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摘要：高速公路LTE通信网络覆盖能力直接关系到用户感知和体验，如何高效的进行高速公路覆盖值得探讨。文章针对高速公路LTE覆盖难的问题，提出了LTE覆盖解决思路，研究了有效的LTE组网方案，对LTE高速公路场景类覆盖规划有一定的指导作用。
关键词：通信网络；LTE；高速公路；组网方案
随着通信技术的不断发展和国内通信网络的快速建设，4G网络正逐步取代3G网络，LTE成为新的主流通信技术。就在人们享受到移动通信速度提升所带来便捷的同时，也对移动通信运营商提供的通信服务质量有了更高的要求。其中，网络覆盖性能是衡量通信网络服务质量水平的重要指标。对于高速公路的场景，周围多为空旷场景，部分路段周围有建筑物，时速100-120Km为主，在城区内里程较少，多为联系城市间道路，用户移动速度快，道路与行人隔离，用户分布在车里，有一定的车体穿透损耗。主要需要解决覆盖问题，部分场景需要兼顾周边城镇、村庄。
1 隧道场景覆盖
1.1 场景特点
隧道是高速公路建设中绕不开的一个问题，也是LTE网络覆盖中必须解决的一个难题。公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高以穿山隧道、过路隧道和湖底隧道为多，其中过路隧道距离较短。
公路隧道有如下特点：a）车体填充效应微弱；b）进入隧道时车速较慢，隧道内的车速在80km/h左右；c）信号主要穿透车窗玻璃进入车内。
1.2 传播模型
对于公路隧道类型，综合考虑建设难度和成本两个方面，选择造价较低的分布式天线覆盖为主。目前隧道中使用的传播模型为：PL=K*d+L0，其中Lo与天线的安装方式有关，d为距离（km）。一般情况下，隧道成直线的情况，则L0=75dB，K在25以下：而隧道弯曲的情况下，由于反射次数增加，K值也增加，一般取值为30以上，对于弯曲度达到60度以上时，k取40。根据经验测试结果，汽车隧道阴影衰落标准差为6dB。所以，一般情况可取隧道内的传播模型为PL=75+35（d）（km）。
1.3 链路预算
传播模型有了，我们就可以对传输链路做相应的计算。我们以1.8GHz频段为例，基站采用2T2R的RRU，功率配置2*20W，带宽20M，上下行边缘速率要求256K/4M，天线增益1OdBi，基站高度5m。链路预算的结果如下：对于2T2R、2*20W的情况：在一定假设条件下，覆盖半径大约为1.4km。
1.4 覆盖规划
对于公路隧道场景，考虑到公路隧道一般较为宽敞且隧道高度较高，另外考虑成本因素，通常采用天线直接对隧道进行覆盖，覆盖设计方案如图1所示。
对于一些比较长的隧道，或者隧道比较弯曲的情况，可以考虑增加信源，用多个RRU进行隧道覆盖，或者通过泄露电缆进行覆盖。
2 宏站场景覆盖规划
2.1 传播模型
假定使用1.8G频段（上行1755～1775MHz，下行1850～1870MHz），采用Cost231-Hata（Huawei）Highway的传播模型如下：
MAPL=463+33.9lg（f'）-1382≠[g（Hb）+[44.9-655lg{Hb）]≠lg（D）-[1.1≠lg（f）-0.7]≠Hue+[1.56≠lg（f'）-0.8]-15
其中，MAPL：—定覆盖距离情况下的最大允许路径损耗；f：使用的频率；Hb：基站的有效高度；D：覆盖距离；Hue：终端高度；穿透损耗设置。
高速公路的用户主要分布在各类型的汽车里，信号主要穿透车窗玻璃进入车内，考虑比较恶劣的情况，建议穿透损耗按照15dB情况进行计算。
2.2 链路预算
链路预算考虑基站采用2T4R的RRU，功率配置2*40W，带宽20M，上下行边缘速率要求256K/4M，天线增益18dBi，基站高度20m。对于2T4R、2*40W的情况：在一定假设条件下，覆盖半径大约为2km。
3 容量规划
容量规划需要从话务及容量两个方面进行建模规划，高速公路场景话务模型和容量模型参考现网数据，并结合高速公路场景的特点进行规划分析。其业务模型以及话务模型分别如表1、表2所示。
