高密度住宅區(qū)LTE無線網絡覆蓋研究

胡俊峰

（中國聯(lián)合網絡通信有限公司 宜興市分公司，江蘇 宜興 214200）

0 引 言

高密度住宅區(qū)的網絡規(guī)劃是網絡規(guī)劃設計中的重難點。隨著城市的密集型建設，高層密集住宅區(qū)越來越多，對網絡覆蓋規(guī)劃要求越來越高。如何有效實現這些區(qū)域的網絡資源覆蓋以及實現網絡資源優(yōu)化配置成為亟待解決的重大問題。對此，根據LTE網絡整體特征和當前的應用需求進行覆蓋設計，為當前高密度住宅區(qū)的網絡覆蓋提供理論依據。

1 LTE網絡基本技術

1.1 OFDM技術

正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）同傳統(tǒng)頻分復用技術的差別在于其子載波之間正交疊加，提升了頻帶利用率[1]。實際應用中，OFDM技術采用多個正交子載波并行傳輸數據，各個子載波之間存在一半頻譜的疊合，由此能夠提升1倍的傳輸效率。由于各個子載波之間相互正交，因此在接收OFDM調制信號后無需復雜的接收處理技術。此外，OFDM技術易于與多進多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術和空時編碼（Space-Time Codes，STC）等技術相結合。

OFDM技術要求各子載波保持正交，然而由于信息傳輸中會產生時延及多普勒頻移，因此導致子載波的正交性被破壞，對此引入循環(huán)前綴（Cyclic Prefix，CP）以解決這一問題。OFDM技術涵蓋了發(fā)射和接收兩個階段，其原理如圖1所示。在信號發(fā)射階段，通過傅里葉逆變換實現信號的轉換，從而將信息通過天線發(fā)送，在接收端則通過傅里葉變換等相關逆變過程實現對OFDM信號的解調。

圖1 OFDM系統(tǒng)原理框圖

1.2 MIMO技術

MIMO傳輸系統(tǒng)如圖2所示，其核心環(huán)節(jié)就是采用多天線技術手段來實現信道容量的顯著擴大[2]。MIMO技術一般采用分布式天線技術來實現分集處理，這種方式的天線布置能夠顯著增大各個天線的獨立兼容性，使得獲得信號均呈現出獨立特征，從而在接收端實現信號增益的提升。

圖2 MIMO傳輸系統(tǒng)示意圖

根據上述的分析可知，MIMO技術的本質在于為當前的通信系統(tǒng)提供足夠的分集增益和空間復用增益。前者可以有效改善信號傳輸的可靠度，降低誤碼率，后者可以提升信息傳輸速率。

1.3 空時編碼技術

空時編碼（Space-Time Coding，STC）技術作為一種高效數據傳輸的編碼技術，依托多天線技術實現了空間分集，并且在時間上實現了時分復用，由此極大地提升了分集和編碼增益，實現了傳輸速率的顯著提升[3,4]。從其表現特征上看，根據發(fā)射機和接收機是否需要信道狀態(tài)信息可將該技術分為兩類。一類是需要獲取信道狀態(tài)信息，這一類可以進一步分為分層空時編碼（Layered Space-Time Coding，LSTC）、空時格型編碼（Space-Time Trellis Coding，STTC）以及空時分組碼（Space-Time Block Coding，STBC），另一類是不需獲取信道狀態(tài)信息，這一類進一步分為酉空時編碼（Unitary Space-Time Coding，USTC）和差分空時編碼（Diferential Space-Time Coding，DSTBC）。

2 高密度住宅區(qū)LTE網絡覆蓋規(guī)劃

2.1 覆蓋規(guī)劃設計基本原則

網絡覆蓋規(guī)劃設計是否得當會影響最終使用效果，因此開展相關工作時需要遵循如下原則[5]。首先，覆蓋規(guī)劃面積不能過大，覆蓋規(guī)劃面積過大會影響網絡中的其他扇區(qū)，造成扇區(qū)疊加，降低用戶端網絡規(guī)劃的靈活程度，降低整體規(guī)劃性能。其次，覆蓋規(guī)劃面積不宜過小，覆蓋規(guī)劃面積過小會導致覆蓋網絡中扇區(qū)數目增加，導致網絡維護難度大，同時覆蓋規(guī)劃面積過小也會對位置更新的通信開銷產生不利影響。最后，覆蓋規(guī)劃的范圍邊界直接對尋呼邊界產生影響，因此確定對應的覆蓋邊界十分重要。為了降低整體位置更新頻次，對應的覆蓋規(guī)劃邊界盡量設置于低話務區(qū)域或者低速移動區(qū)域，以降低位置更新開銷。一般設計中，在城市與郊區(qū)的分界點上，覆蓋規(guī)劃的分界點可設置于外線的基站而非密集的郊區(qū)路口，以此降低位置更新頻次，同時分區(qū)盡量不以街道為界。一般來說，覆蓋規(guī)劃邊界不應與街道平行或垂直，而應垂直于用戶流的方向（或業(yè)務流的方向），避免出現位置更新或路由更新的乒乓效應。

