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1 前言
3G网络建设已进入实质性阶段，针对各种不同区域的3G无线网络覆盖解决方案已成为业界关注的问题。我国具有世界上最庞大、最完善的2G网络，这使得人们对3G网络的质量和性能产生了更高的期待和依赖，人们期望在不久的将来能够实现无论何时何地都可以快捷、方便地与任何人通信。这样运营商就必须从城市向农村，甚至向边远地区不断地拓展其业务范围。我国疆域非常广阔，很大一部分地区是地广人稀的低话务区域，要建设一张优秀的3G网络，这些地区的网络建设是非常重要的一环。另外，在网络建设初期，以较低成本来实现更广范围的覆盖也是非常重要的，初期用户基数小，短时间难以实现盈利，运营商非常重视成本的控制，特别是对于新兴移动运营商来说，由于没有2G网络的依托，他们将更加关心如何能够以最低成本解决低话务地区的3G网络覆盖问题。
2 经济灵活的低话务地区覆盖解决方案
在2G时代，我们对市区传播模型、郊区传播模型和开阔地传播模型的研究较为充分，而对广覆盖，如海面、草原、戈壁以及沙漠等特殊的无线传播环境研究较少。随着海洋经济、草原旅游业、沙漠绿化等产业迅速地发展，对移动通信的需求量日渐增加。针对以上低话务地区的网络覆盖，我们探讨出一系列经济灵活的低话务地区覆盖解决方案。
2.1城市郊区和乡镇覆盖
在城市的郊区和乡镇等地区，与密集城区和一般城区相比，话务量低一些，
这些地区的无线传播环境介于城区与农村之间，有的地方可能接近城区，有些地方接近农村。接近城区的地方，在站址确定、站型选择和天线选型时必须统一考虑覆盖和干扰；接近农村的一些地方，覆盖成为主要考虑因素。对于郊区和乡镇的建筑物，绝大部分不会考虑专门的室内覆盖解决方案，因此在规划中需要考虑一定的穿透损耗余量。
图1 TD-SCDMA宏基站＋射频拉远方案
由于在此区域的中心地带，运营商一般是有机房和传输资源的；在此区域的周边地带则机房资源严重不足，根本无法保证普通基站的安装条件。针对这种情况，TD-SCDMA宏基站＋射频拉远方案可以很好地解决此类地区的覆盖，如图1所示。这种解决方案充分考虑了郊区乡镇低话务地区的实际情况，降低了建设成本和运维成本。一方面实现了良好的广域覆盖，另一方面实现了低成本快速建网，优势非常明显。
2.2各类隧道覆盖
隧道主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等，无论是何种隧道，都存在长短不一的状况。短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几千米，因此必须根据隧道覆盖区域的话务量大小及现有网络设备情况来选择宏基站、微基站和射频拉远RRU等。
长度较短的隧道可以采用单根天线进行覆盖，这是一种简单经济的方案。在实际工程中，可以根据隧道口的安装条件及隧道长度来选择合适增益的天线对隧道进行覆盖。在安装条件许可时，可以选择高增益天线。另外，当单根天线不足以覆盖整个隧道时，可以采用从隧道两头各用一个天线同时朝隧道内覆盖的方式。一般来说，隧道内部覆盖与隧道外部的覆盖可以一起考虑，用同一小区对隧道内外同时进行覆盖。
对于中等长度的隧道，一种解决方案是根据隧道的长度，在隧道中安装不同数量的双向天线与放大器。
对于比较长的隧道，在传输过程中，信号的损耗比较大，这时传输到发射天线的信号就很弱了，很难保证覆盖。对此可以采用光纤直放站远端串联的方式作为长隧道的覆盖，其优点在于：远端每次对信号进行一次放大，可以尽可能地减少信号的损耗。
