TD-LTE技術在世博場館內的應用實踐＊

練成棟

（中國移動通信集團上海有限公司 上海 200060）

2010年上海世博會是繼2008年北京奧運會后，我國承辦的又一次大型國際活動，對于展示國家綜合實力、擴大國際交流、促進科技與經濟的發展具有重要意義。中國移動通信集團上海有限公司充分利用上海世博會這一歷史機遇，建設TD-LTE演示網絡，形成面向全球產業和市場的展示窗口，全方位體現中國自主技術TD-LTE的技術先進性以及快速成熟的產品能力，不僅極大地帶動整個產業鏈的進一步快速發展，而且有利于打開國際市場，使TD-LTE形成國際效應。

本屆上海世博會上，TD-LTE網絡覆蓋了包含“一軸四館”在內的重要場館，在世博會184天的運行期間里向各級政府領導、業內專家和游客展示了多項精彩的TD-LTE業務。隨著近日TD-LTE Advanced被ITU確定為4G標準之一，TD-LTE也受到越來越多全球通信廠商和運營商的關注。由于TD-LTE與現有2G/3G技術相比有很大的不同，因此在室內覆蓋建設及組網方面也有所區別。

1 TD-LTE技術概述

TD-LTE又稱為長期演進技術，是3G技術TDSCDMA的后續演進，是3.9G的全球標準，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，并改善小區邊緣用戶的性能，提高小區容量和降低系統時延。

TD-LTE的關鍵技術主要有OFDM和MIMO。OFDM的基本原理是將一個較寬的頻帶分成若干個彼此正交的子載波，在每個子載波上進行窄帶調制和傳輸。這樣既減少了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。如果各子載波所占帶寬足夠窄，它們將分別經歷平坦衰落，大大減少了符號間干擾(ISI)。OFDM技術是TD-LTE系統的技術基礎與主要特點，具有諸多優勢，例如抗多徑傳播和頻率選擇性衰落能力強，動態信道分配技術使系統達到最大傳輸速率，對脈沖干擾的抵抗能力比單載波系統強，頻譜效率高于串行系統。

MIMO技術是無線通信智能天線技術領域的重大突破，其主要思想是在多組不相關的天線上分別發送多個數據流，把傳統通信系統中損害系統性能的多徑衰落因素轉變成對用戶通信性能有利的增強因素。該技術能在不增加帶寬的情況下成倍地提高通信系統的容量和頻譜利用率，是無線通信系統實現高數據速率傳輸和提高傳輸質量的重要途徑。

2 上海世博會TD-LTE室內覆蓋

上海世博會期間，為了給園區重要場館提供高質量的TD-LTE網絡覆蓋和業務演示的環境，需要在一些主要場館中建設TD-LTE室內覆蓋系統。本章介紹了上海世博會TD-LTE室內覆蓋的概況。

中國移動在上海世博園區內建設TD-LTE 室內分布系統共9 處（中國館、主題館、世博中心、文化中心、非洲館、企業聯合館、行政中心二期、信息通信館以及美國館），其中浦東7處、浦西2處，信號覆蓋了包括“一軸四館”等主要場館在內的室內空間。除上述9處外，園區內還包括2處由廠商自行承建的TD-LTE室內覆蓋場館，即瑞典館和芬蘭館。這是TD-LTE技術首次進行室內大規模組網試驗。

在中國移動承建的9個場館中，室內TD-LTE頻率使用2300～2320MHz，共20MHz。由于TD-LTE單頻點帶寬為20MHz，因此本次世博會TDLTE室內采用同頻組網方式，主要覆蓋區域包括展廳、辦公區、VIP室和媒體相關部分等數據熱點場景及重要區域。

3 TD-LTE室內覆蓋關鍵問題

3.1 室內系統架構

TD-LTE室內分布無線側設備硬件架構與3G系統類似，為BBU+RRU形式。BBU為基帶處理單元, 一般放置于集中機房內，主要作用是完成Uu接口的基帶處理功能（適合空中傳輸的信道編碼、復用、調制和擴頻等）。RRU為射頻處理單元，可與BBU一起放置也可以放置在遠端弱電機房內，主要功能是發送和接收射頻信號。信號從RRU射頻口輸出后經過衰減器饋入室內分布系統。這里值得一提的是，由于TD-LTE采用MIMO工作方式，RRU為2端口輸出，因此需要將信號分別引入2套天饋系統。

