TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)解決方案研究

TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)解決方案研究

摘要：文章先根據(jù)TD-LTE室內(nèi)覆蓋需求，對(duì)TD-LTE室內(nèi)覆蓋單通道和雙通道兩種建設(shè)方式進(jìn)行了研究分析，并給出相應(yīng)應(yīng)用場(chǎng)景。再針對(duì)雙通道模式，提出了具體的室內(nèi)覆蓋解決方案，主要包括基于分布式基站組網(wǎng)方式的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的解決方案和天線的解決方案。關(guān)鍵詞：TD-LTE，室內(nèi)覆蓋，分布系統(tǒng)，MIMO中繼器1引言LTE作為未來(lái)通信發(fā)展的大趨勢(shì)，各大運(yùn)營(yíng)商都先后加大了對(duì)LTE的投資與研究力度，一些發(fā)達(dá)國(guó)家目前已開(kāi)始或即將部署LTE網(wǎng)絡(luò)。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于能更好地支撐高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)。國(guó)內(nèi)外3G業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)律表明，視頻電話、視頻流媒體以及在線游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)70%都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中[1]，TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)勢(shì)必成為T(mén)D-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。因此，本文就TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)的解決方案進(jìn)行了研究。2TD-LLTE室內(nèi)建設(shè)方案需求分析LTE與2G、3G存在同樣的問(wèn)題是高層覆蓋的質(zhì)量問(wèn)題及底層弱覆蓋問(wèn)題。2G/3G主要通過(guò)室外基站覆蓋室內(nèi)和室內(nèi)分布系統(tǒng)兩種方案來(lái)解決；在LTE系統(tǒng)中，由于快衰落和空間損耗等問(wèn)題，使MIMO系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋很難通過(guò)室外基站實(shí)施覆蓋，因此TD-LTE室內(nèi)覆蓋最佳的解決思路是采用室內(nèi)分布系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行覆蓋。具體的TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)需要綜合考慮成本、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、建設(shè)與后續(xù)優(yōu)化維護(hù)的難度以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等多方面的需求，同時(shí)還要考慮盡量降低對(duì)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的影響。3TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)方式根據(jù)上述LTE建設(shè)需求分析，室內(nèi)分布系統(tǒng)考慮單通道和雙通道兩種建設(shè)方式[2]，其中雙通道模式下可考慮采用單極化天線或雙極化天線。3.1單通道建設(shè)方式單通道建設(shè)方式是指通過(guò)合路器將TD-LTE系統(tǒng)饋入現(xiàn)有單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)。該模式工程改造量小，施工成本低。由于采用單通道，實(shí)現(xiàn)的天線模式較少，因此雖然能夠提高系統(tǒng)吞吐量，但相比雙通道模式無(wú)法提升UE峰值速率。單通道模式系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1單通道模式系統(tǒng)框圖在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，如果用于TD-LTE系統(tǒng)的頻譜資源豐富，則可考慮不引入MIMO雙通道方式，只改造單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)引入TD-LTE；尤其是已存在室內(nèi)分布系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求并不高的樓宇，可以優(yōu)先考慮該模式。