IMP：TD_LTE室內(nèi)分布設(shè)計(jì)改造分析

1、【摘 要】文章首先對(duì)TD-LTE未來(lái)的頻譜規(guī)劃、不同室內(nèi)場(chǎng)景下單天線的覆蓋能力、系統(tǒng)間的干擾進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有多系統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)分纜或合纜類型的不同,分別提出了單通道和多通道模式改造的方案及策略,對(duì)于今后TD-LTE室內(nèi)系統(tǒng)的改造有一定的指導(dǎo)意義?！娟P(guān)鍵詞】TD-LTE 室內(nèi)分布系統(tǒng) MIMO 單通道 多通道收稿日期:2011-01-13TD-LTE室內(nèi)分布設(shè)計(jì)改造分析肖清華 朱東照 華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司1 前言TD-LTE 1網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于能夠更好地支持高速數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務(wù),而國(guó)內(nèi)外3G業(yè)務(wù)的發(fā)展規(guī)律表明,視頻電話、流媒體等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)70%都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中。作為解

2、決室內(nèi)覆蓋的主要方式,TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)勢(shì)必成為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重心。此前,筆者曾就如何建設(shè)TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)給出了新建和改造的建議2,內(nèi)容涉及小、中、大型TD-SCDMA室內(nèi)分布的建設(shè)。但由于TD-LTE引入了MIMO(Multiple Input Multiple Output,多入多出技術(shù),它一方面能夠有效提高系統(tǒng)容量和小區(qū)吞吐量,另一方面又將提高工程實(shí)施的難度,使得TD-LTE的室內(nèi)分布建設(shè)要比TD-SCDMA難得多。在現(xiàn)有多系統(tǒng)合建的室內(nèi)分布系統(tǒng)中,如何進(jìn)一步將TD-LTE集成,也日益成為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的焦點(diǎn)。2 頻率規(guī)劃由于T D -L T E 尚未商用,工信

3、部并未分配正式的頻段。結(jié)合3GPP TS36.1043以及在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試狀況,可初步得出TD-LTE未來(lái)的工作頻段,主要包括C頻段(2320MHz2370MHz和D頻段(2575MHz2615MHz,如圖1所示:圖1 TD-LTE工作頻段頻道號(hào)分別是:F DL =F DL_low +0.1(N DL -N Offs-DL F UL =F UL_low +0.1(N UL -N Offs-UL 在浙江寧波TD-LTE試驗(yàn)網(wǎng)中,采用C頻段的20MHz載波帶寬,2320MHz2340MHz的單個(gè)頻點(diǎn)F0用于室內(nèi),2340MHz2370MHz共30MHz用于室外。其中2340MHz2360MHz的

4、單個(gè)頻點(diǎn)F1用于廣覆蓋,并同頻 組網(wǎng),如圖2所示:圖2 寧波試驗(yàn)網(wǎng)的同頻組網(wǎng)策略而上海世博會(huì)則統(tǒng)一考慮室外工作在D頻段,室內(nèi)工作在C頻段。由于2300MHz2400MHz為TD-SCDMA的E頻段,且規(guī)劃為室內(nèi)使用,考慮到今后室內(nèi)分布合建及改造的便利性與經(jīng)濟(jì)性,可能會(huì)更趨向于C頻段用于室內(nèi),而D頻段用于室外,如表1所示:表1 TD-LTE頻率規(guī)劃頻段載波帶寬應(yīng)用場(chǎng)景C頻段2320MHz2370MHz 20MHz 室內(nèi)D頻段2575MHz2615MHz20MHz室外3 傳播模型及干擾對(duì)于室內(nèi)傳播模型,目前業(yè)界比較推崇I T U -R.P.1238模型。該模型把室內(nèi)場(chǎng)景分為視距(LOS和非視距(N

5、LOS兩種,所用公式分別為:PL LOS =20lg f +20lg d -28dB+X (1PL NLOS =20lg f +N *lg d +L F(n -28dB+X (2其中,f 為頻率,單位為MHz;d 為終端與發(fā)射機(jī)之間的距離,單位為m,d >1m;N 為距離損耗系數(shù);L F(n 為環(huán)境損耗附加值;X 為慢衰落余量,取值與覆蓋概率要求和室內(nèi)慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差有關(guān)。由此可知,只要確定了各種典型場(chǎng)景下的L F(n 、N 、X 、發(fā)射天線增益G t 、發(fā)射天線入口電平P t 、最小接收電平P r 等參數(shù),即可得出典型場(chǎng)景下的覆蓋能力,如表2所示:需要說(shuō)明的是,TD-LTE與其它系統(tǒng)不同,

