城区LTE 800 MHz天线不同收发模式的应用分析

吴治国, 阳波, 彭纪源

（湖南省邮电规划设计院有限公司, 长沙 410011）

2016年7月，中国电信提出了800 MHz频段重耕战略，通过LTE 800 MHz网络的快速建设实现4G信号全覆盖，同时解决城区深度覆盖，从而具备承载VoLTE能力。原则上LTE 800 MHz基站与现网CDMA基站按照1：1的比例共址部署，但受到技术制式、组网模式、天线挂高等因素的影响，覆盖范围将小于CDMA网络，进而影响用户感知。因此，中国电信通过采用RRU近天线安装、优化工参、多通道信号收发等手段，提升覆盖效果。本文以城区为例，选取不同场景，主要对LTE 800 MHz天线在不同收发模式下的网络效果进行测试和分析，提出差异化的应用建议。

1 LTE 800 MHz天线主要类型

如表1所示，目前LTE 800 MHz天线可选类型较多，根据产品成熟度和市场商用情况，中国电信主要采用2T2R和2T4R两种收发模式的天线，并支持多种高、低频段，可以适用于城市多种场景的部署。

表1 商用主流LTE 800 MHz天线参数

2 城区LTE 800 MHz建设方案

图1 城区不同场景下LTE 800MHz基站建设方案

中国电信明确提出原则上首选与现网CDMA基站1：1共站址、同平台、共天馈建设，最大化降低OPEX。农村区域覆盖范围广，天面资源相对富余，基本采用2T4R的建设模式。城市区域天面资源相对紧张，应尽量控制铁塔租金成本，兼顾考虑网络覆盖效果，因此要通过采用差异化的天线和设备选型方案，实现城市基站不增加天面和铁塔租金目的。

城区主要有如下4种场景的建设方案：

如图1所示，可以看出场景1和场景2均可采用2T4R收发模式，场景3需根据C网和LTE 800 MHz基站主设备情况灵活采用2T2R或2T4R两种收发模式，而场景4仅能采用2T2R收发模式。从方案1～4，天馈系统对安装空间的要求逐步降低，但网络覆盖效果也将随之减弱，是否能够满足需求有待验证。

3 不同收发模式下的LTE 800 MHz网络覆盖分析

3.1 无线链路预算分析

在链路预算模型中（如图2所示），移动台为使用和携带方便，体积较小，电池容量设计有限，发射功率较小，因此链路预算理论计算中均为上行受限。而在 2T2R与2T4R两种收发模式下，其下行均为2天线发射，理论上的下行覆盖路径损耗可认为一致，主要区别在于上行，后者4通道接收，是前者的2倍，因此通过分析LTE 800 MHz上行链路预算的不同即可得到覆盖距离上的区别。

由于无线环境的复杂性，上行信号不仅包含路径直达信号，还包含折射、反射、 绕射形成的多路上行信号，基站上行接收端根据多路信号特点分别对其进行解调。2R和4R模式分别是通过2条和4条上行天线进行接收和解调，在3GPP TS36.104协议中已描述了2T2R天线和2T4R天线上行接收性能的差异，4R模式相对于2R模式由于增加了一倍的独立解调增益，因此可获得3 dB的上行覆盖增益。

图2 无线链路预算模型图

表2 不同场景下LTE 800 MHz上行链路预算

湖南电信800 MHz频率重耕后，LTE 800 MHz可使用5 MHz带宽，网络上行/下行中心频点为829.2 MHz/874.2 MHz。根据上述条件， 在不同场景下，LTE 800 MHz在2T2R或2T4R不同模式下上行业务信道的链路预算结果如表2所示。

