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      小區(qū)LTE無線網絡基站與精細化仿真技術研究

      2021-05-11 06:46:12古慶利
      中國新通信 2021年4期
      關鍵詞:基站

      古慶利

      【摘要】 ? ?LTE無線網絡的蓬勃發(fā)展,基站的建設已經達到了百萬個的數量級,但是隨著城鎮(zhèn)化率的不斷提高,城市建設也是日新月異,無線環(huán)境的復雜性達到了前所未有的地步。網絡規(guī)劃設計對精細化仿真的依賴程度越來越高。為了適應城區(qū)微基站的超密組網,精細化仿真技術不但要考慮無線信號通過不同建筑物的多徑傳播,還要考慮MIMO、AMC等關鍵技術,結合各類微基站的功率、天線類型、天線掛高等參數,使仿真結果更接近實際網絡的性能,從而指導網絡規(guī)劃和建設。從而助力5G推廣,促進我國的移動通信產業(yè)健康發(fā)展。鑒于此,本文主要圍繞小區(qū)LTE無線網絡基站、精細化仿真技術做出了研究,以供參考。

      【關鍵詞】 ? ?小區(qū)LTE無線網絡 ? ?基站 ? ?精細化仿真

      一、工程概況

      西安大雁塔廣場&不夜城位于雁塔西影路南,北臨西影路,南接雁南三路,東起慈恩東路,西至慈恩西路;大雁塔與大唐不夜城南北相連,大雁塔廣場占地252余畝,建筑面積約11萬m2;大唐不夜城占地967畝,建筑面積約65萬m2。大雁塔為西安地標建筑,日均接待游客萬余人,節(jié)假日旅游高峰期間每天接待游客近10萬余人。自2019年6月6日,工信部在該區(qū)域不斷接到游客對于網絡覆蓋的投訴,市政府結合大唐不夜城景區(qū)對通信網絡的高標準要求,要求聯通主動規(guī)劃,致力打造西安小區(qū)LTE網絡覆蓋示范景區(qū)標桿項目。由于景區(qū)客流量大,人流密集,周圍基站數量飽和,現網基站無法滿足如此大規(guī)模的通信要求,基于此,需要主動對接大雁塔&不夜城景區(qū)管理公司規(guī)劃整個景區(qū)綜合解決方案。

      二、基站的分類、設計與應用場景

      2.1基站分類

      伴隨著移動互聯網的快速發(fā)展,無線網絡架構從傳統(tǒng)蜂窩型網絡相分層網絡演進,這時的網絡建設需要更多不同類型的基站和解決方案。在國內,目前運營商參考3GPP的相關定義,主要以我們所熟悉的基站發(fā)射功率標準來劃分。其中,主要設備按照覆蓋能力和發(fā)射功率,基站分為宏、微、皮、飛4種,基站類型,其中后3種通常稱為小基站。但是主設備廠家在進行小基站定義時,往往結合產品尺寸和發(fā)射功率等因素綜合分類,如華為EasyMacro、中興iMacro、諾基亞FWHX等設備,通常稱為小基站。按照基站設備的名稱、單載波的發(fā)射功率及覆蓋能力等參數進行分類。各廠家對宏基站、微基站的支持均比較好,在LTE二期工程已經有較為完善的產品線,但皮基站所有廠家均在三期工程中推出相應產品。由于設備分類標準中飛基站定義為發(fā)射功率100mW以下的產品,現階段各廠家產品發(fā)射功率最低位125mW,因此各廠家均未支持此類產品。

      2.2基站設計

      2.2.1站址設計

      經過前面問題分析可知,西安大雁塔廣場&不夜城是一個綜合性很強的項目,景區(qū)核心區(qū)域基站負荷高,重點是部分區(qū)域存在弱覆蓋,引起用戶投訴較多。

      通過現場無線環(huán)境勘測,現場方案制定如下:新增LTE基站主要是監(jiān)控桿微站、樓面微站覆蓋常規(guī)業(yè)務,兼顧拓展物聯網、智慧景區(qū)、視頻監(jiān)控、充電樁及信息化廣告牌等新業(yè)務 ,同時充分利用景區(qū)內監(jiān)控桿、建筑物、社會管道等社會資源實現多專業(yè)相融合,建設方式由單站建設向“點、線、面的綜合覆蓋”的綜合解決方案。

      2.2.2天線選址

      針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求,本次規(guī)劃涉及LTE微站4處,其中利用方柱形美化天線1處,仿生樹1處,利用廣告牌1處、利用監(jiān)控桿1處。這4個新增微基站均是RRU拉遠,進行近距離覆蓋,滿足用戶需求的同時,防止越區(qū)覆蓋。針對西安大雁塔廣場&不夜城覆蓋需求,本次規(guī)劃涉及LTE微站4處,所有新建基站RRU均采用華為R8200室外型設備,發(fā)射功率5W,尺寸423x395x112mm。

      2.2.3天饋設計

      1.站址選擇

      小區(qū)LTE網絡覆蓋主要是為了解決城市小區(qū)深度覆蓋不足的問題,因此,需要室外天線盡量靠近覆蓋目標,但是考慮到定向天線的覆蓋夾角的限制,天線也不能距離目標樓宇過近,以避免主波瓣覆蓋范圍過小的問題。建議室外定向天線到目標樓宇的距離在20-100m;實際設計中應根據覆蓋需求合理選擇天線的不妨位置,并根據傳播模型、鏈路預算估算天線覆蓋效果。如一面天線無法滿足整體的覆蓋需求,那么就需要多面天線分別覆蓋不同樓宇,必要時結合室內覆蓋情況進行室內天線點位布放,實現全覆蓋。

