LTE单、双通道室分系统应用分析

2015-12-19黎建波

移动通信 2015年14期

关键词：室分单通道信源

黎建波

（中国电信股份有限公司湖南分公司，湖南长沙 410011）

LTE单、双通道室分系统应用分析

黎建波

（中国电信股份有限公司湖南分公司，湖南长沙 410011）

为解决室内覆盖问题，可通过灵活构建LTE单、双通道室分系统来实现对不同业务区的覆盖。通过介绍LTE室分系统构成，并对LTE室分系统传播模型进行分析，得出LTE单、双通道室分应用场景及优劣势。最后，还提出了LTE单、双通道室分应用建议。

LTE 多输入多输出室分单通道双通道

1 引言

LTE作为4G移动通信的统一标准，具有频谱效率高、峰值速率快、移动性好和网络架构扁平化等多种优势。4G时代因数据而生，据统计，高速数据业务一般发生在室内环境，LTE室内覆盖的好坏将直接影响运营商客户的体验及其品牌形象；另一方面，LTE室内覆盖在建筑物内部可以形成有效的主信号，能够分散热点区域的网络压力，减少室外基站的数量和配置，降低网络干扰，从而提高网络容量，更好地满足用户的需求。

目前，解决室内覆盖最主要的方法是建设室内分布系统，实现对建筑物内部的有效信号覆盖。在LTE时代，室内覆盖则可以通过灵活构建单、双通道室分系统来实现对不同业务区的覆盖。

2 LTE室分系统构成

LTE室分系统主要由LTE信源和分布系统（包含功分器、耦合器、馈线、天线等）两部分构成。与其他制式的室分系统一样，其基本原理是将信源信号通过分布系统均匀地发射到建筑物内的目标覆盖区域，从而实现对建筑物内部的有效信号覆盖。

2.1 信源

LTE室分信源一般采用分布式基站设备（BBU+ RRU）。

（1）高话务场景的室内覆盖可优先考虑BBU+多个RRU实现大容量覆盖。

（2）对于室外宏基站附近有话务需求的楼宇，可将室外宏基站的容量通过RRU引入室内，从而实现室内外共享基带、协同覆盖。

2.2 分布系统

分布系统一般主要由功分器、耦合器、馈线、天线等无源器件构成。

2.3 LTE单通道室分

LTE单通道室分通常采用RRU信源的1个通道+1套天馈系统实现，天馈系统通过室分单极化天线发射和接收，如图1所示：

图1 LTE单通道室分示意图

2.4 LTE双通道室分

LTE双通道室分通常采用RRU信源的2个通道+2套天馈系统实现，2套系统相同点位采用一副室分双极化天线或者两副室分单极化天线实现发射和接收，形成2×2 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）组网，如图2所示。

为保证LTE双通道室分的MIMO性能，两副室分单极化天线的间距应保证不低于4λ（约为0.6m），在有条件的场景尽量采用10λ以上间距（约为1.5m）。

这里提到的MIMO是LTE网络的重要特征，基本思想是在发射端、接收端分别采用多根天线同时进行发射和接收，通过空时处理技术，充分利用空间资源，在无需增加频谱资源和发射功率的条件下，成倍地提升通信系统的容量和可靠性，以提高频谱利用率，从而获得更高的数据速率和更好的传输品质。其技术优势体现如下：

（1）阵列增益：可以提高发射功率和进行波束形成。

（2）系统的分集特性：可以改善信道衰落造成的干扰。

（3）系统的空间复用增益：构造空间正交的信道，从而成倍地增加数据速率。

采用2×2 MIMO的小区速率理论值是SIMO的2倍，实测值为SIMO的1.5至1.8倍，目前仅LTE双通道室分支持MIMO技术。

LTE双通道室分应保证两通道功率平衡，若两路功率差异较大，则会降低系统的上行解调能力，影响系统吞吐率。对于改造一路CDMA室分系统，再新建一路的室分系统，要求双通道的功率差控制在3～5dB。在工程上，通常采用增加衰减器的方法来调整链路功率，使两通道的功率保持平衡。

图2 LTE双通道室分示意图

3 LTE室分系统传播模型

如图3所示，室分信源发射的信号功率经馈线传输损耗，由天线发射出去，再经自由空间传播损耗和阻挡物穿透损耗后，剩余功率为用户终端所接收。

LTE与CDMA系统在上述各个环节的传播损耗差值如下：

（1）信源功率

LTE与CDMA信源功率差值如下：

◆CDMA：单载波功率为20W，其中导频功率按10%计算，则CDMA信源输出功率为33dBm。

◆LTE：单载波功率为20W，其输出总功率为43dBm，假设系统为20MHz带宽、1 200个子载波，则每个子载波的EPRE=43-10lg(1200)=12.2dBm。由于LTE实行双发双收，若采用Power Boosting（功率增强），信道功率加3dBm后，单子载波的EPRE=12.2+3=15.2dBm，即LTE信源输出功率为15.2dBm。

