LTE單、雙通道室分系統(tǒng)應(yīng)用分析

黎建波

（中國(guó)電信股份有限公司湖南分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011）

LTE單、雙通道室分系統(tǒng)應(yīng)用分析

黎建波

（中國(guó)電信股份有限公司湖南分公司，湖南 長(zhǎng)沙 410011）

為解決室內(nèi)覆蓋問(wèn)題，可通過(guò)靈活構(gòu)建LTE單、雙通道室分系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)區(qū)的覆蓋。通過(guò)介紹LTE室分系統(tǒng)構(gòu)成，并對(duì)LTE室分系統(tǒng)傳播模型進(jìn)行分析，得出LTE單、雙通道室分應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)劣勢(shì)。最后，還提出了LTE單、雙通道室分應(yīng)用建議。

LTE 多輸入多輸出 室分 單通道 雙通道

1 引言

LTE作為4G移動(dòng)通信的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，具有頻譜效率高、峰值速率快、移動(dòng)性好和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化等多種優(yōu)勢(shì)。4G時(shí)代因數(shù)據(jù)而生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境，LTE室內(nèi)覆蓋的好壞將直接影響運(yùn)營(yíng)商客戶的體驗(yàn)及其品牌形象；另一方面，LTE室內(nèi)覆蓋在建筑物內(nèi)部可以形成有效的主信號(hào)，能夠分散熱點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)壓力，減少室外基站的數(shù)量和配置，降低網(wǎng)絡(luò)干擾，從而提高網(wǎng)絡(luò)容量，更好地滿足用戶的需求。

目前，解決室內(nèi)覆蓋最主要的方法是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部的有效信號(hào)覆蓋。在LTE時(shí)代，室內(nèi)覆蓋則可以通過(guò)靈活構(gòu)建單、雙通道室分系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)區(qū)的覆蓋。

2 LTE室分系統(tǒng)構(gòu)成

LTE室分系統(tǒng)主要由LTE信源和分布系統(tǒng)（包含功分器、耦合器、饋線、天線等）兩部分構(gòu)成。與其他制式的室分系統(tǒng)一樣，其基本原理是將信源信號(hào)通過(guò)分布系統(tǒng)均勻地發(fā)射到建筑物內(nèi)的目標(biāo)覆蓋區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)部的有效信號(hào)覆蓋。

2.1 信源

LTE室分信源一般采用分布式基站設(shè)備（BBU+ RRU）。

（1）高話務(wù)場(chǎng)景的室內(nèi)覆蓋可優(yōu)先考慮BBU+多個(gè)RRU實(shí)現(xiàn)大容量覆蓋。

（2）對(duì)于室外宏基站附近有話務(wù)需求的樓宇，可將室外宏基站的容量通過(guò)RRU引入室內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外共享基帶、協(xié)同覆蓋。

2.2 分布系統(tǒng)

分布系統(tǒng)一般主要由功分器、耦合器、饋線、天線等無(wú)源器件構(gòu)成。

2.3 LTE單通道室分

LTE單通道室分通常采用RRU信源的1個(gè)通道+1套天饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，天饋系統(tǒng)通過(guò)室分單極化天線發(fā)射和接收，如圖1所示：

圖1 LTE單通道室分示意圖

2.4 LTE雙通道室分

LTE雙通道室分通常采用RRU信源的2個(gè)通道+2套天饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，2套系統(tǒng)相同點(diǎn)位采用一副室分雙極化天線或者兩副室分單極化天線實(shí)現(xiàn)發(fā)射和接收，形成2×2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）組網(wǎng)，如圖2所示。

為保證LTE雙通道室分的MIMO性能，兩副室分單極化天線的間距應(yīng)保證不低于4λ（約為0.6m），在有條件的場(chǎng)景盡量采用10λ以上間距（約為1.5m）。