在世博會中由于場館間差異比較大，一些場館BBU機房與RRU機房分離，因此需要用單模/多模光纖將RRU拉遠至弱電間。另一些場館面積較大，需要多個BBU和RRU進行覆蓋，BBU之間需要通過交換機共用傳輸設備。因此，世博會TD-LTE室內覆蓋主設備實際鏈接情況往往如圖1所示。

在工程建設時，TD-LTE BBU到核心網傳輸卡板采用單模光纖鏈接，而BBU與RRU之間的光纖可以采用多模和單模兩種形式（需視設備支持情況或者BBU和RRU之間的距離而定）。當BBU和RRU共機房或機柜的情況下可以使用多模光纖，當BBU和RRU不共機房，且BBU與RRU離得較遠時，BBU通過單模光纖連接到ODF配線架或者ODB配線柜，并通過單模光纖連接到遠端機房的ODF或者ODB上，RRU也通過單模光纖連接到遠端機房的ODF配線架或者ODB配線柜上。BBU和RRU一般均為-48V直流供電，BBU電源可在BBU機房從LTE專用整流柜（PDU）上獲取，整流柜與交流配電屏相連。弱電間的RRU一般需要經過交直流轉換器（AC-DC）與交流配電屏相連。RRU到室內分布系統通過2m N接頭超柔跳線連接。

圖1 TD-LTE室內主設備鏈接示意圖

3.2 室內組網方案分析

世博TD-LTE室內覆蓋頻段為2300～2320MHz，共20MHz帶寬。因此組網方式主要可以分為兩種：2個10MHz頻點進行異頻組網和1個20MHz頻點進行同頻組網。

對于第一種方案，優點為異頻點小區間干擾影響較小，缺點為單小區帶寬只有10MHz，因此在小區容量和單用戶速率方面均會受到限制。對于第二種方案，由于單小區具有20MHz帶寬，因此小區吞吐量和單用戶最大速率都比較高，但缺點在于與鄰小區同頻，小區間干擾較大，小區邊緣用戶業務體驗交差。

在實際建設中，應視建筑物內部結構選擇合適的組網方案。若無法通過樓層自然隔離，建議設計為2個頻點隔層組網，每小區使用1個10MHz頻點。若實際隔離條件允許，建議采用1個20MHz頻點同頻組網。在分布系統設計時，也應充分預留小區數，以便后續進行靈活的小區分裂，增加容量。由于世博場館大多滿足樓層間的隔離條件，而且為了體現TD-LTE高帶寬的特點，因此最終選擇在世博園區室內采用20MHz同頻組網，并盡量避免在小區邊緣發生TD-LTE業務。

3.3 室內分布系統建設方案

通常情況下，現有的2G/3G室內分布系統并不能完全滿足工作于較高頻段的TD-LTE室內覆蓋的要求，當TD-LTE引入后與其它系統室內共存時，需要對現有的分布系統進行改造，例如更換新的設備和器件，或者調整原有布線方式與天線點位等，所有這些修改都會影響到原有2G/3G系統的覆蓋，故應當進行綜合考慮，統一規劃。在改造時盡量利用原分布系統的設備和器件，控制改造成本，確保新網絡和原有網絡在改造后都能達到覆蓋要求。

在室內建設TD-LTE網絡主要可以分為獨立部署與合路部署兩種方式。對于未建設室內分布系統的樓宇，或者新建分布系統較為容易的樓宇，應當采用新建TDLTE室內分布系統的方式，同時考慮2G/3G/WLAN的覆蓋需求。對于已建室內分布系統的樓宇，從節省投資和資源利用等方面考慮，一般建議TD-LTE與原系統進行合路，共用分布系統和天饋。而合路方式根據具體合路位置是在主干前端還是主干后端還可以進一步分為前端合路和后端合路兩種方案。各方案的適用場合和特點如表1所示。