3.2雙通道建設(shè)方式根據(jù)業(yè)界大量研究表明，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益。考慮到與現(xiàn)有通信系統(tǒng)2G/3G共用基礎(chǔ)設(shè)施，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)雙路建設(shè)時(shí)有新建和改造兩種方案。(1)新建兩路在不改動(dòng)原分布系統(tǒng)天饋線的基礎(chǔ)上，額外增加兩路天饋線系統(tǒng)；LTE獨(dú)立使用新建天饋線。建議僅在合路時(shí)存在嚴(yán)重多系統(tǒng)干擾且具備新增兩路天饋線條件的場(chǎng)景應(yīng)用。(2)新建一路，改建一路TD-LTE一路室分與其他系統(tǒng)(如GSM、TD-SCDMA等)共用，另一路室分主要為T(mén)D-LTE使用。共用的一路室分按照TD-LTE系統(tǒng)性能需求進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)；另外一路也應(yīng)通過(guò)饋線(型號(hào)及路由)、無(wú)源器件(如功分器和耦合器等)的選擇確保TD-LTE系統(tǒng)在不同MIMO通道中的功率平衡。4TD-LTE室內(nèi)覆蓋解決方案TD-LTE室內(nèi)組網(wǎng)方式包括基于分布式基站的方式以及采用FemtoCell、Pico的方式等。在實(shí)際的室內(nèi)組網(wǎng)中，主要采用基于分布式基站的方式[3]；而FemtoCell、Pico主要應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)通信速率、質(zhì)量要求較高且難以覆蓋的盲點(diǎn)區(qū)和陰影區(qū)，以滿足小范圍覆蓋和低容量的需求。TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式，能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益。基于分布式基站組網(wǎng)方式，下文給出了具體的雙路室分系統(tǒng)建設(shè)方案建議。4.1基于分布式基站組網(wǎng)方式的室分系統(tǒng)建設(shè)考慮到TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)有新建和改造兩種方案，在工程中可根據(jù)實(shí)際情況選擇單極化天線或雙極化天線。(1)新建室內(nèi)分布系統(tǒng)對(duì)于新建的室內(nèi)分布系統(tǒng)，建議采取以下具體解決方案：1)對(duì)于覆蓋區(qū)域面積相對(duì)較小的場(chǎng)景，建議采用BBU+RRU+無(wú)源分布系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行覆蓋。一個(gè)BBU可以連接多個(gè)RRU，BBU+RRU方案對(duì)于容量配置非常靈活，可按照容量需求，通過(guò)BBU控制給該區(qū)域的RRU分配足夠的容量，從而解決容量問(wèn)題。其示意圖如圖2所示：圖2BBU+RRU+無(wú)源分布系統(tǒng)2)對(duì)于覆蓋面積中等甚至較大的場(chǎng)景，建議采用BBU+RRU+MIMO中繼器+無(wú)源分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，從而解決覆蓋的問(wèn)題。◆當(dāng)可新增兩路主饋線時(shí)，建議采用兩個(gè)通路進(jìn)行傳輸，即采用雙饋線MIMO中繼器，從而保證室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋質(zhì)量。其示意圖如圖3所示?！舢?dāng)多根饋線安裝受限，只能通過(guò)一根饋線傳輸時(shí)，建議采用單饋線MIMO中繼器(分近端單元和遠(yuǎn)端單元)。其示意圖如圖4所示。(2)改建室內(nèi)分布系統(tǒng)對(duì)于在原有2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改建TD-LTE的共享室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，建議采取以下具體解決方案：1)對(duì)于覆蓋區(qū)域面積相對(duì)較小的場(chǎng)景，建議采用BBU+RRU+無(wú)源分布系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行覆蓋。其示意圖如圖5所示。2)對(duì)于覆蓋面積中等甚至較大的場(chǎng)景，建議采用BBU+RRU+MIMO中繼器+無(wú)源分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，從而解決覆蓋的問(wèn)題?！