TD-LTE在农村宽带接入的应用研究

孙朝晖 ，黎建波 ，陈宝生

（1.湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙 410126 ；

2.中国电信湖南分公司，湖南长沙 410011）

TD-LTE在农村宽带接入的应用研究

孙朝晖1，黎建波2，陈宝生2

（1.湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南长沙 410126 ；

2.中国电信湖南分公司，湖南长沙 410011）

随着农村居民多媒体需求日趋旺盛，以及国家对农村宽带发展的高度重视，电信运营商采取合适的、经济可行的方案推进农村宽带建设已迫在眉睫。文章对农村宽带接入技术制式进行了对比分析，同时分析了TD-LTE在农村宽带接入中关于覆盖、容量及投资效益等因素，提出了TD-LTE在农村部署时的总结及建议。

农村宽带；TD-LTE；覆盖；容量

1 背景

随着社会主义新农村的建设，农村居民生活条件和生活质量不断改善，农民纯收入和电脑普及率也在同步上升。农村居民对信息的需求已经不局限于简单的电话业务，而更多的是对多媒体的业务需求。一方面，农村居民希望通过上网聊天、游戏，看电影、听音乐等，进一步丰富物质文化生活。另一方面，农村居民希望通过上网进行农产品的销售和采购，查询价格和政策、学习农业种植知识等。互联网已成为农村居民学习实践、与外界沟通的桥梁。

与此同时，我国农村信息化基础设施改善明显，“十一五”时期“村村通电话”已基本实现。“十二五”时期我国将进一步夯实农村基础网络覆盖，重点是加快农村地区宽带网络建设，提高宽带普及率和接入带宽。并通过“家电下乡”给予的相关补贴政策，逐步提高我国农村居民计算机的拥有量，每百户达到30台，提高农业领域的计算机应用水平。

一方面是农村信息化变革需求，另一方面是政府对农村宽带的高度重视，这对电信运营商而言，是市场机遇也是社会责任。因此，如何采取经济可行的方案推进农村宽带的网络建设，是各大电信运营商需重点关注的问题。

2 农村宽带接入技术制式选择

多年来，铜缆+DSL的有线方式是电信运营商进行农村宽带接入的主要技术，但其在农村的应用中也存在以下弊端：

1）农村地区用户分散，单个村落业务量较小，初期部署有线宽带投入太高；

2）农村地域较广，地理条件复杂，山区、丘陵地形较多；有线宽带部署困难、施工周期长；

3）有线方式单线成本较高，铜缆覆盖距离有限，资源利用率低；

4）铜缆在农村偏远地区偷盗情况严重，导致维护压力大、代价高。

基于上述特点，电信运营商在农村宽带接入一般采取有线、无线结合的方式，且无线接入技术正以其较低的建设成本，较高的宽带数据传输速率，正在成为电信运营商解决农村宽带发展的重要选择。

WiFi、3G、LTE均可作为无线宽带接入技术，这三种技术对比见表1。

表1 无线宽带接入技术对比表

从表1可以看出，LTE技术拥有低时延、QoS保障机制、流量分配管理等功能，通过OFDM、MIMO等多种关键技术实现比WiFi、3G系统更快的数据速率、更高的小区容量，能更好地支持高速数据与多媒体业务。LTE技术在农村宽带市场上更具应用潜力。

LTE包括TD-LTE、LTE FDD两种制式，在农村宽带接入应用上，TD-LTE的应用优势主要体现在以下方面：

1）支持非对称业务

上网、文件传输和多媒体业务通常具有上下行不对称特性，TD-LTE可以根据业务类型灵活配置帧的上下行配比。

2）频谱配置灵活性高

TD-LTE系统无需成对的频率，可以方便的配置在LTE FDD系统所不易使用的零散频段上，农村宽带接入可以充分利用闲置频谱资源。

3）终端产业链

LTE FDD终端产业链发展较好，主流品牌厂商都能提供LTE FDD智能终端，用户发展以智能手机为主。LTE FDD更适宜承载基于智能终端的移动互联网业务，实现以城域为基础的覆盖。

TD-LTE目前商用终端主要以数据卡、平板电脑、MiFi和CPE为主。截止2013年7月，TD-LTE已上市终端设备200款，其中手机20款。TD-LTE将更适宜提供固定或移动宽带无线数据接入业务。