2.2 覆蓋規(guī)劃設計要點

根據密集住宅區(qū)場景，給出以下設計思路[6]。首先確定和識別應用網絡上的覆蓋信息，為覆蓋規(guī)劃提供指南，確定該區(qū)域通信空域的上下行能力需求。其次根據實際網絡中的用戶數和扇區(qū)數，確定每個扇區(qū)的平均用戶規(guī)模模塊和用戶的平均分頁速率，計算對應平均輪詢需求，一般要求最大值高于零端口。此外每個備選尋呼組的最大尺度取決于平均尋呼要求和每個地區(qū)自由尋呼的可能性，網絡中需要配置撥號組的數量由實際網絡大小計算確定。最后考慮區(qū)域分布以便進一步調整限額，適當時還應明確分區(qū)小組重疊的范圍，并在網絡穩(wěn)定后，根據實際業(yè)務情況進行進一步優(yōu)化。

3 高密度住宅區(qū)LTE無線網絡覆蓋分析

3.1 基站建設規(guī)模

基站建設規(guī)模實際上和整體建設需要的網絡容量有關聯(lián)，對此需要開展如下參數計算工作[7-9]。

首先確定待規(guī)劃網絡的信息。進行網絡覆蓋規(guī)劃前需準備足夠的網絡覆蓋需求信息，以確保規(guī)劃的可靠性。涵蓋內容包括特定頻段2 600 MHz網絡中收發(fā)網絡設備設置幀邊比為2:2和10:2:2，評估用戶平均分頁速率的網絡應用程序類型等。其次確定網絡的平均用戶規(guī)模，即單載波下用戶規(guī)模數。假設在密集區(qū)域，覆蓋網絡每個載波扇區(qū)的平均用戶數設置為1 000個，對應的載頻個數設定為Numcarrier=5 000個。再次預算網絡用戶規(guī)模。根據高密度住宅區(qū)整體情況，假設用戶規(guī)模增加程度基本保持不變，即保持前文設定的覆蓋網絡每個載波扇區(qū)的平均用戶數為1 000個。為了能夠保持網絡使用裕度，可增加20%的上限容量，即每個載頻對應的平均idle用戶個數以1 200計算。最后設置網絡應用場景。根據高密度區(qū)域特性可知，主要網絡應用以移動終端為主體，因而以動態(tài)接入的方式進行數據交換。尋呼周期設置為2 s，尋呼偏移統(tǒng)一設置為30 ms，且在尋呼組邊界不考慮設置交疊區(qū)。

3.2 基站建設容量

對于密集居住區(qū)的基站容量規(guī)劃，其主要涵蓋如最大的住戶量、用戶業(yè)務模型以及單載波可支持用戶數等[10]。

其中，最大用戶量設計以典型的高層密集小區(qū)為例，以10棟20層高層公寓為基礎計算，每棟計為1個單元，每單元計為3戶，每戶計為5人，一個小區(qū)對應的用戶數為15 000人。用戶業(yè)務模型考慮每業(yè)務用戶下行平均速率為1 Mb/s，上下行比例為1:5，用戶激活附著比為60%（即60%用戶處于激活態(tài)），用戶業(yè)務并發(fā)率初期為10%，則單用戶平均速率需求為上行12 kb/s，下行60 kb/s。單載波可支持用戶數根據當前F波段測試結果，網絡下行平均容量為24 Mb/s，上行數據速率為5 Mb/s，由此可得支持的用戶數計算如下：

表示選取兩個除法結果中的最小值。當前移動通信的滲透率在70%，其中LTE端的滲透率為M，可知：

由此得到滲透率M在26.25%左右，當前支持的LTE用戶滲透率在5%之下。通過分析現有的專網覆蓋情況，發(fā)現專網運營中會吸納公網業(yè)務。因此，設置私有網絡時有必要分析公共網絡覆蓋區(qū)域，調查私有網絡用戶的數量，并將其融入到設計的私人網絡負載，以提高私有網絡的性能，使私有網絡正常運行時吸納公共的網絡服務。

4 結 論

本文深入探討了高密度住宅區(qū)的LTE網絡覆蓋問題，從理論分析的角度確定了基站建設規(guī)模和對應的容量，為高密度住宅區(qū)的網絡規(guī)劃設計提供參考。