TD-LTE網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)RRU覆蓋范圍分析與建議

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)RRU覆蓋范圍分析與建議

李木榮，彭湘衡

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣州 510623）

主設(shè)備采購是影響建設(shè)工期的重要影響因素之一，因此，如何估算RRU需求量是規(guī)劃階段面臨的重要問題。本文通過建立室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋模型，計算出各場景下不同容量需求的單RRU覆蓋面積，并根據(jù)不同場景提出單RRU覆蓋面積的建議，協(xié)助規(guī)劃階段完成RRU的提前采購，并為后續(xù)的室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)提供有效的參考。

深度覆蓋；室內(nèi)分布系統(tǒng)；RRU；覆蓋面積

據(jù)統(tǒng)計70%以上的業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，良好的室內(nèi)覆蓋能切實吸納室內(nèi)業(yè)務(wù)量、減輕室外站業(yè)務(wù)負(fù)荷，并在確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、保證室內(nèi)用戶體驗等方面發(fā)揮著極其重要的作用。隨著4G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的發(fā)展，以及運營商間的競爭越演越烈，目前中國移動面臨的問題有：一方面，4G網(wǎng)絡(luò)室外頻段高、信號穿透力弱，建筑物內(nèi)部信號覆蓋的需求極其迫切，而通過建設(shè)室內(nèi)站提升室內(nèi)覆蓋是保持深度覆蓋的絕對領(lǐng)先優(yōu)勢的重要手段。另一方面，隨著4G業(yè)務(wù)的大力推廣，部分區(qū)域內(nèi)的室外站已出現(xiàn)擁塞或高負(fù)荷，為提升網(wǎng)絡(luò)容量建設(shè)室內(nèi)站可有效實現(xiàn)業(yè)務(wù)分流減輕室外站的負(fù)荷?？梢?，建設(shè)室內(nèi)站是解決室內(nèi)深度覆蓋和容量需求的重要手段之一。

1 問題分析

室內(nèi)站分為室內(nèi)分布系統(tǒng)（傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)、光分布系統(tǒng)、分布式皮/飛站）和一體化皮/飛站。室內(nèi)分布系統(tǒng)由信源和分布系統(tǒng)兩部分組成，圖1為室內(nèi)分布系統(tǒng)組成示意圖。

圖1 室內(nèi)分布系統(tǒng)組成示意圖

傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、網(wǎng)絡(luò)兼容性強(qiáng)、多系統(tǒng)支持能力強(qiáng)以及造價相對較低等特點，因此，絕大多數(shù)的室內(nèi)站采用傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)。傳統(tǒng)無源室內(nèi)分布系統(tǒng)分為兩個部分。

（1）信源主設(shè)備部分：采用BBU（基帶處理單元）+RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）方式建設(shè)，該方式具有施工方便、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點。

（2）分布系統(tǒng)部分：由無源器件組成，包括合路器、耦合器、功分器、無源天線等。

室內(nèi)分布系統(tǒng)信源和分布系統(tǒng)的建設(shè)，一般情況下從勘察到建設(shè)完成整個建設(shè)周期為1～2個月。為確保室內(nèi)深度覆蓋的競爭優(yōu)勢，盡快向用戶提供4G業(yè)務(wù)，需保證站點建設(shè)的進(jìn)度。但是，建設(shè)進(jìn)度受到各方面影響，設(shè)備采購是極其重要的一個環(huán)節(jié)。一方面，由于企業(yè)管理體系因素，部分設(shè)備需要通過全國集采方式進(jìn)行采購，為確保工程建設(shè)進(jìn)度，需對設(shè)備進(jìn)行提前采購，因此設(shè)備量準(zhǔn)確性也將影響后續(xù)建設(shè)進(jìn)度和覆蓋效果。另一方面，在規(guī)劃階段，面對成千上萬的規(guī)劃站點無法短時間內(nèi)完成方案的設(shè)計，故需根據(jù)站點的初步勘察進(jìn)行設(shè)備量估算。

