CN107708131A - 一种lte通信进行海域网络覆盖的方法 - Google Patents

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赵腾飞
陈科宇
丁宁
刘毅
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Abstract

本发明公开了一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法，海域覆盖电波传输损耗的CPL模型包括近海海域、中海海域以及远海海域。近海海域覆盖范围小于15KM，属用户活动密集区域；中海海域覆盖范围为15KM～30KM，远海海域覆盖范围大于30KM，需考虑地球自身曲率带来的电波扩散的影响。包括：(1)快速部署，远近分层，对不同海域部署不同的天线挂高以及设置相应的设备功率；(2)异频组网：采用800M和1800M多层次部署，减小干扰；(3)优化切换参数，保障用户通信连续；(4)通过调整基站天馈方位角和下倾角实现精确覆盖。

Description

一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法
技术领域
本发明涉及第四代移动通信系统LTE技术，尤其涉及一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法以及优化方法。
背景技术
随着当前科学技术发展，海洋资源开发能力不断提升，更多的业务会在近海及海洋的经济圈进行，如资源勘测、石油开采、渔业等。许多沿海城市和区域将海洋覆盖作为提升口碑和质量的重要手段，海面覆盖随着对海洋的开发、发展也引起很多人的重视。陆地网络覆盖仅仅提供对陆地上的人口进行重点覆盖，海岸线以外的人员得不到良好的业务保障，然而海上覆盖的主要来源是来自陆地的覆盖。移动通信网络的海域覆盖技术的急需得到发展及应用。
对于1X网络海域优化，海域覆盖优化技术经验丰富；对于LTE网络的海域优化，目前需要不断的尝试，技术手段尚未成熟。所以，当前海域LTE网络优化是十分重要的。同时，对于一些基站稀疏、覆盖广阔的区域也与海域覆盖场景类似，海域覆盖的经验和操作方案也可以进行借鉴和移植。LTE系统引入了OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)和MIMO(Multi-Input&Multi-Output，多输入多输出)等关键技术，显著增加了频谱效率和数据传输速率(20M带宽2X2MIMO在64QAM情况下，理论下行最大传输速率为201Mbps，除去信令开销后大概为150Mbps，但根据实际组网以及终端能力限制，一般认为下行峰值速率为100Mbps，上行为50Mbps)，并支持多种带宽分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G频段和一些新增频段，因而频谱分配更加灵活，系统容量和覆盖也显著提升。LTE系统网络架构更加扁平化简单化，减少了网络节点和系统复杂度，从而减小了系统时延，也降低了网络部署和维护成本。
发明内容
本发明旨在解决人类日益频繁的海洋开采活动带来的迫切通信需求。本发明根据不同的海域覆盖需求场景，建立了相应的OPL(海域覆盖电磁传播损耗，Ocean Path Loss)传播损耗模型，可以有效地解决不同海域相应规划参数的合理设置问题，包括天线挂高、发射功率、接收台高度等，同时结合中国电信现有频段资源，针对不同覆盖特点合理规划频段使用。
本发明公开了一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法，包括如下步骤：
步骤1，将海域网络划分为远海区域、中海区域和近海岸密集区域；
步骤2，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别进行频率规划和参数设置；
步骤3，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别建立OPL传播模型。应用OPL传播模型可根据不同的覆盖区域要求与场景特点，通过调整模型参数，进行针对性站点建设与参数设置，从而形成建站合理、覆盖良好的海域无线基站布局。
步骤1包括：
将距离海岸线30Km以上的区域划分为远海区域，远海区域包括远海航道和深海捕捞区域；
将距离海岸线15KM～30KM区域划分为中海区域，中海区域包括海运航道、风力发电场与捕捞区域；