泄漏电缆是隧道覆盖的另一种方案。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波，外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。泄漏电缆的传输损耗大，仅适用于覆盖要求高而均匀的场景。由于线性损耗对馈线首末端的信号强度影响很大，而耦合损耗导致在电缆信号泄漏区域有良好的覆盖，但在超过50m的区域中几乎没有覆盖。
目前，由于弯道多、环境封闭，隧道的无缝覆盖主要通过信号源+分布式天线系统来实现，根据信号源的不同，有以下覆盖方式。
（1）解决方案一：光纤直放站＋分布式天线
光纤直放站＋分布式天线解决方案如图2所示。
图2 光纤直放站＋分布式天线解决方案示意
（2）解决方案二：无线直放站+泄漏电缆
无线直放站+泄漏电缆解决方案如图3所示。
图3 无线直放站+泄漏电缆解决方案
（3）解决方案三：无线直放站＋反向背射天线
无线直放站＋反向背射天线解决方案如图4所示。
图4 无线直放站＋反向背射天线解决方案示意
2.3省道、国道和高速公路等线状场景的覆盖
高速公路和交通干线属于典型的低话务量地区，一般将这种无线信号覆盖区域呈线状、带状或哑铃状的狭长覆盖场景统称为线状覆盖场景。它们具有鲜明的网络特征：网络覆盖范围和容量需求不大、覆盖区成连续带状、用户移动速度快、地形复杂多变、机房和配套设施解决困难，因此该场景首要解决的是连续覆盖问题。
根据上述定义，我们把线状覆盖场景特征归纳如下。
（1）信道环境较为特殊
终端移动速度一般在80~220km的范围内将出现一定程度的多普勒频移现象，需要基站支持动态频移补偿技术。
（2）用户业务使用习惯多样
要求支持CS12.2kbit/s的语音业务和CS64 kbit/s的数据业务连续覆盖，部分区域发达沿线需要考虑升级支持PS 384 kbit/s流媒体下载。
（3）容量一般不是无线网络规划受限的因素
在该场景下，语音业务密度＜2Erl/km2，以12.2kbit/s语音业务为例（按照0.02Erl计算），考虑多频点特性，在单扇区三载波配置下可以提供71个信道，等效为3 550个用户，完全可以满足容量需求。另外，由于汽车、列车快速驶入小区而带来的话务量短期内骤变，需要依情况考虑适当的容量预留。
（4）重点考虑连续覆盖的广度和深度
尽量采用各种覆盖增强技术扩大覆盖距离，如使用直放站进行区域性信号增强、采用高增益窄波瓣天线、选用大功放等。
根据以上特征，可以得出以下解决方案。
（1）解决方案一：采用宏基站+射频拉远
适用于交通沿线具有光纤资源而不具备机房且地形较平坦、笔直。由于RRU支持室外环境抱杆、挂塔等多种安装方式，可降低每个站点对机房配套建设要求，实现快速建站，大幅节省建设成本和运维成本。
（2）解决方案二：采用微蜂窝基站+射频直放站
适用于交通沿线只有个别地点具有光纤传输资源。对于传输资源无法解决的地方，可通过射频直放站实现空中无线信号接力放大，延伸覆盖区域。直放站成本低，安装简便，组网灵活，对线形覆盖区域具有高效低成本的天然优势，十分适合纵深覆盖。
（3）解决方案三：采用射频拉远模块串联
适合在一般省际SDH骨干网沿路而建，可以提供丰富的光纤传输资源。充足的裸光纤资源为光纤拉远模块串型组网链接提供了得天独厚的便利条件。解决方案三如图5所示。
（4）解决方案四：宏基站+高增益天线