這里提到的MIMO是LTE網(wǎng)絡(luò)的重要特征，基本思想是在發(fā)射端、接收端分別采用多根天線同時(shí)進(jìn)行發(fā)射和接收，通過(guò)空時(shí)處理技術(shù)，充分利用空間資源，在無(wú)需增加頻譜資源和發(fā)射功率的條件下，成倍地提升通信系統(tǒng)的容量和可靠性，以提高頻譜利用率，從而獲得更高的數(shù)據(jù)速率和更好的傳輸品質(zhì)。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)如下：

（1）陣列增益：可以提高發(fā)射功率和進(jìn)行波束形成。

（2）系統(tǒng)的分集特性：可以改善信道衰落造成的干擾。

（3）系統(tǒng)的空間復(fù)用增益：構(gòu)造空間正交的信道，從而成倍地增加數(shù)據(jù)速率。

采用2×2 MIMO的小區(qū)速率理論值是SIMO的2倍，實(shí)測(cè)值為SIMO的1.5至1.8倍，目前僅LTE雙通道室分支持MIMO技術(shù)。

LTE雙通道室分應(yīng)保證兩通道功率平衡，若兩路功率差異較大，則會(huì)降低系統(tǒng)的上行解調(diào)能力，影響系統(tǒng)吞吐率。對(duì)于改造一路CDMA室分系統(tǒng)，再新建一路的室分系統(tǒng)，要求雙通道的功率差控制在3～5dB。在工程上，通常采用增加衰減器的方法來(lái)調(diào)整鏈路功率，使兩通道的功率保持平衡。

圖2 LTE雙通道室分示意圖

3 LTE室分系統(tǒng)傳播模型

如圖3所示，室分信源發(fā)射的信號(hào)功率經(jīng)饋線傳輸損耗，由天線發(fā)射出去，再經(jīng)自由空間傳播損耗和阻擋物穿透損耗后，剩余功率為用戶終端所接收。

LTE與CDMA系統(tǒng)在上述各個(gè)環(huán)節(jié)的傳播損耗差值如下：

（1）信源功率

LTE與CDMA信源功率差值如下：

◆CDMA：?jiǎn)屋d波功率為20W，其中導(dǎo)頻功率按10%計(jì)算，則CDMA信源輸出功率為33dBm。

◆LTE：?jiǎn)屋d波功率為20W，其輸出總功率為43dBm，假設(shè)系統(tǒng)為20MHz帶寬、1 200個(gè)子載波，則每個(gè)子載波的EPRE=43-10lg(1200)=12.2dBm。由于LTE實(shí)行雙發(fā)雙收，若采用Power Boosting（功率增強(qiáng)），信道功率加3dBm后，單子載波的EPRE=12.2+3=15.2dBm，即LTE信源輸出功率為15.2dBm。

綜上，LTE與CDMA信源功率配置差值為-17.8dB。

（2）傳播損耗

LTE與CDMA信號(hào)傳播損耗差值如下：

◆經(jīng)過(guò)饋線的傳輸損耗差值約為-3.5dB（假定經(jīng)過(guò)的1/2饋線長(zhǎng)度為67m，7/8饋線長(zhǎng)度為33m）。

◆自由空間的傳播損耗差值約為-7dB。

◆穿墻損耗差值約為-3dB。

（3）天線增益差值

LTE與CDMA信號(hào)經(jīng)過(guò)天線發(fā)射時(shí)的增益差值約為2dB。

綜上所述，LTE與CDMA信號(hào)從信源發(fā)射到終端接收鏈路總差值約為-30dB。按理論估算，當(dāng)CDMA邊緣接收?qǐng)鰪?qiáng)為-85dBm時(shí)，相同位置LTE邊緣接收?qǐng)鰪?qiáng)約為-115dBm，RSRP可以滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到LTE小區(qū)間的干擾，其RS-SINR不一定達(dá)到驗(yàn)收要求，因此在實(shí)際實(shí)施時(shí)，通常采用增加天線密度的方式來(lái)強(qiáng)化室內(nèi)信號(hào)，減少室外小區(qū)的干擾。

