LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討

龐京旭 馬哲銳 孫宜軍

(1.中國電信股份有限公司河南分公司,河南鄭州 450018;2.中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司,河南鄭州 400052)

LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討

龐京旭1馬哲銳2＊孫宜軍2

(1.中國電信股份有限公司河南分公司,河南鄭州 450018;2.中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司,河南鄭州 400052)

探討LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)的多種建設(shè)方案并對(duì)各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析,最終通過測(cè)試分析給出了不同建設(shè)方案的應(yīng)用建議,該研究結(jié)論對(duì)LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

LTE FDD MIMO 室內(nèi)分布系統(tǒng) 雙通道

1 引言

相比傳統(tǒng)2G/3G網(wǎng)絡(luò)，LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于采用MIMO、OFDM等關(guān)鍵技術(shù)可以提供更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)[1][2]。為了給用戶提供更好的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，建設(shè)LTE FDD網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)覆蓋將是中國電信4G網(wǎng)絡(luò)部署的重點(diǎn)之一。LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)過程中，面臨系列挑戰(zhàn)。首先相對(duì)于800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)，采用2100MHz(1920-1935MHz/ 2110-2125MHz)組網(wǎng)的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)鏈路損耗大，室內(nèi)更容易出現(xiàn)覆蓋盲點(diǎn)。所以室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需要綜合考慮800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)與2100MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的性能，達(dá)到同步覆蓋目的。其次，運(yùn)營商在應(yīng)用新無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)都考慮利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源快速低成本地完成網(wǎng)絡(luò)部署建設(shè)。然而，利舊CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)帶來施工難度的增加并有可能造成多張網(wǎng)絡(luò)無法獨(dú)立規(guī)劃和優(yōu)化，增加后期網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)的難度。因此，到底是選擇獨(dú)立新建LTE FDD分布系統(tǒng)還是利舊C網(wǎng)分布系統(tǒng)，運(yùn)營商需要從自身網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況出發(fā)，全面衡量、評(píng)估各種建設(shè)和改造方案優(yōu)缺點(diǎn)。面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的建設(shè)環(huán)境和眾多的LTE FDD網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)建設(shè)方案，如何選取合適的建設(shè)方案也是本文研究重點(diǎn)。本文最后選取了典型場(chǎng)景對(duì)LTE FDD的網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)論對(duì)LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)具有一定的參考意義。

表1 800MHz和2100MHz穿透損耗取值

表2 饋線百米損耗(單位：dB/100m)

表3 室內(nèi)覆蓋鏈路預(yù)算

2 LTE FDD與CDMA同步覆蓋分析

800MHz CDMA與2100MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的頻段差異將導(dǎo)致信號(hào)在饋線傳輸損耗、空間傳播損耗及障礙物的遮擋損耗方面均不一致，影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能。本小節(jié)分析2100MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)與800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋差異并對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)給出應(yīng)用建議。

2.1 空間傳播損耗

無線電波在室內(nèi)建筑物的空間傳播損耗如式(1)所示：

其中：PL(d0)為距天線1米處的路徑衰減；d為傳播距離；n為衰減因子，一般半開放環(huán)境取值2.5～3.0，較封閉環(huán)境取值3.0～3.5；R：附加衰減因子，指由于樓板、隔板、墻壁等引起的附加損耗，如表1所示。

根據(jù)上述計(jì)算公式，以距離天線口的10m處為信號(hào)接收點(diǎn)，在隔一堵混泥土墻的半開放環(huán)境下，2100MHz與800MHz的空間傳播損耗相差11.4dB。

2.2 器件及饋線損耗

常溫下各種饋線在不同頻段的傳輸損耗值如表2所示，2100MHz頻段與800MHz頻段信號(hào)在百米1/2〞饋線傳輸過程中損耗相差4.1dB，在百米7/8〞饋線傳輸過程中損耗相差2.45dB[3]。

2.3 信源功率設(shè)置

CDMA導(dǎo)頻功率與LTE參考信號(hào)功率計(jì)算如下：

2.4 典型場(chǎng)景的覆蓋分析計(jì)算

在隔一堵混泥土墻的半開放環(huán)境下，2100MHz LTE FDD與800MHz CDMA的鏈路預(yù)算如表3所示。假設(shè)饋線長度為100米，由鏈路預(yù)算得知800MHz CDMA的單天線覆蓋半徑為21.42m，2100MHz LTE FDD的單天線覆蓋半徑為7.59米。在信源設(shè)備直接合路的情況下，LTE FDD 2100MHz與800MHz CDMA不能實(shí)現(xiàn)同步覆蓋，其中2100MHz LTE FDD為覆蓋受限系統(tǒng)。在同一地點(diǎn)，兩系統(tǒng)接收電平差值約33dBm，如圖1所示[4]?；谏鲜龇治?，若2100MHz LTE FDD與800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)要實(shí)現(xiàn)同步覆蓋，可考慮下列兩種解決方案：(1)增加室分天線密度：兼顧2100MHz LTE FDD與800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)的性能，天線間距按照滿足LTE FDD 室內(nèi)覆蓋性能的天線間距部署，天線間距約為10米～16米；(2)提高天線口功率：在遵守國家電磁環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高LTE FDD天線口功率，具體方法是增加LTE FDD信源，在主干斷點(diǎn)合路。

圖1 LTE FDD與CDMA覆蓋差異分析

圖2 LTE FDD與CDMA共分布系統(tǒng)單通道建設(shè)方案

圖3 LTE FDD雙通道獨(dú)立建設(shè)方案

圖4 LTE FDD與CDMA共分布系統(tǒng)雙通道建設(shè)方案

3 LTE FDD分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基于LTE FDD網(wǎng)絡(luò)建設(shè)單通道分布系統(tǒng)還是雙通道分布系統(tǒng)及獨(dú)立新建天饋還是利舊天饋等因素，LTE可以采用三種室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案，分別如下：

