《小区LTE无线网络基站与精细化仿真技术研究》-工学论文，通信论文-论文范文参考-科学狗论文网

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小区LTE无线网络基站与精细化仿真技术研究

范文

古庆利

【摘要】 ? ?LTE无线网络的蓬勃发展，基站的建设已经达到了百万个的数量级，但是随着城镇化率的不断提高，城市建设也是日新月异，无线环境的复杂性达到了前所未有的地步。网络规划设计对精细化仿真的依赖程度越来越高。为了适应城区微基站的超密组网，精细化仿真技术不但要考虑无线信号通过不同建筑物的多径传播，还要考虑MIMO、AMC等关键技术，结合各类微基站的功率、天线类型、天线挂高等参数，使仿真结果更接近实际网络的性能，从而指导网络规划和建设。从而助力5G推广，促进我国的移动通信产业健康发展。鉴于此，本文主要围绕小区LTE无线网络基站、精细化仿真技术做出了研究，以供参考。

【关键词】 ? ?小区LTE无线网络 ? ?基站 ? ?精细化仿真

一、工程概况

西安大雁塔广场&不夜城位于雁塔西影路南，北臨西影路，南接雁南三路，东起慈恩东路，西至慈恩西路;大雁塔与大唐不夜城南北相连，大雁塔广场占地252余亩，建筑面积约11万m2;大唐不夜城占地967亩，建筑面积约65万m2。大雁塔为西安地标建筑，日均接待游客万余人，节假日旅游高峰期间每天接待游客近10万余人。自2019年6月6日，工信部在该区域不断接到游客对于网络覆盖的投诉，市政府结合大唐不夜城景区对通信网络的高标准要求，要求联通主动规划，致力打造西安小区LTE网络覆盖示范景区标杆项目。由于景区客流量大，人流密集，周围基站数量饱和，现网基站无法满足如此大规模的通信要求，基于此，需要主动对接大雁塔&不夜城景区管理公司规划整个景区综合解决方案。

二、基站的分类、设计与应用场景

2.1基站分类

伴随着移动互联网的快速发展，无线网络架构从传统蜂窝型网络相分层网络演进，这时的网络建设需要更多不同类型的基站和解决方案。在国内，目前运营商参考3GPP的相关定义，主要以我们所熟悉的基站发射功率标准来划分。其中，主要设备按照覆盖能力和发射功率，基站分为宏、微、皮、飞4种，基站类型，其中后3种通常称为小基站。但是主设备厂家在进行小基站定义时，往往结合产品尺寸和发射功率等因素综合分类，如华为EasyMacro、中兴iMacro、诺基亚FWHX等设备，通常称为小基站。按照基站设备的名称、单载波的发射功率及覆盖能力等参数进行分类。各厂家对宏基站、微基站的支持均比较好，在LTE二期工程已经有较为完善的产品线，但皮基站所有厂家均在三期工程中推出相应产品。由于设备分类标准中飞基站定义为发射功率100mW以下的产品，现阶段各厂家产品发射功率最低位125mW，因此各厂家均未支持此类产品。

2.2基站设计

2.2.1站址设计

经过前面问题分析可知，西安大雁塔广场&不夜城是一个综合性很强的项目，景区核心区域基站负荷高，重点是部分区域存在弱覆盖，引起用户投诉较多。

通过现场无线环境勘测，现场方案制定如下：新增LTE基站主要是监控杆微站、楼面微站覆盖常规业务，兼顾拓展物联网、智慧景区、视频监控、充电桩及信息化广告牌等新业务，同时充分利用景区内监控杆、建筑物、社会管道等社会资源实现多专业相融合，建设方式由单站建设向“点、线、面的综合覆盖”的综合解决方案。

2.2.2天线选址

针对西安大雁塔广场&不夜城覆盖需求，本次规划涉及LTE微站4处，其中利用方柱形美化天线1处，仿生树1处，利用广告牌1处、利用监控杆1处。这4个新增微基站均是RRU拉远，进行近距离覆盖，满足用户需求的同时，防止越区覆盖。针对西安大雁塔广场&不夜城覆盖需求，本次规划涉及LTE微站4处，所有新建基站RRU均采用华为R8200室外型设备，发射功率5W，尺寸423x395x112mm。

2.2.3天馈设计

1.站址选择

小区LTE网络覆盖主要是为了解决城市小区深度覆盖不足的问题，因此，需要室外天线尽量靠近覆盖目标，但是考虑到定向天线的覆盖夹角的限制，天线也不能距离目标楼宇过近，以避免主波瓣覆盖范围过小的问题。建议室外定向天线到目标楼宇的距离在20-100m;实际设计中应根据覆盖需求合理选择天线的不妨位置，并根据传播模型、链路预算估算天线覆盖效果。如一面天线无法满足整体的覆盖需求，那么就需要多面天线分别覆盖不同楼宇，必要时结合室内覆盖情况进行室内天线点位布放，实现全覆盖。