圖3 LTE與CDMA室分系統(tǒng)傳播模型

4 LTE單、雙通道室分應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)劣勢(shì)分析

4.1 LTE雙通道室分應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)模式

對(duì)于戰(zhàn)略意義或業(yè)務(wù)需求很高的重要樓宇，如五星級(jí)酒店、醫(yī)院門診樓、甲級(jí)寫字樓、大型MALL、高校等標(biāo)志性建筑的重點(diǎn)業(yè)務(wù)區(qū)域，建議采用LTE雙通道室分覆蓋。

（1）新建一路/改造一路天饋，形成LTE雙通道室分

對(duì)于樓宇已有CDMA室分的，可先對(duì)其改造，再新建一路天饋，形成LTE雙通道室分，要求原有CDMA室分支持LTE頻段。如果原有CDMA室分系統(tǒng)天線密度不足，可酌情增加天線密度。LTE雙通道室分相同點(diǎn)位天線間距建議在0.6～1.5m，其天線口功率差最大值應(yīng)不超過(guò)5dB。

（2）直接新建兩路天饋，形成LTE雙通道室分

對(duì)于樓宇未有CDMA室分或者CDMA室分改造困難的，可直接新建兩路天饋，形成LTE雙通道室分。天線布放應(yīng)遵循“小功率、多天線”的原則，LTE雙通道室分相同點(diǎn)位天線間距建議在0.6～1.5m，相同點(diǎn)位天線口功率差最大值應(yīng)不超過(guò)3dB。

4.2 LTE單通道室分應(yīng)用場(chǎng)景及建設(shè)模式

對(duì)于重要性一般的樓宇，如住宅小區(qū)、電梯、地下停車場(chǎng)等業(yè)務(wù)需求較少的區(qū)域，可采用LTE單通道室分覆蓋。

（1）改造原有CDMA室分，形成LTE單通道室分

對(duì)于樓宇已有CDMA室分的，可先對(duì)其進(jìn)行適度改造，優(yōu)先采用信源合路的方式引入LTE，形成LTE單通道室分，要求原有CDMA室分支持LTE頻段。如果原有CDMA室分系統(tǒng)天線密度不足，可適當(dāng)增加天線密度。

（2）直接新建一路天饋，形成LTE單通道室分

對(duì)于樓宇未有C D M A室分或者CDMA室分改造困難的，可直接新建一路天饋，形成LTE單通道室分。天線布放應(yīng)遵循“小功率、多天線”的原則。

圖4 各場(chǎng)景室分下行吞吐量

表1 LTE單、雙通道室分定點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

4.3 LTE單、雙通道室分測(cè)試結(jié)果對(duì)比

測(cè)試站點(diǎn)選取由CDMA室分改造而來(lái)的LTE室分站點(diǎn)。該站點(diǎn)為普通市區(qū)某酒店，原有CDMA室分已覆蓋酒店平層和電梯，其中平層天線布放在走廊公共區(qū)域。測(cè)試時(shí)間選擇凌晨3點(diǎn)至4點(diǎn)用戶較少的時(shí)段，測(cè)試時(shí)周圍LTE室外站關(guān)閉。

（1）DT測(cè)試

根據(jù)室內(nèi)環(huán)境選擇合適的測(cè)試線路，采用步行的方式對(duì)室內(nèi)邊緣區(qū)域以及核心區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)呼測(cè)試，驗(yàn)證室分系統(tǒng)的覆蓋效果是否符合指標(biāo)要求。選擇改造前、改造后單通道室分和改造后雙通道室分這3種狀態(tài)分別接入LTE信源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

（2）定點(diǎn)測(cè)試

根據(jù)室內(nèi)環(huán)境，從用戶的角度分別選取測(cè)試點(diǎn)周圍近、中、遠(yuǎn)3個(gè)位置，用測(cè)試終端記錄上傳和下載速率的均值。選擇改造后單通道室分和改造后雙通道室分這2種狀態(tài)分別接入LTE信源進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

