蓝俊锋，牛冲丽，余国辉



近海TD-LTE网络覆盖优化方法与应用

蓝俊锋，牛冲丽，余国辉

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

海域数据通信需求随着沿海渔业、海上旅游业发展变得日益迫切。对近海覆盖的业务特点、覆盖规划难点、覆盖优化技术与方法以及实际应用场景进行分析研究，提出综合采用TD-LTE系统特殊参数配置、优化海面无线传播链路预算、优化海面覆盖基站站址规划以及覆盖增强等技术。提出的优化方法在上川岛和下川岛进行了实际应用。仿真结果和实测数据表明，TD-LTE网络覆盖优化方法的实施，明显提高了网络覆盖率和通信服务质量。

近海无线覆盖；TD-LTE；链路预算；覆盖增强

1 引言

随着国家经济的发展及TD-LTE网络建设的不断扩大深入，沿海渔业、海上旅游业也迅速壮大，海域数据通信需求日益增多。海面存在轮渡、旅游、水上比赛项目、海面搜救、渔政、海巡、缉私等无线数据通信的需求。本文对近海覆盖的业务特点、覆盖规划难点、覆盖优化技术与方法以及实际应用进行分析研究。

海面覆盖场景包括近海区域和远海区域[1]。近海区域是指距离海岸30 km以内的海面区域，平行于海岸线的近海覆盖是最常见的一种覆盖场景。近海区域的用户以渔民和货轮工作人员为主，其次为海上作业人员（从事海上集装箱货运、近海海水养殖等）以及客轮旅客。远海区域主要是指距离海岸30 km以外、80 km以内的海面区域，垂直于海岸线的远海广域覆盖是另外一种常见的海面覆盖场景。远海区域内的用户群以海中正在作业的渔民和国际航运旅客为主，另外还包括远海海域内一些岛屿上的居民。

近海覆盖特点是地形简单、区域辽阔平坦、无线传播环境较好；业务特点是人口分布分散、用户密度低、ARPU值较低、基站周围话务量无明显变化、热点地区不明显、对网络系统容量要求不高、信号传播以视距为主。

2 近海TD-LTE网络覆盖规划难点

近海网络的有效覆盖范围取决于多种因素[2]，如基站发射功率、终端发射功率、综合路径损耗（包括空间传播损耗、天线增益、馈线损耗、衰落余量）、基站接收灵敏度、终端接收灵敏度等，同时与无线传播环境（如地理环境、基站布局）有着密切的关系。近海网络覆盖规划的难点在于以下几点。

（1）海上信道特征复杂不稳定

导致海面LTE信号的覆盖质量性能指标比较难保证。多径效应、“乒乓”效应等会导致已经覆盖的区域SINR值变差，下行、上行速率不稳定。海面无线信号传输会出现慢衰落等现象，信号稳定性也会降低。另外，还有地球曲率和海浪、船只遮挡等问题的影响。综合来说是电波在传播过程中所产生的反射效应、大气中水蒸气和氧气对电波的损耗及船只的电波消耗。这些问题在进行链路预算时都必须考虑。

（2）海岸线地貌、岛屿与航线的因素

海岸线的地形对基站的布局有较大影响，同时海岸线地形是随着时间不断发生变化的。由于船只是近海领域中运行的主体，航道线路对于基站的布局也起着至关重要的作用，航线距离过远，基站覆盖难度较大。岛屿是除海岸之外布局基站最多的地方，岛屿的位置给基站的布局造成很大的限制。以上均为近海水域无线网络规划的特殊性体现。

3 近海TD-LTE网络覆盖规划优化技术与方法

对于近海TD-LTE网络规划覆盖的难点，相对应的具体解决措施有：TD-LTE系统特殊参数配置；海面无线传播信道模型分析及链路预算；海面覆盖的基站站址规划；频段、天线选择及覆盖增强技术的使用。

3.1 TD-LTE系统特殊参数配置

（1）循环前缀配置

TD-LTE系统为消除多径时延，在每个OFDM符号之前加入循环前缀（CP）。CP长度大于无线信道的最大时延扩展，即可消除多径带来的符号间干扰（ISI）。CP的类型、特点见表1。

（2）保护间隔配置

由TD-LTE无线帧结构可知[3]，DwPTS、保护间隔（GP）和UpPTS 3个特殊时隙构成一个TD-LTE特殊子帧，三者总长度保持1 ms不变。TD-LTE系统是依靠时间上的间隔完成双工转换的，GP即为规避干扰而预留的保护间隔，GP的大小与系统覆盖距离有关，GP越大覆盖距离也越大，同时DwPTS越小，系统容量下降。

表1 CP的类型、特点

由于GP=2×传输时延+转换时延，故最大覆盖距离=传输时延×c=（GP-转换时延）×c/2。其中，c为光速，转换时延为UE从下行接收到上行发送的转换时间，其典型值是10~40 μs，此处假定为20 μs。不同的特殊子帧配置对应不同的TD-LTE覆盖距离，具体见表2。

（3）随机接入突发信号格式

在TS26.211[4]中定义了5种随机接入突发信号格式。物理层随机接入突发信号由3部分组成：CP、前导序列和GT保护时间。由于接入时隙需要克服上行链路的传播时延以及用户上行链路带来的干扰，因此需要在时隙设计需预留足够的保护时间（GT）。GT长度决定了能够支持的接入半径，因为预留的GT需要支持传输距离为小区半径的两倍，以保证小区边缘的用户获得下行同步后，能够有足够多的时间提前发送。随机接入前导信号格式和覆盖距离的对应关系见表3。

3.2 海面无线传播信道分析及链路预算

无线电波在海面传播时，收发端在可视距离以内，接收端接收到的信号包括直达波和经海面反射的反射波。在计算海面电波传播损耗的时候应该分别考虑直射路径和反射路径的信号损耗（PL1），同时也不能忽略大气吸收损耗（PL2）这一因素，最后需要加上电波穿透船体的损耗（PL3）。

根据参考文献[5]可得到自由空间的传播损耗PL0为：

其中，是载波的工作频率，是收发天线之间的距离。根据参考文献[6]可得到PL1、PL2：

借鉴大连进行的海上移动通信实验[7]，根据测试数据可得：

综上可知近海领域通信的路径损耗的总计算式为：