TD-LTE與原系統合路共用室分和天線的方案一方面可以節省建造成本、減少投資，另一方面可以降低施工難度和與業主的協調難度，是一般情況下首先考慮的建設方案。世博中各運營商的通信系統采用POI進行合路，但TD-LTE如與多系統合路很容易引入互調干擾，而且對合路器的隔離度要求較高，在沒有進行詳細測試的情況下，存在一定的風險。而另一方面，TDLTE獨立部署方案為新建2套室分系統和天饋供TDLTE專用。其工程量、施工難度和投資方面均比之前的合路方式高，但由于TD-LTE與其它系統分開建設，系統間相互干擾情況將大大降低，各系統獨立運行便于日常維護。因此，為了保障TD-LTE世博演示網的性能，最小化TD-LTE與其它系統間的相互影響，保證TDLTE業務演示效果，最終采用在世博場館內為TDLTE獨立建設分布系統方案。

表1 TD-LTE室內分布系統建設的3種方式比較

3.4 室內MIMO應用方案

在室內實現MIMO需要在信號源處引出兩個射頻通路，建設兩套室內分布系統，不同的射頻通路接入不同的室內分布系統，使得在室內形成2天線系統。如圖2所示。

圖2 室內MIMO方式

對于已建好室內分布系統的樓宇，射頻線纜和天線可重用一部分原有室內覆蓋系統，為了實現MIMO，還要再鋪設一個通道的室內射頻線纜和天線。此外，在保證MIMO多天線同覆蓋的前提下，天線間距還需要滿足一定的隔離度要求。因此，該方案對原有室內分布系統改造較大，需視具體情況引入。另一方面，對于新建樓宇，可以直接部署兩套饋線系統和天饋以實現MIMO工作方式，同時需要兼顧2G/3G系統的覆蓋質量。

在世博會中，由于TD-LTE采用獨立分布系統，因此在建設時已經鋪設了2套饋線系統和天線以支持MIMO工作方式。在天線點位選點方面還需要解決兩個問題：TD-LTE雙天線與2G/3G天線點位的間隔距離和TD-LTE雙天線之間的間隔距離。

表2列出了世博場館中的一些常用系統，并且假定了各系統的機頂發射功率和天線口功率，根據相關協議中對系統隔離度的要求，最終計算得到TD-LTE與其它系統的最小天線間距。但考慮到各系統覆蓋的一致性，又要求LTE與其它系統天線點位不能離開太遠。綜合考慮各系統的干擾理論值和實測結果后，最終確定TD-LTE天線與其它系統天線間距約為1～2m。

圖3給出了MIMO雙天線間距與系統吞吐量的關系。MIMO雙天線間距越大，信道相關性越低，MIMO性能就越好。經實際測試驗證，建議MIMO雙天線間距應至少大于2倍信號波長，最好間隔4倍信號波長，即半米距離。

表2 LTE與其它系統天線隔離度

圖3 MIMO雙天線間距與系統吞吐量的關系

4 上海世博會TD-LTE室內覆蓋性能

世博各場館TD-LTE的室內覆蓋系統性能測試主要包括覆蓋和容量兩個方面。覆蓋采用參考信號接收功率（RSRP）指標來衡量，容量采用小區吞吐量指標衡量。最終測試結果如下。

（1） RSRP大于-105dBm區域覆蓋率高于98%；

（2） 單小區下行峰值吞吐量為80Mbit/s，上行16Mbit/s；

（3） 小區邊緣單用戶下行速率為27Mbit/s，上行為8Mbit/s；

（4） 采用MIMO雙天線系統比單天線系統吞吐量提升約為60%。

可見，相比于現有3G系統，TD-LTE在室內的性能有了大幅度的提高，能夠支持諸如高清視頻點播、高清視頻會議、高速上網等一系列3G無法實現的高速率業務需求，為TD-LTE將來在各行業中的應用起到了有力的技術支撐。

圖4 LTE下行峰值吞吐量截圖

5 總結

本文主要介紹了中國移動TD-LTE新技術在上海世博會場館中的實際建設和應用情況。隨著TD-LTE技術的不斷發展、產業鏈的不斷成熟以及2011年TD-LTE全國規模試驗網的開展，相信TD-LTE技術的商用時間也會越來越近。屆時，將帶給人們更豐富的應用業務和更良好的通信體驗，大大提升我國的通信技術實力。

[1]3GPP TS 36.300:”Overall Description”

[2]3GPP TS 36.104:”Base Station(BS)radio transmission and reception”

[3]沈嘉, 索士強, 全海洋. 3GPP長期演進(LTE)技術原理與系統設計. 北京：人民郵電出版社，2009