分布系統(tǒng)中無源器件的需求采購較為靈活對建設(shè)進(jìn)度影響較小，而信源主設(shè)備的采購需要經(jīng)過一系列嚴(yán)格的采購流程，采購周期較長將會嚴(yán)重影響后續(xù)站點的建設(shè)進(jìn)度。信源主設(shè)備中BBU的需求量可根據(jù)BBU的處理能力、載波數(shù)量、RRU的數(shù)量等因素進(jìn)行計算得出。而RRU的量需具體的設(shè)計方案和覆蓋面積進(jìn)行確定，但由于各建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一、復(fù)雜度不一、工程師設(shè)計思路不一，RRU的用量無法做到準(zhǔn)確估算，因此，如何估算RRU的設(shè)備量是規(guī)劃階段面臨的重要問題。接下來介紹一個RRU覆蓋范圍估算方法。

2 RRU覆蓋范圍估算方法

RRU的數(shù)量主要受到建筑物結(jié)構(gòu)、覆蓋面積、輸出功率、天線密度、設(shè)備損耗等因素的影響。為得到RRU的需求量，可通過計算單RRU覆蓋面積得到，具體公式為RRU的需求量=建筑物總覆蓋面積÷單RRU覆蓋面積。

根據(jù)上述思路，為得到單RRU覆蓋面積建立以下室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋數(shù)學(xué)模型（4G單路系統(tǒng)），如圖2所示。整個模型結(jié)構(gòu)由二功分器、7/8饋線、1/2饋線和無源吸頂全向天線組成（本模型不考慮耦合器、合路器和天線的增益），并考慮無源器件按照理想情況下進(jìn)行布放?；跀?shù)學(xué)函數(shù)中冪的概念，通過計算出二公分器的級數(shù)繼而得到天線的數(shù)量，再根據(jù)天線覆蓋半徑計算出覆蓋面積，最后得到單RRU的覆蓋面積。

圖2 室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋模型

2.1 單RRU覆蓋面積AreaRRU

根據(jù)上述覆蓋模型，單RRU覆蓋面積的計算公式：

AreaRRU=2N×π×dantenna×dantenna

N為二功分器的級數(shù)；dantenna為天線的覆蓋半徑，單位m。

2.2 二功分器的級數(shù)N

根據(jù)路徑損耗計算出二功分器的級數(shù)，計算公式：

N=(PowerRRU-Powerantenna-Loss1/2)/(LossPD+ Loss7/8)

PowerRRU為RRU的輸出導(dǎo)頻功率，單位dBm。目前國內(nèi)外廠家TD-LTE制式常用室內(nèi)RRU設(shè)備標(biāo)稱單通道輸出總功率為50 W，對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)頻功率約為16.2 dBm。

Powerantenna為天線口的輸出導(dǎo)頻功率，單位dBm。根據(jù)設(shè)計要求、室內(nèi)傳播情況和實際的覆蓋需求進(jìn)行取值。

Loss1/2為1/2饋線的線損，單位dB。分布系統(tǒng)末端一般采用的是1/2饋線，末端功分器一般靠天線安裝，并通過走饋線功分到另一個天線，2.3 GHz頻段對應(yīng)1/2饋線的線損為12.5 dB/100 m。

LossPD為二功分器的損耗，單位dB。2.3 GHz頻段對應(yīng)二功分器的損耗為3.3 dB。

Loss7/8為7/8饋線的線損，單位dB。分布系統(tǒng)主干一般采用的是7/8饋線，2.3 GHz頻段對應(yīng)7/8饋線的線損為7 dB/100 m。