通过表2计算结果可以看出，在相同覆盖质量条件下，4R模式较2R模式上行覆盖范围更大，上行多出的独立解调增益在城区有利于深度上的覆盖。

3.2 城区案例实测分析

以某城市市区已开通LTE 800 MHz网络的区域进行测试。该区域内及周边CDMA基站均已完成频率重耕，避免了同频干扰。LTE 800 MHz基站主设备采用华为DBS3900+RRU3653，支持2T2R和2T4R功能。通过测试仪器记录下LTE 800 MHz网络2T2R和2T4R两种不同天线收发模式下、不同覆盖距离下的RSRP、SINR、上下行速率等指标，得出两种收发模式下网络覆盖能力和业务能力。

单小区DT测试：选取某测试基站第2小区，天线挂高24 m，分别配置为2T2R模式和2T4R模式组网，同时闭塞周边其它LTE 800 MHz基站。测试终端按照相同路线，从基站附近向远点进行PBM模式的DT测试，直至测试终端脱网。

两种模式下UL速率测试分布如图3所示。

经统计，基站收发模式由2T2R改为2T4R天线后，覆盖率、RSRP均值、SINR均值、下载均速指标基本相当，但上传均速提升了28.2%，用户上行业务体验感知更加优质，如表3所示。

进一步逐点位对两种模式的上行速率进行对比，结果如图4所示。

可以看出，在覆盖较好的区域，2T4R模式较2T2R模式上行速率改善不明显，但当测试终端距离基站0.9km时，两种模式下测试的上行速率差别越来越明显，在图中绿色区域内统计的2T4R模式较2T2R上行速率提升40%左右。车辆行驶至1.6 km左右测试脱网，脱网距离2T4R模式较2T2R稍远。

图3 2T2R模式与2T4R模式UL速率分布图

表3 2T2R模式与2T4R模式对比验证DT指标统计表

图4 2T2R模式与2T4R模式上行速率与距离对比

表4 近中远点室外CQT测试指标统计表

单小区室外CQT测试：选取某测试基站第3小区的近点（0.3 km）、 中点（0.99 km）、远点（1.6 km）处进行FTP上传CQT测试，分别获取测试终端的RSRP、SINR、PDCP上行速率和UE Tx-power指标。测试结果统计分析如表4所示。

通过对比分析，在近点和中点位置，网络覆盖质量较好，2T4R模式较2T2R模式的上行速率仅仅提升了1%，但测试终端的发射功率下降很明显，分别下降了25%和11%，对终端有明显的节电效果。在远点位置，网络覆盖质量逐步变差，两种模式下测试终端的发射功率接近，而PDCP上行速率差异明显，2T4R模式较2T2R速率提升了44%，对改善用户的上行业务体验有明显效果。

城区典型场景CQT测试：选取商场超市、密集城中村和密集住宅小区等典型场景，分别在2T4R和2T2R模式下进行室内/室外FTP上传CQT测试，获取测试终端的RSRP、SINR、PDCP上行速率和UE Tx-power指标。测试结果统计分析如表5所示。

通过对比分析可以看出，在各典型场景中，2T4R的优势在网络覆盖质量较好时，体现在降低终端发射功率，达到省电的效果；在网络覆盖质量较差时，主要体现在上行速率提升，改善用户的上行业务体验。同时2T4R模式下室内/外综合网络指标明显优于2T2R模式，能获得更好的深度覆盖效果，提升用户的使用感知。

表5 典型场景下室内/外CQT测试指标统计表

4 小结及建议

通过以上的分析，城区采用2T4R模式能得到更好的室内深度覆盖，用户终端因耗电量降低也可以获得更久的使用时长。但是城区实际建设中，建站环境复杂，安装空间、塔桅承重、租赁成本等多个因素制约着天线的选型，基于本文的研究，2T2R模式同时满足以下条件时，在城区同样适用。

（1）天面安装空间不满足要求，或需新增平台导致租赁成本大幅增加。

表6 建筑物常见介质的穿透损耗

（2）站间距基本符合城区标准链路预算，平均控制在0.5～0.7 km左右。

（3）建筑物群以普通小区、民房为主，穿透损耗相对较低，室内深度覆盖相对容易满足。

满足以上条件而采用2T2R模式时，能够获得基本相当的网络覆盖效果，并带来建设成本的大幅降低。