将距离海岸线15KM以内的区域划分为近海岸密集区域，近海岸密集区域包括码头、养殖区和出港航道。
步骤2包括：
步骤2-1，频率规划：对于远海区域，采用异频进行远海覆盖，将语音业务与数据业务用不同的频点进行承载，所述不同的频点包括800M频点和1800M频点，其中800M频点用于语音业务，1800M频点用于数据业务；对于中海区域，与近海岸密集区域采用同一频点；
步骤2-2，参数设置：对于远海区域的基站，将其发射功率提高6dBm，天线高度设置在40米以上，并采用两个以上RRU(Radio Remote Unit，射频拉远单元)覆盖相同区域，不同的RRU天线以相同一个方向覆盖，不同RRU之间采用同PN(伪随机码PN，Pseudo-Noise Code)技术；
对于中海区域，选择岸边高地建立基站或新建铁塔，选择普通功率RRU作为信源，同时采用零点填充技术的天线进行覆盖，天线高度设置在40米；
对于近海岸密集区域，在近海岸建立基站或者新建铁塔，选择普通功率RRU作为信源，同时采用中等增益的天线进行覆盖，天线高度设置在40米以下，并对近海岸密集区域的小区进行同PN小区合并。
步骤2-2所述参数设置还包括：优化切换参数，小区切换时，通信终端从使用频率(used frequency)向非使用频率(non-used frequency)切换，当终端对使用频率的质量估计低于门限A时且非使用门限高于门限B时，终端所在频率会切换到非使用门限上。为保证用户在不同海域之间有良好的业务体验，门限电平需根据实际情况合理设置，使得用户终端完成平滑切换；切换门限以参考信号接收功率(Reference Signal Receiving Power，RSRP)为测量指标，通常门限A设置为-75dbm，门限B设置为-70dbm。
步骤2-2所述参数设置还包括：调整基站天馈方位角和下倾角：根据覆盖目标与基站的相对位置，调整天馈方位角保证无线信号准确覆盖目标；远海区域天线下倾角设置范围不大于5度，中海区域和近海岸密集区域采用较大下倾角，范围为6度到12度。
步骤3包括：近海岸密集区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-1表示近海岸密集区域下的电波传播损耗，aOPL-1是在近海岸密集区域下的修正因子，L0为自由空间传播损耗，Ht-1为近海岸密集区域基站天线高度，Hr为移动台高度，λ为波长，Lboat为船体穿透损耗；
中海区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-2为中海区域下的电波传播损耗，aOPL-2为在中海区域下的修正因子，Ht-2为中海区域基站天线高度，由于地球是球形的，电磁波的直线传播会受到凸起地形的阻挡，考虑到地形影响，电磁波直线传播的最远距离叫视线距离d0。中海区域视线距离
其中R0表示地球半径，Ht-2为中海区域基站天线高度。
远海区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-3为远海区域下的电波传播损耗，aOPL-3为在远海区域下的修正因子，Ht-3为远海区域基站天线高度，远海区域视线距离
其中R0表示地球半径，Ht-3为远海区域基站天线高度。
本发明的实施可有效解决对不同范围的海域提供一种有效的特定覆盖手段，而且可有效降低不同海域之间的切换失败率。如果在网络规划设计时能够合理选择相应天线挂高以及对应下倾角，控制基站的重复覆盖区域，设置切换参数，经实际测试证明，本发明可实现以下覆盖指标：
覆盖边缘场强：可使近海区域RSRP均值达到-107dBm，远海区域RSRP均值达到-101dBm；近海区域SINR均值达到7.6dB，远海区域SINR均值达到7.9dB；中远海90％的区域达到-95dBm；覆盖区域内超过95％的位置可接入网络；
有益效果：本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提出了针对距离海岸线不同覆盖距离需求对应的电波传播损耗模型，可根据覆盖距离的不同，设置对应合理的发射、接收参数以及修正因子，有效指导海域覆盖场景下的站点规划。
(2)本发明结合了海域覆盖的半径需求，结合运营商现有频段资源，提出了800M和1800M频段多层次组网，远海区域用低频，近海区域用高频，满足覆盖距离同时减小干扰。
(3)本发明通过调整基站天馈方位角与下倾角，对不同海域部署不同天线挂高与设备功率，实现对海域区域的精确覆盖。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法，包括如下步骤：步骤1，将海域网络划分为远海区域、中海区域和近海岸密集区域；