2.3 天線覆蓋半徑dantenna

根據(jù)室內(nèi)覆蓋傳播模型計算出天線覆蓋半徑，其計算公式：

PathLoss(dB)=PL(d0)+10×n×log(dantenna/ d0)+R×m

PathLoss(dB)為室內(nèi)覆蓋環(huán)境中天線口到天線邊緣的最大允許路徑損耗，單位dB，PathLoss(dB)=天線口功率——邊緣覆蓋場強(qiáng)。

d0為自由空間傳播中距天線1 m的位置，單位m。

PL(d0)為自由空間傳播中距天線1 m處的路徑衰減，單位dB，傳輸頻率為2 340 MHz，典型值為39.8 dB。

n為衰減因子。對不同的無線環(huán)境，衰減因子n的取值有所不同，取值如表1所示。

表1 衰減因子取值

R為附加衰減因子，單位dB。指信號穿過墻體、樓板、玻璃等引起的穿透損耗，參考值如表2所示。

m為信號穿過材料的層數(shù)。

根據(jù)上述分析和公式計算，結(jié)合天線實際布放經(jīng)驗，在不同環(huán)境下TD-LTE系統(tǒng)天線覆蓋半徑dantenna和布放間距建議如表3所示。

3 應(yīng)用建議

RRU的覆蓋面積受到多方面的因素影響，而網(wǎng)絡(luò)容量是影響RRU覆蓋面積的重點因素。在RRU輸出功率額定的情況下，多載波時分配每載波的功率要比單載波時分配的功率要小。因此，小區(qū)的載波增加將減少每載波的發(fā)射功率繼而影響RRU的覆蓋范圍。

表2 不同材料的衰減因子

根據(jù)RRU覆蓋范圍估算方法和思路，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)容量需求和各種天線布放間距的環(huán)境下單RRU覆蓋面積計算結(jié)果如表4所示。

上述的計算結(jié)果均為理論值，在實際設(shè)計過程中應(yīng)考慮建筑物結(jié)構(gòu)、場景特點/用途、人流量、容量擴(kuò)容等因素。對于傳統(tǒng)的無源室內(nèi)分布系統(tǒng)，不同情況RRU功率和覆蓋面積取值建議如下。

（1）考慮設(shè)備穩(wěn)定性、后續(xù)擴(kuò)容能力，建站初期不建議單載波滿功率配置RRU。但對于部分低業(yè)務(wù)區(qū)域（如地下停車場、電梯、樓道等），可在RRU設(shè)備能力范圍內(nèi)通過配置適當(dāng)?shù)腞RU輸出功率加強(qiáng)單RRU的覆蓋能力。

（2）考慮后續(xù)系統(tǒng)容量擴(kuò)容，為方便后續(xù)擴(kuò)容并減少對分布系統(tǒng)的改動需提前規(guī)劃RRU，可根據(jù)需求配置RRU功率，則單RRU覆蓋面積建議為4 000～15 000 m2。

4 總結(jié)

建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決深度覆蓋和業(yè)務(wù)分流的重要手段，為提高網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃效率，落實設(shè)備采購需求，確保站點建設(shè)進(jìn)度，本文通過建立室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋模型，提出一種如何估算RRU需求的方法，并提出不同場景下單RRU覆蓋范圍的建議，為后續(xù)的室內(nèi)覆蓋規(guī)劃和工程建設(shè)提供有效的參考依據(jù)。

表3 不同環(huán)境下天線覆蓋半徑與布放間距

表4 各場景下單RRU覆蓋面積情況

[1]王國治，吳劍平，程楠，王磊. UMTS系統(tǒng)中水面覆蓋優(yōu)化方案[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2011(5).

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Analysis and suggestions of the coverage for indoor RRU in the network of TD-LTE

LI Mu-rong,PENG Xiang-heng
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Guangdong Branch, Guangzhou 510623, China)

The procurement of the main equipment is one of the important factors which can influence the construction period of the indoor distribution system, therefore, how to estimate the demand of RRU is an important problem in the planning stage. It calculates the cover area for each RRU in the different scenarios and capacity demands through building a model of the indoor distribution system, and proposes some suggestions of the cover area of each RRU for the different scenarios, which not only can assist to complete the RRU procurement in the planning stage, but also can provide an effective reference for the following design and construction of the indoor distribution system.

in-depth coverage; indoor distribution system; RRU; cover area

TN929.5

A

1008-5599（2017）02-0037-04

2016-04-29