6、其覆蓋能力與業(yè)務(wù)的RB配置、小區(qū)承載用戶數(shù)、頻率復(fù)用系數(shù)、發(fā)射功率、GP配置和PRACH配置等相關(guān)。為表述方便,本文統(tǒng)一以功率進(jìn)行核算。在實(shí)際的多系統(tǒng)室內(nèi)分布建設(shè)時(shí),應(yīng)該盡量保證“同心圓”覆蓋,即各系統(tǒng)單天線下的覆蓋范圍盡量相近。但由于頻段的差異性,TD-LTE與其它系統(tǒng)還是存在一定差距,如表3所示。這體現(xiàn)在系統(tǒng)集成時(shí),TD-LTE 需要更多地依靠后端合路的方式。 除此之外,在系統(tǒng)合路時(shí),還需要考慮系統(tǒng)間存在的干擾,包括雜散、阻塞及互調(diào)。這方面的具體要求可參見(jiàn)筆者之前的研究4,限于篇幅,在此只羅列相關(guān)結(jié) 論,詳見(jiàn)表4:表2 TD-LTE單天線覆蓋參考半徑典 型 場(chǎng) 景P t (dBmP r (

7、dBmG t(dBi環(huán)境損耗附加值(dB慢衰落余量(dB距離損耗指數(shù)(dB單天線覆蓋半徑(m寫字樓8-852207287 商場(chǎng)超市8-852* 會(huì)展中心8-852* 會(huì)議中心8-852* 室內(nèi)體育場(chǎng)館8-852* 民航機(jī)場(chǎng)8-852* 賓館酒店8-85222728 6 娛樂(lè)場(chǎng)所8-85222728 6 地下停車場(chǎng)8-852* 電梯8-85102572216注:根據(jù)試驗(yàn)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),建議取TD-LTE天線出口功率為8dBm10dBm。表3 不同系統(tǒng)室內(nèi)分布的鏈路損耗無(wú)線系統(tǒng)TD-SCDMA CDMA WCDMA GSM DCS1800PHS WLANTD-LTE天線出口功率(dBm05-5305

8、-53-538121015810發(fā)射功率(dBm2733333740241533邊緣信號(hào)電平(dBm-85-85-85-85-85-71-75-80最大允許路徑損耗(dB1121181181221259590113表4 TD-LTE與其它系統(tǒng)的干擾要求(dB系統(tǒng)雜散干擾阻塞干擾互調(diào)干擾最終干擾實(shí)際使用的合路器或POI(Point of Interface,多系統(tǒng)合路平臺(tái),帶外抑制能力一般都能達(dá)到80dB以上,滿足TD-LTE與其它系統(tǒng)并網(wǎng)建設(shè)的要求。4 MIMO模式及改造4.1 MIMO模式由于MIMO多天線發(fā)送接收的信號(hào)既可以來(lái)自多個(gè)數(shù)據(jù)流,也可以來(lái)自一個(gè)數(shù)據(jù)流的多個(gè)版本,涉及空間分集、波束

9、賦形、空間復(fù)用和空分多址等種類。因此,從實(shí)際建網(wǎng)角度出發(fā),既可以考慮采取單通道模式,也可以采取多通道模式。單通道模式:通過(guò)合路器將TD-LTE系統(tǒng)饋入現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)。多通道模式:將TD-LTE一路通道通過(guò)合路器饋入現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng),另外再新增一路單獨(dú)通道。根據(jù)使用天線極化性質(zhì)的不同,雙通道可分為雙通道單極化與雙通道雙極化。前者每路通道均使用單極化天線,改造后的天線數(shù)量翻倍;而后者采用一副雙極化天線替換兩副單極化天線,天線數(shù)量與單通道模式一致。兩者的區(qū)別詳見(jiàn)表5:表5 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)改造模式改造優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單通道模式改造量小,施工成本低,能夠提高終端峰值速率無(wú)法提升系統(tǒng)容量雙通道模式在提

10、高終端峰值速率的同時(shí),也能提升系統(tǒng)容量改造量較大,施工難度高仿真表明,在采用多通道單極化模式時(shí),如果雙通道天線的間距較小,會(huì)導(dǎo)致信道角度擴(kuò)散較大,信道相關(guān)性較小,如圖3所示:圖3 不同角度擴(kuò)散下信道相關(guān)性與天線距離的關(guān)系實(shí)際配置室內(nèi)天線時(shí),建議兩副單極化天線距離不小于3(為波長(zhǎng)。在此前提下,測(cè)量的單通道和雙通道小區(qū)吞吐量如圖4所示:圖4 單雙通道小區(qū)吞吐量測(cè)試由此可見(jiàn),相比單通道而言,TD-LTE雙通道的小區(qū)吞吐量在不同的場(chǎng)景下均有60%以上的提升;但對(duì)無(wú)線環(huán)境比較敏感,波動(dòng)幅度較大。為此,對(duì)室內(nèi)分布的不 同場(chǎng)景,采取改造的原則建議如表6所列:表6 TD-LTE進(jìn)行MIMO改造的原則典型場(chǎng)景M