综上，下文重点对TD-LTE在服务农村宽带市场的覆盖、容量及投资效益进行分析。

3 TD-LTE服务农村宽带市场的应用分析

3.1 覆盖分析

TD-LTE可以灵活配置时隙比例、传输模式、RB资源和调制编码方式进行组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求。

结合农村宽带接入的特点，通过链路预算来分析TD-LTE系统的覆盖能力，链路预算初始条件的取定如下：

1）工作频段2.6G，系统带宽为20MHz；

2）边缘速率为256Kbps/2Mbps（上行/下行），业务子帧配置2:2；

3）基站天线配置为8通道天线，考虑波束赋形和接收分集；

4）在实际组网中，对于控制信道可以选择其他覆盖范围更远的格式，理论上控制信道不会成为覆盖的受限信道。在满足边缘速率要求的设定下，上下行均为业务信道受限；

5）区域覆盖概率取90%，边缘覆盖率取75%；

6）目标SINR综合各个主流厂家系统仿真的均值；

7）传播模型：Cost231-Hata；

L(dB)=46.3+33.9lgf-13.8lghte-ɑ(hre)+(44.9-6.55lghte)lgd+Cm

其中：α(hre)取值：

各参数定义：为路径损耗；（MHz）为工作频率；（m）为基站天线的有效高度；（m）为移动台天线的有效高度；(km）为基站天线和移动台天线的水平距离；为移动台有效天线修正因子；Cm为大城市中心校正因子。

TD-LTE上行链路预算结果见表2。

表2 TD-LTE上行链路预算表

链路预算 郊区 农村 备注热噪声功率[dBm] -105.35 -105.35 J 10lg（B*C）+H+I接收天线增益[dBi] 18 18 K接收端分集增益 3 3 L插损和馈线损耗[dB] 2.3 2.3 M Target SINR[dB] -6.2 -6.2 N接收机灵敏度[dBm] -130.25 -130.25 O J-K-L+M+N储备及余量快衰落储备[dB] 0 0 P阴影储备[dB] 5.39 5.39 Q 面积覆盖率90%，边缘覆盖率75%穿透损耗[dB] 15 15 R干扰余量[dB] 1.5 1.5 S路径损耗[dB] 131.36 131.36 T G-O-P-Q-R-S基站天线高度[米] 35 40工作频率[MHz] 2600 2600校正因子[dB] -12.28 -22.52覆盖半径（千米） 1.22 2.55站间距 1.83 3.83

TD-LTE下行链路预算结果见表3。

表3 TD-LTE下行链路预算表

链路预算 郊区 农村 备注接收天线增益[dBi] 0 0 L插损和馈线损耗[dB] 0 0 M Target SINR[dB] 4.75 4.75 N接收机灵敏度[dBm] -92.89 -92.89 O储备及余量控制信道开销[dBm] 1 1 P快衰落储备[dB] 0 0 Q人体损耗[dB] 0 0 R阴影储备[dB] 5.39 5.39 S穿透损耗[dB] 15 15 T干扰余量[dB] 3 3 U路径损耗[dB] 131.01 131.01 V H-O-P-Q-R-S-T-U基站天线高度[米] 35 40工作频率[MHz] 2600 2600校正因子[dB] -12.28 -22.52覆盖半径（千米） 1.19 2.5站间距（千米） 1.79 3.75

从保证边缘业务256Kbps/2Mbps（上行/下行）的速率来看，TD-LTE基站在郊区最大覆盖半径为1.19公里，郊区的站间距宜设置为1.5公里左右。TD-LTE基站在农村最大覆盖半径为2.5公里，农村的站间距宜设置为3-3.5公里左右。

3.2 容量分析

TD-LTE采用AMC自适应调制编码等技术，用户速率随无线信道环境的变化而变化，因此容量规划中需考察小区平均吞吐率和小区边缘吞吐量等指标。一般通过系统仿真和实测统计数据相结合的方法，得到小区平均吞吐量及边缘吞吐量。

各厂家系统仿真的结果差异较大，通过简单的算术平均结果如下：

1）2天线情况下，小区平均吞吐量为7.8 Mbps/16.4 Mbps（上行/下行），边缘用户吞吐量为0.2Mbps/0.4Mbps（上行/下行）；

8天线情况下，容量性能有所提升，小区平均吞吐量为11.7 Mbps /21.4 Mbps（上行/下行），边缘用户吞吐量为0.5Mbps/0.7Mbps（上行/下行）。