对于单纯交通干线沿途，如果采用两扇区的S1/1配置，两副天线背靠背沿交通干线两个方向覆盖，天线前后比指标无法保证两个扇区背向交界的区域得到良好的覆盖，同时频繁的小区间切换将导致掉话率升高。因此可通过小区合并的方式降低切换概率，如采用功分方式，一个基站扇区为两副背靠背天线提供信号输入，这样两副天线同属一个小区，因此相邻小区频繁切换概率降低了50%。解决方案四如图6所示。
图5 解决方案三示意
图6 解决方案六示意
2.4草原、海面、沙漠等超远覆盖
草原、沙漠、近海海面等覆盖区域也是典型的低话务地区，这些区域一般地势平坦，人烟稀少，无线电波在海平面、沙漠等环境传播时，传播路径主要是通过空气传播的直达波和经过海面或地面的反射波。由于传播损耗很小，信号可以传播到很远的地方。此时，地球不能再看作平面，而应把它看作球面，即地球曲率对信号传播产生的影响。另外，处于传播路径上的岛屿、沙丘等也会对信号传播产生阴影效应。在链路预算时，可采用农村开阔地模型，并在此基础上减小约3dB进行计算。对于无线网络的建设一般也要求通过少量的设备实现长距甚至超长距的覆盖，容量方面的要求相对较小。
在超高频和甚高频频段无线电波的地对地传播模型中，地球影响的大小是依赖于路径的长短。在视距路径上，地球的主要影响在于引起反射波，从而在接收机内部对直射电波产生消极或积极的干扰。对于超视距的路径，由于电波的衍射及散射的存在，信号传播可能会超过视距。
在视距的情况下，随着距离的增加，信号强度的衰减比在非视距的情况下慢，而根据TD-SCDMA基站灵敏度、站侧的天线增益、天馈线损耗、人体损耗、正态衰落余量就可以得到最大允许的空间损耗。如果传播信号在视距范围内的损耗小于最大允许的空间损耗，那么信号将进入非视距范围继续传播，但站点的覆盖半径主要取决于视距范围大小。
无线视距与发射台高度、移动台高度的关系式如下：
其中，Hb为天线挂高（m），Hm为移动台高度（m），d为站点覆盖半径（km）。
由于非视距范围一般都在数千米以内，对于海面、平原等超远覆盖来讲，该站点的覆盖半径基本上等于该站址的视距。由于基站和移动台高度通常远小于传播距离，反射波的入射角和反射角很小，且相等。
图7 海上传播路径示意
在海平面、沙漠、沙漠等区域进行站址规划时，关键在于根据目标覆盖区来选择合适高度的站点和天线类型，同时由于TD-SCDMA系统的定向智能天线增益可达15dBi，通过调整发射和接收增益，实现超长距覆盖，海面传播路径如图7所示。相关的实际测试结果表明：
·如果要求覆盖半径在30km左右，通常选择在比较平坦的地方建塔，塔高一般在50m左右；
·如果要求覆盖半径在45～70km，通常选择比较高的山丘、沿海边山顶的地方建塔，塔高在100～200m；
·如果覆盖半径在70km，通常塔高选择在200m以上；
·海面及沙漠覆盖一般要求天线具有比较宽的水平波瓣宽度，而对天线的垂直波瓣宽度则要求较窄，这样能保证良好的水平覆盖面，并提供足够的增益满足远覆盖距离的要求。
由于TD-SCDMA系统的特殊性，在基站系统设置上可通过多次尝试发送上行导频信号，且每次发送提前量按一定步长步进，直到基站可以检测到上行导频信号为止，从而实现TD-SCDMA广覆盖。
3 结束语
TD-SCDMA网络建设已经全面展开，由于传统2G网络的完善覆盖和可靠性，使得用户对3G网络有着更高的期待，怎样低成本以及高质量地实现低话务量地区的覆盖是运营商十分关心的问题。作为业界领先的无线覆盖方案提供商，武汉虹信通信技术有限责任公司运用独具特色产品和技术，提供经济灵活的低话务地区覆盖解决方案，可完全满足运营商在网络建设上的广覆盖、低成本、快速建网要求，为TD-SCDMA网络的顺利商用作出自己应有的贡献。