11、IMO改造寫字樓建議商場(chǎng)超市不建議會(huì)展中心建議會(huì)議中心建議室內(nèi)體育場(chǎng)館建議民航機(jī)場(chǎng)建議賓館酒店考慮娛樂(lè)場(chǎng)所考慮地下停車場(chǎng)不建議電梯不建議4.2 改造方案鑒于現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)或采用上下行合纜,或采用上下行分纜的布線方式,改造方案也需因地制宜。由于單通道模式改造量不大,在此不作過(guò)多表述,下文將主要對(duì)雙通道模式進(jìn)行探討。(1現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)采用上下行合纜1雙通道單極化改造圖5 TD-LTE上下行合纜的雙通道單極化改造將T D-L T E的一個(gè)通道采用末端合路的方式與原分布系統(tǒng)合路,另外再單獨(dú)新增一個(gè)TD-LTE通道及一副單極化天線來(lái)實(shí)現(xiàn)SU(Single User,單用戶-MIMO。此方案改造難度相

12、當(dāng)于新建一套室分系統(tǒng),改造量較大,工程成本較高,新增天線與原有天線存在距離上的要求。2雙通道雙極化改造圖6 TD-LTE上下行合纜的雙通道雙極化改造將TD-LTE的一個(gè)通道與原系統(tǒng)末端合路,并單獨(dú)新增一個(gè)TD-LTE通道,將原天線更換為雙極化吸頂天線,實(shí)現(xiàn)SU-MIMO。此方案僅需更換天線類型,無(wú)需增加天線布設(shè),大大降低工程施工量,但工作量仍等同于新建一套分布系統(tǒng)。(2現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)采用上下行分纜考慮到雙通道對(duì)無(wú)線環(huán)境的敏感性,如果對(duì)數(shù)據(jù)速率要求不高,改造方案可以充分利用現(xiàn)有的上下行分纜,以減少施工難度,否則建議增加新的通道。總體考慮如下:1雙通道單極化的利舊現(xiàn)纜改造(圖7將TD-LTE M

13、IMO的兩個(gè)通道信號(hào)分別與分纜方式室分系統(tǒng)的Tx(Transmit,發(fā)送端與Rx(Receive,接收端進(jìn)行末端合路。此方案無(wú)需對(duì)現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行任何改動(dòng),成本較低,但Rx一路在TD-LTE上行時(shí)隙 受多系統(tǒng)下行信號(hào)影響,互調(diào)干擾比較嚴(yán)重。圖7 TD-LTE上下行分纜的雙通道單極化利舊現(xiàn)纜改造參考文獻(xiàn)1胡宏林,徐景. 3GPP LTE無(wú)線鏈路關(guān)鍵技術(shù)M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2008.2肖清華,樓隼,疏俊,等. 新建和改造環(huán)境下的TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)J. 通信世界,2008(18.33G P P T S 36.104 V 9.4.0, 3r d Generation Part

14、nership Project; Technical Specification Group Radio Access Networks; Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA; Base Station(BS radio transmission and ReceptionS. 2010.4肖清華,朱東照. 共建共享模式下TD-LTE與其它系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)J. 移動(dòng)通信,2011,35(6. 【作者簡(jiǎn)介】肖清華:高級(jí)工程師,博士畢業(yè)于浙江大學(xué),現(xiàn)任華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司網(wǎng)研院副總工程師。一直從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì),在3G移動(dòng)

15、通信領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、工程設(shè)計(jì)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)。已發(fā)表論文數(shù)十篇,出版專著一本。朱東照:教授級(jí)高工,政府特殊津貼獲得者,碩士畢業(yè)于清華大學(xué),現(xiàn)任華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司副總經(jīng)理。一直從事移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的咨詢、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作。發(fā)表論文十余篇,出版專著一 本。2雙通道單極化的新增通道改造(圖8將TD-LTE的一個(gè)通道采用末端合路的方式合路于下行Tx分纜,另外單獨(dú)新增一路TD-LTE通道及一副單極化天線。此方案與前一方案相比,系統(tǒng)間干擾較小,但系統(tǒng)改造量較大,成本較高。3雙通道雙極化改造(圖9將TD-LTE的一個(gè)通道采用末端合路方式合路于下行Tx分纜,另外單獨(dú)新增一路TD-LTE通道。將原Tx的單極化天線更換為雙極化天線,分別接入兩路TD-LTE通道中。 此方案僅更換Tx天線