综上，LTE与CDMA信源功率配置差值为-17.8dB。

（2）传播损耗

LTE与CDMA信号传播损耗差值如下：

◆经过馈线的传输损耗差值约为-3.5dB（假定经过的1/2馈线长度为67m，7/8馈线长度为33m）。

◆自由空间的传播损耗差值约为-7dB。

◆穿墙损耗差值约为-3dB。

（3）天线增益差值

LTE与CDMA信号经过天线发射时的增益差值约为2dB。

综上所述，LTE与CDMA信号从信源发射到终端接收链路总差值约为-30dB。按理论估算，当CDMA边缘接收场强为-85dBm时，相同位置LTE边缘接收场强约为-115dBm，RSRP可以满足验收标准，但考虑到LTE小区间的干扰，其RS-SINR不一定达到验收要求，因此在实际实施时，通常采用增加天线密度的方式来强化室内信号，减少室外小区的干扰。

图3 LTE与CDMA室分系统传播模型

4 LTE单、双通道室分应用场景及优劣势分析

4.1 LTE双通道室分应用场景及建设模式

对于战略意义或业务需求很高的重要楼宇，如五星级酒店、医院门诊楼、甲级写字楼、大型MALL、高校等标志性建筑的重点业务区域，建议采用LTE双通道室分覆盖。

（1）新建一路/改造一路天馈，形成LTE双通道室分

对于楼宇已有CDMA室分的，可先对其改造，再新建一路天馈，形成LTE双通道室分，要求原有CDMA室分支持LTE频段。如果原有CDMA室分系统天线密度不足，可酌情增加天线密度。LTE双通道室分相同点位天线间距建议在0.6～1.5m，其天线口功率差最大值应不超过5dB。

（2）直接新建两路天馈，形成LTE双通道室分

对于楼宇未有CDMA室分或者CDMA室分改造困难的，可直接新建两路天馈，形成LTE双通道室分。天线布放应遵循“小功率、多天线”的原则，LTE双通道室分相同点位天线间距建议在0.6～1.5m，相同点位天线口功率差最大值应不超过3dB。

4.2 LTE单通道室分应用场景及建设模式

对于重要性一般的楼宇，如住宅小区、电梯、地下停车场等业务需求较少的区域，可采用LTE单通道室分覆盖。

（1）改造原有CDMA室分，形成LTE单通道室分

对于楼宇已有CDMA室分的，可先对其进行适度改造，优先采用信源合路的方式引入LTE，形成LTE单通道室分，要求原有CDMA室分支持LTE频段。如果原有CDMA室分系统天线密度不足，可适当增加天线密度。

（2）直接新建一路天馈，形成LTE单通道室分

对于楼宇未有C D M A室分或者CDMA室分改造困难的，可直接新建一路天馈，形成LTE单通道室分。天线布放应遵循“小功率、多天线”的原则。

图4 各场景室分下行吞吐量

表1 LTE单、双通道室分定点测试结果

4.3 LTE单、双通道室分测试结果对比

测试站点选取由CDMA室分改造而来的LTE室分站点。该站点为普通市区某酒店，原有CDMA室分已覆盖酒店平层和电梯，其中平层天线布放在走廊公共区域。测试时间选择凌晨3点至4点用户较少的时段，测试时周围LTE室外站关闭。

（1）DT测试

根据室内环境选择合适的测试线路，采用步行的方式对室内边缘区域以及核心区域进行长呼测试，验证室分系统的覆盖效果是否符合指标要求。选择改造前、改造后单通道室分和改造后双通道室分这3种状态分别接入LTE信源进行测试，测试结果如图4所示。

（2）定点测试

根据室内环境，从用户的角度分别选取测试点周围近、中、远3个位置，用测试终端记录上传和下载速率的均值。选择改造后单通道室分和改造后双通道室分这2种状态分别接入LTE信源进行测试，测试结果如表1所示。

近、中、远点信号质量具体如下：

◆近点：RSRP约为-85dBm，SINR为20～25dB。

◆中点：RSRP约为-95dBm，SINR为10～15dB。

◆远点：RSRP为-110～-105dBm，SINR为5～10dB（测试时无干扰，SINR比正常远点位置偏高）。

（3）测试结果分析

通过上述测试结果，可以得到：

◆吞吐量：双通道室分的吞吐量性能比单通道室分提高50%～70%。

◆天线密度：增加单通道室分天线密度可有效提高覆盖区域平均吞吐量20%以上。

◆功率差：双通道室分功率差对MIMO性能影响较大，应控制在3～5dB，对于超过8dB的，吞吐量则与单通道室分基本一样。

表2 LTE单、双通道室分造价及优劣势分析

4.4 LTE单、双通道室分造价及优劣势分析

LTE双通道室分性能相对单通道室分大幅提升的同时，其建设成本远高于单通道室分。此外，在实施难度和建设周期上，两者也存在较大差异。工程实施时，通过对比各种建设方案，分析结果如表2所示。

5 LTE单、双通道室分应用建议

LTE室内覆盖作为室外宏站覆盖的延伸和补充，需室内外统一部署，在优先保障室外覆盖投资并兼顾CDMA网络质量平稳的前提下，根据室内业务发展需求适度建设室分系统，其部署应遵循市场导向的原则，综合考虑网络性能、改造难度、资源情况、造价成本等因素，选择最佳的建设模式。

（1）对于已有室分楼宇，在现有资源基础上适度改造，优先通过信源合路的方式引入LTE单通道室分，实现LTE快速部署；战略意义或地标性建筑，可直接改造成LTE双通道室分。

（2）对于未有室分楼宇，根据业务需求，新建单通道室分；战略意义或地标性建筑，可直接建设LTE双通道室分。

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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