3.1 话务模型
不同网络的话务模型千差万别。LTE的话务模型研究还处于起步阶段，可以通过3G现网数据业务的统计进行一定的推算。我们采用和高速公路场景相似度较高的郊区话务模型进行匹配计算。对于高速公路场景采用郊区的话务模型进行计算如下：
业务模型主要表征业务的特点，主要考虑以下因素。
（1）Typical Bear Rate（kbps）：该业务的典型承载速率；
（2）E-RAB Session Time（s）：会话时长，一次会话持续的时间；
（3）E-RAB Session Duty Ratio：会话激活因子，在一次会话中，有数据传输占的比例；
（4）BLER：误块率，会话过程中，保障业务质量所需的误码率；
（5）Throughput Per Session（kbit）=Typical Bear Rate（kbps）*E-RAB Session Time（s）*E-RAB Session Duty Ratio/（l-BLER）。
3.2 容量需求
容量规划方面，我们依旧采用郊区和农村的数据用作高速公路场景容量规划分析。考虑单小区存在200个用户的情况，根据假定的话务模型预测结果，可以得到单小区的容量需求为：
上行容量需求=5.6*200=1120Kbps
下行容量需求=18.3*200=3660Kbps
在郊区和农村场景下，LTE每载波可提供的平均吞吐量如表3所示：
由表3可以看出，20M带宽的LTE载波足够满足高速公路小区的容量需求。另外，考虑极端场景，在高速公路堵车的情况下，假设单小区存在1300个用户。
假设如下条件：
（1）手机的拥有率为100%
（2）中国电信用户占有率为35%
每覆盖区忙时按最多人数460计算，则460个用户容量需求如下：
忙时上行容量需求=5.6*1300*100%*35%=2576Kbps
忙时下行容量需求=18.3*1300*100%*35%=8418Kbps
20M带宽的LTE载波依旧能满足忙时上行/下行容量需求。因此，对于LTE高速公路覆盖场景，一个20M的LTE载波能够满足网络容量的需求。
4 TA/TAL规划的要求
对于高速公路场景，不需要单独规划TA/TAL，可以与周边小区一起规划，TAL的边界不要放在话务量很高的地方（比方说人口密集的区域），保证TAU信令开销频繁的位置位于话务量较低的区域内，比方说农村或者山区场景。
5 设备选型
5.1 基站设备选型
高速公路宏站场景可选设备形态较多，可根据设备安装条件灵活选择。对于具备机房和铁塔安装条件的推荐使用BBU+RRU分布式基站；对于RRU无法上塔安装的可选用一体式宏站+馈线的安装方式；对于无机房条件的站点可选用室外型机柜安装设备。
5.2 天线选型
天线选择跟具体覆盖场景密切相关，一般情况按照以下原则进行：宏站场景一般选择高增益天线进行覆盖。隧道场景，在覆盖可以满足要求条件下，可采用低增益的定向天线进行覆盖。
5.3 特性应用
高速公路覆盖场景不需要配高速/超高速小区，对于1.8GHz，普通小区即可满足要求，因此不需要进行特殊算法的配置。
6 总结
总之，提高移动通信网络对高速公路的覆盖水平有利于改善用户感知，满足用户通信服务质量要求，得到用户群的认可、从而提高运营商形象。本文针对高速场景的特点，提出了一种LTE高速公路覆盖组网方案，经性能测试表明，本高速公路LTE覆盖组网方案实施后各重要指标可满足通信要求，具有较高的可行性。
参考文献：
[1]韩冰.大唐移动TD-LTE高速公路覆盖方案[J].通信世界，2012（33）：35-35.
[2]钟如鹏.LTE800M高速公路覆盖方案[J].信息通信，2017（1）.
论文作者:伍文辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/26
标签：隧道论文; 高速公路论文; 场景论文; 模型论文; 话务论文; 容量论文; 天线论文; 《基层建设》2017年6期论文;