基于700,M,超远覆盖技术的湖面网络覆盖方案研究
［戴俊 樊正茂 赵婧 吴正华 陈志翔 许平 宫晓强 刘荣］
某湖泊位于某省北部，湖体分属该省3 个地市，湖泊地位位于我国前列。湖面面积高水位时超4 000 km2，湖体东西平均宽16.9 km，最宽74 km。由于湖面广、纵深宽，传统基站覆盖距离有限、湖面建站难等实际情况，距离湖岸较远距离时候，基本上属于脱网状态，因此做好超大范围湖面的网络覆盖是个目前亟需解决的难题。
随着该湖泊旅游业和水产养殖业的快速发展，以及5G 赋能经济社会转型发展的责任，5G 网络规划建设时，必须考虑该湖泊5G 覆盖需求，为后续5G 应用打下基础。5G 700 MHz 具有低频优势，穿透损耗小、覆盖能力强，是广域覆盖的首选，极为适合无建筑阻碍的湖面覆盖。但传统700 MHz 基站有效覆盖范围一般在6 km 左右，本次通过合理设置基站站高，及开启前导码Preamble 格式、波束场景化等增强覆盖特性，可实现18 km 以上超远有效覆盖。
超远覆盖的电波传播方式主要为视距传播，其有效的覆盖范围与多种因素有关，如超远覆盖的小区采用的天线挂高、天馈的选型、传播距离、工作频段、上下行链路损耗（如馈线损耗、人体损耗）、终端和基站接收灵敏度、天线的发射功率、子帧时隙配比、新技术，同时还与无线传播环境（如地理位置、基站分布情况）等有关，通过采用灵活多变的超远覆盖增强技术，提高系统可容忍的最大路径损耗，以增加有效的覆盖距离。
2.1 频率选择
为满足超远覆盖需求，结合低频特性优势，优先采用5G 700 M 频段进行覆盖。
2.2 天馈选择
在超远覆盖中，基站有效覆盖范围大，采用空间分集可以增强基站接收效果，同时采用大增益窄波束天线。考虑到覆盖范围及干扰控制等因素，湖面超远覆盖建议选择水平波瓣宽度65 度17 dBi 的天线，极限超远覆盖可选择水平波瓣宽度35 度17 dBi 以上的天线。同时，湖面覆盖基站一般都为大功率超高站点，为了减少对周边大网站点的干扰，可选择前后抑制比高的天线。建议前后抑制比大于30 dB。天线相关参数如表1 所示。
表1 天线相关参数
2.3 覆盖增强技术
在湖面超远覆盖中，基站支持超远覆盖与Preamble格式有密切联系，同时为进一步提升用户体验及持续提升网络性能可采用波束场景化、超级上行、干扰隔离、切片资源保障等技术。
（1）增强覆盖特性-PRACH 信道格式对系统覆盖的限制
根据3GPP 协议的规定，为保证终端接入同步，终端在随机接入系统过程中，基站需要检测终端在随机接入系统过程中发送过来的前导Preamble，而Preamble 格式的选择直接影响了系统的有效覆盖距离，PRACH 信道中不同Preamble 格式所导致系统理论覆盖范围有较大差别。针对FDD 系统，Preamble 格式类型共有4 种，分别为Preamble Format 0，Preamble Format 1，Preamble Format 2，Preamble Format 3，其中支持覆盖半径分为14 km、77 km、29 km、107 km。通过优化RACH使能700 M NR超远接入，FDD 优先选择Preamble Format 1。
（2）增强覆盖特性-FDD 下行窄波束优化
湖面场景相对而言较为复杂，对于特定的场景需要制定特定的覆盖方案。此时应用到波束优化技术手段，通过将传统的65°宽波束优化分为2 个窄波束，增益可提升2～3 dB。在考虑增强覆盖的同时，也需要注意干扰控制，主要分为湖面覆盖组网小区间干扰和覆盖站点与公网站点间干扰。湖面覆盖组网小区间干扰可通过合理规划小区方位角来避免越区覆盖，或者小区间下行采用PRB 随机化规避小区间干扰，错开交叠处RB 起始位置；
覆盖站点与公网站点间干扰，可通过尽量避免与陆地公网交叠覆盖，或者CoMP 组网抵抗上下行干扰。
3.1 站址选址即设备选型
在湖面附近选择一个合适站点，该站点挂高40 m，主设备选择700 M 设备，最大输出功率4*60 w，带宽为2*30 M；
机械下倾角3°，电子下倾角0°，前导格式为Preamble Format 1。
3.2 覆盖效果
通过开通700 M NR 超远覆盖特性，终端在持续占用700 M 小区情况下，最大拉远距离为20.5 km。接收信号的RSRP 电平值最大值为-83 dBm，接收信号的RSRP 电平值大于-95 dBm 占比17.44%；
信噪比最大值约21 dB，信噪比大于0 dB占比37.8%；
下载速率最大值约112 Mbit/s，下载速率大于10 Mbit/s 占比89.1%。
在距离基站12 km 左右覆盖范围处，下行速率有保障及接入稳定；
在距离基站18 km 左右覆盖范围处，下行速率相对有保障及接入相对较稳定；
在距离基站20 km 覆盖范围处，已处于掉话极限范围内。相关测试数据如图1、图2 和表2 所示。
表2 测试数据
图1 测试图
图2 MAC 层下行速率、SS-RSRP、SS-SINR 测试图
依据实测数据，通过超远覆盖技术可以实现近湖18 km 内的湖面有效覆盖，为后续湖面5G 应用打下坚实的基础；
后续拟采用700 M 超远覆盖技术应用于候鸟栖息保护区，实时监控候鸟最新动向，借助5G 技术为候鸟和湿地资源保驾护航。本数据仅为700 M 单频测试结果，后续可通过CA（FDD 与TDD）进行研究测试，为湖面覆盖提供更多应用需求解决方案。