步骤2，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别进行频率规划和参数设置；
步骤3，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别建立OPL传播模型。
步骤1具体包括：将距离海岸线30Km以上的区域划分为远海区域，远海区域包括远海航道和深海捕捞区域；
将距离海岸线15KM～30KM区域划分为中海区域，中海区域包括海运航道、风力发电场与捕捞区域；
将距离海岸线15KM以内的区域划分为近海岸密集区域，近海岸密集区域包括码头、养殖区和出港航道。
步骤2包括：(1)远海区域：
频率规划：远海区域主要解决的是覆盖距离的问题，为避免干扰，采用异频进行远海覆盖。另外将语音业务与数据业务用不同的频点进行承载，避免因1X数据业务接入导致反向链路底噪抬升，影响深海覆盖语音业务。
覆盖增强综合技术：综合采用大功率功放、塔放等技术来满足远海覆盖要求。其中，超大功率功放是将基站发射功率提高6dBm，覆盖距离提高一倍；采用多个RRU(RadioRemote Unit，射频拉远单元)覆盖相同区域，不同的RRU天线以相同一个方向覆盖，不同RRU之间采用“同PN(伪随机码PN，Pseudo-Noise Code)”技术，可大大提高前向覆盖距离；减小天线到基站间的馈线损耗、增加链路预算，改进无线移动系统的反向性能进而提高通话质量。
(2)中海区域：
频率规划：与近海其他区域的覆盖采用同一频点以保持中海区域的连续覆盖。
站址选择：中海区域话务量较小，主要解决覆盖问题，可选择靠近岸边高地或新建铁塔进行覆盖，为保证较广的覆盖区域，天线高度在40米左右。
信源及天馈选择：选择普通功率RRU作为信源，同时采用零点填充技术的天线进行覆盖。
(3)近海岸密集区域：
频率规划：考虑到密集区域用户在海上与岸上之间流动性很大，覆盖近海岸的站与近海水域的站使用同频组网。
站址选择：话务密集区域一般地势比较平坦，可在近海岸选择合适建筑建站或者新建铁塔，综合覆盖目标和容量需求，天线挂高在40米以下，容量特别密集时可进一步降低高度。
信源及天馈选择：选择普通功率RRU作为信源，同时采用中等增益的天线进行覆盖。
小区划分：对用户密集区域进行同PN小区合并，避免在高流量区域形成切换。
步骤3包括：
海面无线电传播模型的建立：由于基站的无线信号在海面传播时会产生多个反射波后但通常只有一条反射波被移动台接收，由此建立针对海域覆盖的OPL传播模型：
LOPL——路径损耗
Ht——基站天线高度(KM)
Hr——移动台天线高度(KM)
λ——波长(m)
d——距离(km)
L0——自由空间传播损耗
Lboat——船体穿透损耗
Learth——绕射损耗
a——修正系数
LTE网络近海海域：距离海岸线15KM以内的区域，主要覆盖目标为码头、出港航道以及养殖区等，近海海域基站天线高度Ht-1＝30m，移动台高度Hr＝2m，由于覆盖距离相对较近，可将海面视为平面，不考虑地球曲率的影响。近海海域中电波传播损耗LOPL-1计算模型如下：
aOPL-1是在近海海域场景下的修正因子；
LTE网络中海海域：距离海岸线15KM～30KM区域，主要覆盖目标为海运航道、风力发电场与捕捞区域。中海海域基站天线高度Ht-2＝50m，移动台高度Hr＝2m
视线距离也不考虑地球曲率的影响。中海区域中电波传播损耗LOPL-2计算模型如下：
aOPL-2是在中海海域场景下的修正因子；
LTE网络远海海域：距离海岸线30Km以上的区域，主要覆盖目标为远海航道、深海捕捞区域等。远海海域基站天线高度Ht-3＝100m，移动台高度Hr＝2m，视线距离出现需求覆盖距离大于视线距离的情况，考虑远海传播时电波在大气中出现的扩散作用从而对地球半径进行系数修正：因此远海海域模型适用区域为30KM～47KM，其电波传播损耗LOPL-3计算模型如下：
aOPL-3是在远海海域场景下的修正因子。
实施例
本发明涉及一种LTE通信进行海域网络覆盖的电波传播损耗OPL模型，包括三类海域场景：
(1)远海区域：距离海岸线30Km以上的区域，主要覆盖目标为远海航道、深海捕捞区域等；
远海区域场景下，电波传播损耗LOPL计算模型如下：
aOPL-3是在远海海域场景下的修正因子
(2)中海区域：距离海岸线15KM～30KM区域，主要覆盖目标为海运航道、风力发电场与捕捞区域。
中海区域场景下，电波传播损耗LOPL计算模型如下：
aOPL-2是在中海海域场景下的修正因子