艨尚略鲋黟伨€電纜時(shí)的解決方案(加雙饋線MIMO中繼器)如圖6所示?！舨荒苄略鲋黟伨€傳輸電纜時(shí)的解決方案(加單饋線MIMO中繼器)如圖7所示。(3)MIMO中繼器介紹室內(nèi)區(qū)域的特點(diǎn)是人流密度大，業(yè)務(wù)量隨時(shí)間變化。其覆蓋的主要方式為基站+干線放大器+室內(nèi)分布系統(tǒng)。使用干線放大器可以靈活便捷地對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)末端進(jìn)行功率補(bǔ)償，提高室內(nèi)覆蓋的信號(hào)質(zhì)量，為室內(nèi)高端用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。同時(shí)也降低了室內(nèi)覆蓋建網(wǎng)成本，避免了室內(nèi)分布系統(tǒng)中小區(qū)過(guò)多現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]。圖3采用雙饋線MIMO中繼器覆蓋方式圖4采用單饋線MIMO中繼器覆蓋方式圖5BBU+RRU+無(wú)源分布系統(tǒng)覆蓋圖6可新增主饋線電纜時(shí)的解決方案圖7不能新增主饋線傳輸電纜時(shí)的解決方案圖8雙饋線MIMO中繼器TD-LTEMIMO中繼器的作用相當(dāng)于2G/3G系統(tǒng)中的干放，其信號(hào)直接通過(guò)饋線從基站耦合。TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中下行最高支持2×2MIMO，上行支持1×2MIMO，因此TD-LTEMIMO中繼器也只考慮2×2MIMO。TD-LTE中MIMO技術(shù)的使用，使TD-LTE中繼器需要解決的首要問(wèn)題是如何處理基站過(guò)來(lái)的MIMO信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在中繼器發(fā)射端MIMO信號(hào)的獨(dú)立發(fā)送。根據(jù)TD-LTE中繼器對(duì)基站過(guò)來(lái)的MIMO信號(hào)處理方式的不同，可將其劃分為雙饋線MIMO中繼器和單饋線MIMO中繼器。1)TD-LTE雙饋線MIMO中繼器雙饋線MIMO中繼器如圖8所示。下行鏈路：將TD-LTE基站的下行2路信號(hào)通過(guò)外接耦合器的方式引入到雙饋線MIMO中繼器下行輸入端口，首先通過(guò)施主端的濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，再經(jīng)由環(huán)形器后由功放進(jìn)行射頻放大，出環(huán)形器后就通過(guò)重發(fā)端的濾波器出干放進(jìn)入覆蓋區(qū)傳輸電纜中，通過(guò)重發(fā)天線發(fā)送TD-LTE信號(hào)，完成下行鏈路系統(tǒng)覆蓋。上行鏈路：手機(jī)發(fā)射的TD-LTE信號(hào)由外部重發(fā)天線引入，首先進(jìn)入MIMO中繼器重發(fā)端的濾波器濾除TD-LTE頻段以外的干擾信號(hào)，減少TD-LTE以外頻段信號(hào)的干擾，TD-LTE射頻信號(hào)通過(guò)低噪放模塊進(jìn)行放大，再經(jīng)由濾波器出MIMO中繼器并經(jīng)過(guò)基站耦合器進(jìn)入基站接收機(jī)端。2)TD-LTE單饋線MIMO中繼器為了解決實(shí)際工程中多根饋線安裝受限的難題，設(shè)計(jì)出一種利用單饋線實(shí)現(xiàn)MIMO傳輸?shù)膯勿伨€MIMO中繼器。該中繼器分為近端單元和遠(yuǎn)端單元，一個(gè)近端單元可以帶多個(gè)遠(yuǎn)端單元。近端與遠(yuǎn)端之間通過(guò)一根饋線連接，從而實(shí)現(xiàn)單根饋線的MIMO傳輸。遠(yuǎn)端單元供電方式可采用遠(yuǎn)程供電和遠(yuǎn)端獨(dú)立供電兩種方式。在采用遠(yuǎn)程供電時(shí)，由于射頻信號(hào)和直流電流的屬性相差甚遠(yuǎn)，以至于在同一條電纜中傳送可以互不影響。遠(yuǎn)程供電實(shí)現(xiàn)方法：在近端單元通過(guò)饋電器將射頻信號(hào)和直流電流同時(shí)饋入同軸電纜中，在遠(yuǎn)端單元再通過(guò)分電器分離出射頻信號(hào)和直流電流，從而進(jìn)行供電。前期研發(fā)中可先考慮遠(yuǎn)端獨(dú)立供電的方式。圖9單饋線MIMO中繼器近端單元原理框圖圖10單饋線MIMO中繼器遠(yuǎn)端單元原理框圖單饋線MIMO中繼器近端/遠(yuǎn)端單元原理框圖分別如圖9和圖10所示。