垂直于江岸，尽量避免沿江纵向超远覆盖，控制朝江天线的下倾角和发射功率。在单小区能够覆盖的情况下，尽量使用单小区覆盖水域；在多小区存在的情况下，需要有一个主扇区来覆盖水域，其他扇区尽量覆盖湖边道路，保证水域内的信号单一，有主小区信号。

    中国地域辽阔，场景丰富，除以上所述的高铁、密集商业区和水域场景，在LTE网络部署中还会遇到遇到山地、隧道、高速公路、航空等特殊场景，需要根据场景特点针对性解决覆盖规划问题，从而实现LTE网络的优良覆盖。