基于有源天線的TD-LTE室分改造策略

施云濤, 王瑋, 蔡偉明

（1 中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司，南京 210029; 2 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE主要承載高速數據業務，而視頻電話、高清視頻流、大型互動游戲等高速數據業務一般都發生在室內環境中，這些業務功能都需要較大的系統容量和良好的網絡質量。對運營商而言，大量建設室內分布系統，可以有效吸收室內業務。室內分布系統還可以解決密集城區中高端用戶的室內覆蓋問題，有效緩解室外宏站的業務壓力，降低網絡的整體干擾水平，提高整個系統的容量，更好的滿足用戶對質量的要求。由于室內分布系統是解決室內覆蓋和容量的主要方式，TD-LTE室內分布系統將是TD-LTE整個網絡建設的重點之一。

TD-LTE系統中引入了MIMO技術，該技術有效提升用戶上下行吞吐量。現有室內分布系統一般為單路覆蓋，在數據業務容量需求較大的室內場景，為實現TD-LTE系統中的MIMO技術，必須新建一套天線以及射頻信號分配系統。新建天饋系統會大大增加物業協調難度和工程改造成本，同時由于新舊系統的施工時間及天饋材料的不同，必然會導致雙路功率不平衡，從而降低TD-LTE MIMO性能。

本文針對已有傳統室內分布系統但雙路改造難度較大的場景采用室分有源天線改造方案，并將該方案成功應用到TD-LTE規模試驗網中，現場測試結果表明有源天線室內分布系統小區及單用戶吞吐量和無源雙路分布系統接近，該技術可實現完整的MIMO特性，且不改變現有的室內分布系統結構，有效降低工程改造量和建設成本。

2 基于有源天線的TD-LTE室分改造技術

TD-LTE有源天線室分改造技術中包括兩個關鍵模塊:（1）位于信源端的有源天線控制器模塊；（2）位于天線端的有源模塊。有源天線控制器將TD-LTE雙通道RRU輸出的兩路信號變為一路信號，合成信號通過原有分布系統饋線傳輸至天線端，天線端的有源模塊再將合成信號轉變為兩路獨立信號，利用雙極化天線將兩路獨立信號發射出去，在不改變原有室內分布系統結構的情況下實現完整的LTE MIMO特性，有源天線整體方案如圖1所示。

圖1 有源天線整體方案

2.1 有源天線控制器

TD-LTE雙通道RRU輸出的兩路獨立下行信號經過有源天線控制器后，一路直通，一路由下變頻模塊將2.3GHz頻段TD-LTE信號移頻至1.4GHz頻段，經過線性功率放大器輸出。直通信號和移頻信號通過異頻合路器合成一路信號后饋入原有室內分布系統傳輸。上行信號處理過程與下行信號相反，利用功分器將一路信號分為兩路，一路經過濾波輸出2.3GHz原始信號，一路經過低噪聲放大、濾波、功率放大后上變頻至2.3GHz頻段，恢復成雙路信號后輸出至TD-LTE RRU。由于有源天線控制器安裝在RRU端，控制器可通過電源供電。

2.2 有源模塊

位于天線端的有源模塊通過饋線供電，下行信號經過功分器后分為兩路信號，一路經過濾波輸出2.3GHz原始信號，一路經過低噪聲放大、濾波、功率放大后上變頻至2.3GHz頻段，雙路信號經過雙極化天線發射給終端。上行信號處理過程與下行信號相反，雙極化天線接收到的兩路上行信號經過有源模塊后，一路直通，一路由下變頻模塊將2.3GHz頻段TD-LTE信號移頻至1.4GHz頻段，經過線性功率放大器輸出。直通信號和移頻信號通過異頻合路器合成一路信號后饋入原有室內分布系統傳輸。

2.3 有源天線改造技術優勢

有源天線改造技術具有以下優勢：

（1）有源模塊采用饋線供電，無需增加額外供電線路。

（2）系統可靠性高，有源模塊與控制器損壞，仍可以提供單通道LTE和其他系統的正常覆蓋。

（3）天線側增加有源模塊，改善系統信噪比。

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（4）工程調試簡單，預設輸出功率（5～15dBm），無需工程現場調試。

（5）不增加分布系統的改造，平滑實現2×2到4×4的演進。

（6）具備監控功能，控制器通過饋線多址監控有源模塊。

3 有源天線與室分改造成本對比

有源天線改造方案中需新增有源天線控制器、有源模塊及雙極化天線、遠程供電系統等設備。

3.1 有源天線系統設備成本估算

有源天線控制器4000元/套，每個RRU配置一套控制器；有源模塊及雙極化天線500元/副；遠程供電系統10元/副天線。

覆蓋10000m2的寫字樓預計需吸頂全向天線135面，因此有源天線改造方案中需有源天線控制器1套，有源模塊及雙極化天線135副，遠程供電系統135套，設備總成本約72850元。

3.2 增加一路室分設備成本估算

將室分場景分為低成本場景、中成本場景、高成本場景，按單路室分每平米設備綜合成本估算，低成本場景：5元/m2；中成本場景：8元/m2；高成本場景：10 元 /m2。

3.3 改造設備成本對比

有源天線系統設備成本和增加一路室分設備成本對比如下：

對于低成本改造場景，有源天線系統設備成本高于常規改造設備成本，約為1.3倍；

對于中、高成本改造場景，有源天線系統設備成本低于常規改造設備成本，約為0.9倍、0.7倍；

有源天線不需要平層布放線纜，改造實施難度低。

4 測試結果

在TD-LTE傳輸模式3、上下行時隙配比2:2、無源天線功率不平衡小于1dB、無源天線間距大于4λ的條件下分別對無源天線和有源天線近、中、遠點做下載和上傳對比測試。

無源天線近點下載速率為61.52Mbit/s，上傳速率為15Mbit/s，中點下載速率為59.98Mbit/s，上傳速率為15Mbit/s，遠點下載速率為28.4Mbit/s，上傳速率為14.55Mbit/s。

圖2 有源無源天線近點下載速率對比

有源天線近點下載速率為59.69Mbit/s，上傳速率為14.99Mbit/s，中點下載速率為55.94Mbit/s，上傳速率為14.85Mbit/s，遠點下載速率為28.1Mbit/s，上傳速率為14.7Mbit/s。

上述測試結果表明有源天線在近、中點下載上傳速率與無源天線基本相當，在遠點下載速率與無源天線基本相當，上傳速率略高于無源天線，有源無源天線近點的下載和上傳速率對比如圖2和圖3所示。因此TDLTE有源天線室分改造技術在不改變原有室內分布系統結構的基礎上可實現完整的MIMO特性。

圖3 有源無源天線近點上傳速率對比

5 結束語

TD-LTE中的MIMO技術有效提升用戶上下行吞吐量，傳統室分實現MIMO特性必須新建一路通道。測試結果表明TD-LTE中的MIMO技術在不改變原有室內分布系統結構的基礎上可以實現完整的MIMO特性，近、中、遠點上下行吞吐量與無源天線基本相當，具有廣泛的應用前景。

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