2.天线选型

天线选型时LTE无线通信系统中的至关重要的一环，天线的设计直接影响到LTE网络的覆盖效果。为了将室外天线的覆盖区域控制在所需要的区域内，以免对周边基站造成干扰，天线的高度和覆盖距离要综合考虑增益、水平波瓣、垂直波瓣、下倾角、安装方式等多个因素。除了一体化隐蔽天线外，还可以采用普通板状天线加隐蔽外罩的办法进行美化。在实际应用中，还可以因地制宜的选择其他新型天线，如用于超高基站的大倾角天线，或者根据场景要求美化的变色龙空调天线、广告牌及灯箱天线等。

2.3基站应用场景

在LTE移动通信中，为了应对各种复杂的场景，不同的基站设备分别应用于不同场景，宏基站主要用于较远距离覆盖，微基站和皮基站重点进行小区覆盖，而室内覆盖主要是通过皮基站和飞基站来解决。实际在目前小区覆盖中，重点应用微基站和皮基站，各种基站应用场景示例图如图1所示。

2.3.1宏基站

宏基站是LTE网络建设初期的主要建设方式，宏基站主要负责4G室外广域覆盖。它采用分布式架构，宏基站分别有2通道宏基站和8通道宏基站两种类型

2.3.2皮基站

皮基站设备主要应用于大型商场、写字楼等室内分布不易施工建设的场景，而皮基站通过光缆连接设备和天线，无需布放馈线，很大程度上降低了建设难度。皮基站设备一般可分为分布式或一体化皮两种。

2.4天线产品参数

2.4.1天线的方向性

天线发射出的电磁波在各个方向上并不相同，有大有小，甚至还有0点，称为方向性;发射功率最大的方向也是接收效果最好的方向，叫做“互易性”。大多情况下，天线方向图是在远场区确定的，所以又叫做远场方向图。辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位和极化。因此，天线方向图又分为场强方向图、功率方向图、相位方向图和极化方向图。常用的是场强和功率方向图，相位和极化方向图在特殊应用中采用。

2.4.2天线增益

天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是选择基站天线最重要的参数之一。一般来说，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。天线增益对移动通信系统的运行质量极为重要，因为它决定蜂窝边缘的信号电平。增加增益就可以在一确定方向上增大网络的覆盖范围，或者在确定范围内增大增益余量。

三、精细化仿真技术的应用

3.1总体流程

精細化仿真的总体流程如图2所示。

3.2常规规划仿真软件

常规的规划仿真软件主要应用于室内外站点仿真，结合3D射线跟踪模型和高精度的建筑物矢量地图，进行反射、衍射路径的构造，结合室内外线性传播损耗，来预测室内外信号的分布情况。

常规规划仿真软件有Atoll、Asset、Huawei、Zte等。

3.3仿真规划软件的应用

3.3.1地图导入

仿真软件的路径损耗计算是基于数字化的电子地图和传播模型的，而且站点的经纬度要能够和地图的坐标系匹配才能正常显示。

主要内容有：加载海拔高度地图（heights）、地物分类地图（clutter）和矢量地图（vector）。加载建筑物地图：建筑物高度地图（building）和建筑物矢量地图（buildVector）。

3.3.2配置网络参数

配置天线、发射机、馈线等设备参数，及帧结构、时隙等网络参数。

3.3.3网络建模

根据顺序，导入网络数据Sites->Transmitters->Cells。生成网络建模基础图层。

3.3.4仿真计算

通过计算区域和统计区域设定，完成path loss路径损耗计算和基础覆盖预测运算。

四、结束语

总之，目前全球各大运营商都在如火如荼的建设LTE网络，然而当前城区无线环境复杂导致深度覆盖不足成为他们进行无线网络建设的重点和难点，因此，小区LTE网络覆盖设计不但是当前无线网络建设中的重要环节，也是决定移动通信网络建设成败的关键。本文重点对小区无线网络基站与精细化仿真技术展开了研究，得出了以下结论：1、优秀的设计需要扎实的理论为基础。2、优秀的工程需要理论与实际相结合。

参 ?考 ?文 ?献

[1] 广州杰赛通信规划设计院.Small Cell在新一代移动通信网络中的部署与应用.北京：人民邮电出版社，2019.

[2] 程敏，刘天立，LTE系统链路预算分析.广东通信技术.2012，1（32）.

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