      2.天線選型

      天線選型時LTE無線通信系統(tǒng)中的至關重要的一環(huán),天線的設計直接影響到LTE網絡的覆蓋效果。為了將室外天線的覆蓋區(qū)域控制在所需要的區(qū)域內,以免對周邊基站造成干擾,天線的高度和覆蓋距離要綜合考慮增益、水平波瓣、垂直波瓣、下傾角、安裝方式等多個因素。除了一體化隱蔽天線外,還可以采用普通板狀天線加隱蔽外罩的辦法進行美化。在實際應用中,還可以因地制宜的選擇其他新型天線,如用于超高基站的大傾角天線,或者根據場景要求美化的變色龍空調天線、廣告牌及燈箱天線等。

      2.3基站應用場景

      在LTE移動通信中,為了應對各種復雜的場景,不同的基站設備分別應用于不同場景,宏基站主要用于較遠距離覆蓋,微基站和皮基站重點進行小區(qū)覆蓋,而室內覆蓋主要是通過皮基站和飛基站來解決。實際在目前小區(qū)覆蓋中,重點應用微基站和皮基站,各種基站應用場景示例圖如圖1所示。

      2.3.1宏基站

      宏基站是LTE網絡建設初期的主要建設方式,宏基站主要負責4G室外廣域覆蓋。它采用分布式架構,宏基站分別有2通道宏基站和8通道宏基站兩種類型

      2.3.2皮基站

      皮基站設備主要應用于大型商場、寫字樓等室內分布不易施工建設的場景,而皮基站通過光纜連接設備和天線,無需布放饋線,很大程度上降低了建設難度。皮基站設備一般可分為分布式或一體化皮兩種。

      2.4天線產品參數

      2.4.1天線的方向性

      天線發(fā)射出的電磁波在各個方向上并不相同,有大有小,甚至還有0點,稱為方向性;發(fā)射功率最大的方向也是接收效果最好的方向,叫做“互易性”。大多情況下,天線方向圖是在遠場區(qū)確定的,所以又叫做遠場方向圖。輻射特性包括輻射場強、輻射功率、相位和極化。因此,天線方向圖又分為場強方向圖、功率方向圖、相位方向圖和極化方向圖。常用的是場強和功率方向圖,相位和極化方向圖在特殊應用中采用。

      2.4.2天線增益

      天線增益是用來衡量天線朝一個特定方向收發(fā)信號的能力,它是選擇基站天線最重要的參數之一。一般來說,增益的提高主要依靠減小垂直面向輻射的波瓣寬度,而在水平面上保持全向的輻射性能。天線增益對移動通信系統(tǒng)的運行質量極為重要,因為它決定蜂窩邊緣的信號電平。增加增益就可以在一確定方向上增大網絡的覆蓋范圍,或者在確定范圍內增大增益余量。

      三、精細化仿真技術的應用

      3.1總體流程

      精細化仿真的總體流程如圖2所示。

      3.2常規(guī)規(guī)劃仿真軟件

      常規(guī)的規(guī)劃仿真軟件主要應用于室內外站點仿真,結合3D射線跟蹤模型和高精度的建筑物矢量地圖,進行反射、衍射路徑的構造,結合室內外線性傳播損耗,來預測室內外信號的分布情況。

      常規(guī)規(guī)劃仿真軟件有Atoll、Asset、Huawei、Zte等。

      3.3仿真規(guī)劃軟件的應用

      3.3.1地圖導入

      仿真軟件的路徑損耗計算是基于數字化的電子地圖和傳播模型的,而且站點的經緯度要能夠和地圖的坐標系匹配才能正常顯示。

      主要內容有:加載海拔高度地圖(heights)、地物分類地圖(clutter)和矢量地圖(vector)。加載建筑物地圖:建筑物高度地圖(building)和建筑物矢量地圖(buildVector)。

      3.3.2配置網絡參數

      配置天線、發(fā)射機、饋線等設備參數,及幀結構、時隙等網絡參數。

      3.3.3網絡建模

      根據順序,導入網絡數據Sites->Transmitters->Cells。生成網絡建?;A圖層。

      3.3.4仿真計算

      通過計算區(qū)域和統(tǒng)計區(qū)域設定,完成path loss路徑損耗計算和基礎覆蓋預測運算。

      四、結束語

      總之,目前全球各大運營商都在如火如荼的建設LTE網絡,然而當前城區(qū)無線環(huán)境復雜導致深度覆蓋不足成為他們進行無線網絡建設的重點和難點,因此,小區(qū)LTE網絡覆蓋設計不但是當前無線網絡建設中的重要環(huán)節(jié),也是決定移動通信網絡建設成敗的關鍵。本文重點對小區(qū)無線網絡基站與精細化仿真技術展開了研究,得出了以下結論:1、優(yōu)秀的設計需要扎實的理論為基礎。2、優(yōu)秀的工程需要理論與實際相結合。

      參 ?考 ?文 ?獻

      [1] 廣州杰賽通信規(guī)劃設計院.Small Cell在新一代移動通信網絡中的部署與應用.北京:人民郵電出版社,2019.

      [2] 程敏,劉天立,LTE系統(tǒng)鏈路預算分析.廣東通信技術.2012,1(32).

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