(3)近海区域：距离海岸线15KM以内的区域，主要覆盖目标为码头、出港航道以及养殖区等，近海海域基站天线高度Ht-1＝30m，移动台高度Hr＝2m，由于覆盖距离相对较近，可将海面视为平面，不考虑地球曲率的影响。
在上述模型的基础上，链路预算参数如下：
实际测试中测得的掉话、接入、上下行相应速率对应的测试点位置如下：
实际测试表明，采用本发明，覆盖边缘场强：可使近海区域RSRP均值达到
-107dBm，远海区域RSRP均值达到-101dBm；近海区域SINR均值达到7.6dB，远海区域SINR均值达到7.9dB；中远海90％的区域达到-95dBm；覆盖区域内超过95％的位置可接入网络。
本发明提供了一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种LTE通信进行海域网络覆盖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将海域网络划分为远海区域、中海区域和近海岸密集区域；
步骤2，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别进行频率规划和参数设置；
步骤3，对远海区域、中海区域和近海岸密集区域分别建立OPL传播模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1包括：
将距离海岸线30Km以上的区域划分为远海区域；
将距离海岸线15KM～30KM区域划分为中海区域；
将距离海岸线15KM以内的区域划分为近海岸密集区域。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2-1，频率规划：对于远海区域，采用异频进行远海覆盖，将语音业务与数据业务用不同的频点进行承载，所述不同的频点包括800M频点和1800M频点，其中800M频点用于语音业务，1800M频点用于数据业务；对于中海区域，与近海岸密集区域采用同一频点；
步骤2-2，参数设置：对于远海区域的基站，将其发射功率提高6dBm，天线高度设置在40米以上，并采用两个以上RRU覆盖相同区域，不同的RRU天线以相同一个方向覆盖，不同RRU之间采用同PN技术；
对于中海区域，选择岸边高地建立基站或新建铁塔，选择普通功率RRU作为信源，同时采用零点填充技术的天线进行覆盖，天线高度设置在40米；
对于近海岸密集区域，在近海岸建立基站或者新建铁塔，选择普通功率RRU作为信源，同时采用中等增益的天线进行覆盖，天线高度设置在40米以下，并对近海岸密集区域的小区进行同PN小区合并。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2-2所述参数设置还包括：
优化切换参数：小区切换时，通信终端从使用频率向非使用频率切换，当终端对使用频率的质量估计低于门限A时且非使用门限高于门限B时，终端所在频率会切换到非使用门限上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2-2所述参数设置还包括：调整基站天馈方位角和下倾角：根据覆盖目标与基站的相对位置，调整天馈方位角保证无线信号准确覆盖目标；远海区域天线下倾角设置范围不大于5度，中海区域和近海岸密集区域采用较大下倾角，范围为6度到12度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3包括：近海岸密集区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-1表示近海岸密集区域下的电波传播损耗，aOPL-1是在近海岸密集区域下的修正因子，L0为自由空间传播损耗，Ht-1为近海岸密集区域基站天线高度，Hr为移动台高度，λ为波长，Lboat为船体穿透损耗；
中海区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-2为中海区域下的电波传播损耗，aOPL-2为在中海区域下的修正因子，Ht-2为中海区域基站天线高度，电磁波直线传播的最远距离叫视线距离，中海区域的视线距离
其中R0表示地球半径，Ht-2为中海区域基站天线高度；
远海区域OPL传播模型如下：
其中，LOPL-3为远海区域下的电波传播损耗，aOPL-3为在远海区域下的修正因子，Ht-3为远海区域基站天线高度，远海区域视线距离
其中，Ht-3为远海区域基站天线高度。
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