下行鏈路：將TD-LTE下行兩路信號(hào)通過(guò)外接耦合器耦合到單饋線MIMO中繼器近端單元下行兩個(gè)輸入端口，通過(guò)近端單元的濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，兩路信號(hào)分別進(jìn)入環(huán)形器后通過(guò)變頻器將兩路信號(hào)變到不同頻率上(保證兩路信號(hào)頻率有一定間隔)，然后通過(guò)合路器將兩路信號(hào)合為一路信號(hào)，再通過(guò)環(huán)形器將射頻信號(hào)放大出環(huán)形器，信號(hào)通過(guò)主饋線送到遠(yuǎn)端單元；在遠(yuǎn)端單元，信號(hào)通過(guò)環(huán)形器，經(jīng)由放大器將信號(hào)放大后由分路器根據(jù)不同頻率分離出兩路信號(hào)，再分別通過(guò)變頻還原為原兩路頻率信號(hào)出環(huán)形器，經(jīng)由濾波器將信號(hào)送至天線進(jìn)行發(fā)送。上行鏈路：終端發(fā)射的TD-LTE信號(hào)由單饋線MIMO中繼器的兩根重發(fā)天線引入，兩路信號(hào)經(jīng)由濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，之后進(jìn)入環(huán)形器，出來(lái)的兩路信號(hào)通過(guò)合路器合為一路信號(hào)(TD-LTE上行支持1×2MIMO，因此引入的兩路信號(hào)為同一信號(hào)，可以直接合路，不需要加變頻)，然后由放大器將信號(hào)放大出環(huán)形器送至近端單元；在近端單元，信號(hào)首先通過(guò)環(huán)形器，再由功分器將信號(hào)均分為兩路信號(hào)出雙工器，然后兩路信號(hào)分別經(jīng)濾波器出近端單元，由耦合器耦合到基站進(jìn)行接收。4.2TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中天線的解決方案天線的選擇和安裝是否合理直接影響到室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋性能。在實(shí)際工程中，不同場(chǎng)景下選擇何種類型天線、天線距離如何等是TD-LTE室分系統(tǒng)建設(shè)關(guān)注的重要問(wèn)題。對(duì)于室內(nèi)某一指定區(qū)域，若考慮實(shí)現(xiàn)MIMO，則采用兩(套/通道)吸頂天線覆蓋為宜，基于不同的極化方向，可分為單極化吸頂天線和雙極化吸頂天線。天線選擇原則：開(kāi)闊場(chǎng)景(走廊、樓道)時(shí)單極化天線/雙極化天線均可滿足MIMO應(yīng)用，由于雙極化天線可以降低雙路天饋線系統(tǒng)中天線部分的建設(shè)難度，因此根據(jù)工程安裝需求盡可能選擇雙極化天線；封閉場(chǎng)景(會(huì)議室、辦公室)時(shí)雙極化天線與單極化天線相比性能下降明顯，在工程安裝允許的條件下，優(yōu)先采用單極化天線(天線間距1m～2m)[2]。單極化吸頂天線間距要求：對(duì)于兩套單極化吸頂天線而言，希望通過(guò)增大天線間距以達(dá)到雙天線通道低相關(guān)性的要求。開(kāi)放場(chǎng)景(走廊、樓道)天線間距配置為4倍波長(zhǎng)(0.5m)以上；封閉場(chǎng)景(會(huì)議室、辦公室)天線間距為10倍波長(zhǎng)(約1.25m)以上[2]。TD-LTE天線頻段要求：TD-LTE系統(tǒng)需至少支持E頻段，與GSM/TD-SCDMA/WLAN系統(tǒng)共用需支持800MHz～2500MHz頻段[3]。5結(jié)束語(yǔ)本文主要針對(duì)當(dāng)前的TD-LTE室內(nèi)覆蓋熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分析研究，為T(mén)D-LTE室內(nèi)建設(shè)提供了一定的指導(dǎo)意見(jiàn)。根據(jù)對(duì)TD-LTE室內(nèi)建設(shè)需求的分析，提出了單通道和雙通道兩種建設(shè)方式，并基于TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益，給出了相應(yīng)的建設(shè)方案建議。付威：現(xiàn)任職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心，從事無(wú)線接入網(wǎng)維護(hù)管理工作，擁有豐富的無(wú)線接入層設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，曾參與奧運(yùn)火炬?zhèn)鬟f、中國(guó)-東盟博覽會(huì)及廣西各重大活動(dòng)維護(hù)保障工作。譚展：國(guó)家中級(jí)QC診斷師，廣西移動(dòng)區(qū)級(jí)科技創(chuàng)新評(píng)審專家，廣西大學(xué)商學(xué)院MBA研究生，現(xiàn)任職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心，從事無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理工作。參考文