近、中、遠(yuǎn)點(diǎn)信號(hào)質(zhì)量具體如下：

◆近點(diǎn)：RSRP約為-85dBm，SINR為20～25dB。

◆中點(diǎn)：RSRP約為-95dBm，SINR為10～15dB。

◆遠(yuǎn)點(diǎn)：RSRP為-110～-105dBm，SINR為5～10dB（測(cè)試時(shí)無(wú)干擾，SINR比正常遠(yuǎn)點(diǎn)位置偏高）。

（3）測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)上述測(cè)試結(jié)果，可以得到：

◆吞吐量：雙通道室分的吞吐量性能比單通道室分提高50%～70%。

◆天線密度：增加單通道室分天線密度可有效提高覆蓋區(qū)域平均吞吐量20%以上。

◆功率差：雙通道室分功率差對(duì)MIMO性能影響較大，應(yīng)控制在3～5dB，對(duì)于超過(guò)8dB的，吞吐量則與單通道室分基本一樣。

表2 LTE單、雙通道室分造價(jià)及優(yōu)劣勢(shì)分析

4.4 LTE單、雙通道室分造價(jià)及優(yōu)劣勢(shì)分析

LTE雙通道室分性能相對(duì)單通道室分大幅提升的同時(shí)，其建設(shè)成本遠(yuǎn)高于單通道室分。此外，在實(shí)施難度和建設(shè)周期上，兩者也存在較大差異。工程實(shí)施時(shí)，通過(guò)對(duì)比各種建設(shè)方案，分析結(jié)果如表2所示。

5 LTE單、雙通道室分應(yīng)用建議

LTE室內(nèi)覆蓋作為室外宏站覆蓋的延伸和補(bǔ)充，需室內(nèi)外統(tǒng)一部署，在優(yōu)先保障室外覆蓋投資并兼顧C(jī)DMA網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量平穩(wěn)的前提下，根據(jù)室內(nèi)業(yè)務(wù)發(fā)展需求適度建設(shè)室分系統(tǒng)，其部署應(yīng)遵循市場(chǎng)導(dǎo)向的原則，綜合考慮網(wǎng)絡(luò)性能、改造難度、資源情況、造價(jià)成本等因素，選擇最佳的建設(shè)模式。

（1）對(duì)于已有室分樓宇，在現(xiàn)有資源基礎(chǔ)上適度改造，優(yōu)先通過(guò)信源合路的方式引入LTE單通道室分，實(shí)現(xiàn)LTE快速部署；戰(zhàn)略意義或地標(biāo)性建筑，可直接改造成LTE雙通道室分。

（2）對(duì)于未有室分樓宇，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，新建單通道室分；戰(zhàn)略意義或地標(biāo)性建筑，可直接建設(shè)LTE雙通道室分。

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Application Analysis on LTE Single-Channel and Dual-Channel Indoor Distributed Systems

LI Jian-bo
(Hunan Branch of China Telecom Co., Ltd., Changsha 410000, China)

In order to solve indoor coverage, LTE single-channel and dual-channel indoor distributed systems could be fl exibly constructed to realize coverage of different service areas. Both composition and propagation model of LTE indoor distributed system were introduced. Then, their application scenes, advantages and disadvantages were summarized. Finally, the application recommendations of LTE single-channel and dual-channel indoor distributed systems were presented.

LTE multiple-input multiple-output (MIMO) indoor distribution single channel dual channel

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.14.003

TN929.5

A

1006-1010(2015)14-0014-05

黎建波. LTE單、雙通道室分系統(tǒng)應(yīng)用分析[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(14): 14-18.

2015-03-05

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

黎建波：工程師，學(xué)士畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系，MBA畢業(yè)于湖南大學(xué)工商管理學(xué)院，現(xiàn)任職于中國(guó)電信股份有限公司湖南分公司，從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和工程建設(shè)管理工作。