根据TD产业联盟正式发布的《TD-LTE产业发展白皮书》，其根据规模试验结果，在外场真实的网络环境中测到的小区平均吞吐量如下：

在多小区同时加载的网络环境，采用20MHz带宽的TD-LTE系统和2:2的时隙配置，且20个用户在被测小区内均匀分布，TD-LTE小区的平均吞吐量可达到11 Mbps /25Mbps（上行/下行）以上，小区边缘每用户的吞吐量不低于0.26Mbps/0.44Mbps（上行/下行）。

本文综合各厂家系统仿真及规模试验的实测统计数据，取TD-LTE单小区上下行平均吞吐量为8Mbps/20Mbps。一个S111站型可同时支持的农村宽带用户数估算见表4。

表4 S111站型同时支持的农村宽带用户数估算表

3.3 投资效益分析

TD-LTE在作为农村宽带接入应用时，应因地制宜，充分考虑现有站址配套资源的情况，包括与现有基站共站、与其他公司基站基础设施共享，以及共建基站等形式，以降低建设投资，降低新建站选址和配套等工程建设的难度，确保工程进度。根据厂家询价及相关工程经验，TD-LTE共享基站S111站型造价见表5。

表5 TD-LTE共享基站S111站型造价估算表

考虑单基站同时支持120户无线宽带，按照50%的集中比，单基站支持240户，则单用户工程造价为729元。因此，采用TD-LTE发展农村宽带在投资效益上具备一定优势。如国家加大农村宽带在政策、资金方面的支持和扶持力度，则运营商在农村宽带投入的积极性将进一步提升。

4 总结及建议

TD-LTE技术在覆盖、容量、速率等方面具有宽带接入的特有优势，可以快速提升我国农村无线宽带的覆盖水平和发展水平，加速宽带向农村地区延伸，缩小城乡数字鸿沟，在农村市场具有应用潜力。但农村地区用户分散，宽带业务需求正缓慢增长，建议TD-LTE在农村初期网络部署应注意：

TD-LTE适宜部署在城市远郊和农村富裕地区，有明确的宽带需求，但有线资源匮乏，用户密度相对较低。有线接入网投资大，效益无法保证，而3G、WiFi等技术的速率、容量又无法满足业务需求的区域。

在投资分析中，TD-LTE投资均按照利旧现有基站机房、铁塔、传输等资源计算，如需新建机房、铁塔和传输，建设投资会相应增加。因此，TDLTE基站在农村部署时，应充分利旧现有资源，如需新建，应考虑与其他基站共建共享，原则上不新建独立TD-LTE基站。

[1] 3GPP TS 36.211 v8.4.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)Physical Channels and Modulation[Z].

[2] 3GPP TS 36.212 v8.4.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA)Multiplex-ing and channel coding.[Z].

[3] 中国电信. TD-LTE混合组网工程无线网总体组网策略与方案[Z].

[4] 韩斌，彭木根. TD-LTE链路预算研究[J].数据通信，2011（1）.

[5] 肖清华，汪丁鼎.TD-LTE系统能力分析[J].移动通信， 2011（22）.

Applied research on TD-LTE in broadband access in the rural areas

SUN Zhao-hui1, LI Jian-bo2, CHEN Bao-sheng2
(1. Hunan Posts and Telecommunications Planning and Design Institute Co. Ltd., Changsha,Hunan, China 410126; 2. China Telecom, Hunan Branch, Changsha, Hunan, China 410011）

Along with the rural residents' urgent demand of multimedia and the country’s focus on the development of rural broadband, it is imminent for the telecom operators to take appropriate and economically viable solutions to promote rural broadband construction. This paper analyzes the rural broadband access technology and the factors in the TD-LTE access such as coverage, capacity and investment benefits. The conclusion and suggestions are also put forward.

rural broadband; TD-LTE; coverage; capacity

10.3969/j.issn.2095-7661.2014.02.002】

TN929.5

A

2095-7661(2014)02-0007-06

2014-04-30

孙朝晖（1970-），男，湖南长沙人，湖南省邮电规划设计院有限公司无线专业副总工程师，研究方向：无线网络规划、设计与优化。