3.1 LTE FDD單通道建設(shè)方案

單通道建設(shè)方案是指在原800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，LTE FDD采用單通道新增1路饋線、射頻器件和天線。單通道建設(shè)方案可以分為獨(dú)立新建單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)和與800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)共用的單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)。

當(dāng)獨(dú)立新建單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)，LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)與現(xiàn)有的室內(nèi)分布系統(tǒng)在物理上完全隔離。因此LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)不會(huì)影響現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，便于后期對(duì)LTE FDD網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立進(jìn)行規(guī)劃優(yōu)化[4]。

圖2為LTE FDD網(wǎng)絡(luò)利舊CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)，該方案易于實(shí)施且節(jié)省室內(nèi)分布系統(tǒng)投資。在建設(shè)分布系統(tǒng)時(shí)，需要更換現(xiàn)有分布系統(tǒng)中不支持2100MHz頻段的器件，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需求增加天線數(shù)量。然而該方案信源合路引入的插入損耗可能對(duì)現(xiàn)有室分系統(tǒng)的性能有一定影響[5]。

3.2 LTE FDD獨(dú)立建設(shè)雙通道方案

LTE FDD獨(dú)立建設(shè)雙通道方案是采用新建雙通道分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MIMO功能，如圖3所示。在該方案中，該方案需獨(dú)立新建2路分布系統(tǒng)，建設(shè)過程中不影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)LTE FDD系統(tǒng)的獨(dú)立規(guī)劃和優(yōu)化，能夠帶來較好的用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)[5]。當(dāng)采用單極化天線時(shí)，兩個(gè)單極化天線間距應(yīng)保證不低于4λ，在有條件場(chǎng)景盡量保證兩天線間距為10λ，其中λ為波長。

表4 LTE FDD與CDMA同步覆蓋測(cè)試

表5 LTE FDD分布系統(tǒng)建設(shè)方案對(duì)比分析

表6 單通道和雙通道室分系統(tǒng)性能測(cè)試

3.3 LTE FDD與CDMA共分布系統(tǒng)雙通道建設(shè)方案

LTE FDD與CDMA共用分布系統(tǒng)雙通道建設(shè)方案是指與CDMA共用1路天饋系統(tǒng)，另一路單獨(dú)新建天饋系統(tǒng)，通過單極化或雙極化天線的方式實(shí)現(xiàn)MIMO功能，如圖4所示。此方案需要對(duì)原有CDMA分布系統(tǒng)的器件進(jìn)行改造以支持2100MHz頻段的要求。

4 LTE FDD分布系統(tǒng)性能測(cè)試分析

4.1 LTE FDD與CDMA同步覆蓋測(cè)試分析

本論文選取空曠區(qū)域和混泥土墻等典型場(chǎng)景對(duì)LTE FDD與CDMA同步覆蓋性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。測(cè)試結(jié)果顯示在空曠區(qū)域內(nèi)建設(shè)的分布系統(tǒng)，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的接收電平RSRP與CDMA網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻接收電平相差35dB左右；在混泥土墻建筑物內(nèi)的分布系統(tǒng)，LTE FDD網(wǎng)絡(luò)的接收電平RSRP與CDMA網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)頻接收電平相差32dB左右，與理論分析一致。

4.2 LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案分析

表5從技術(shù)、工程實(shí)現(xiàn)、造價(jià)分析、建設(shè)周期等四個(gè)方面對(duì)上述建設(shè)方案進(jìn)行了對(duì)比分析，比較了不同建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)不同的建設(shè)方案給出了典型場(chǎng)景的應(yīng)用建議。從分析中看出，LTE單通道建設(shè)方案的投資低，適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)低而物業(yè)協(xié)調(diào)難的物業(yè)點(diǎn)；LTE FDD獨(dú)立建設(shè)雙通道方案的投資高，適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)高而物業(yè)協(xié)調(diào)低、施工方便的物業(yè)點(diǎn)；LTE FDD與CDMA共分布系統(tǒng)雙通道建設(shè)方案建設(shè)投資適中，適用于高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而原有分布系統(tǒng)施工協(xié)調(diào)難度低的物業(yè)點(diǎn)。實(shí)際工程建設(shè)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景綜合考慮業(yè)務(wù)需求、方案可實(shí)施性、施工難易程度及投資成本等因素，選擇最優(yōu)的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案。

4.3 單通道與雙通道性能分析

選取典型的寫字樓場(chǎng)景對(duì)的LTE FDD單通道和雙通道室分方案進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，通過測(cè)試得知雙通道室分站點(diǎn)上/下行平均吞吐量為46.5Mbps/92.7Mbps，單通道室分站點(diǎn)上/下行平均吞吐量為35.4Mbps/54.5 Mbps，雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)的下行數(shù)據(jù)速率約為單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)下行速率的1.7倍，如表6所示。

5 結(jié)語

本文通過理論和測(cè)試對(duì)比分析了2100MHz LTE FDD網(wǎng)絡(luò)與800MHz CDMA網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)覆蓋的差異，并給出兩種網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)分布系統(tǒng)的同步覆蓋方案。另外本文分析了LTE FDD的室內(nèi)分布系統(tǒng)多種建設(shè)方案及其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)不同的建設(shè)方案給出了應(yīng)用建議和測(cè)試結(jié)論，為今后的LTE FDD室內(nèi)分布系統(tǒng)部署提供重要的決策參考。

[1]3GPP TSG TR 25.913 v9.0.0, Requirements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN). 2007.

[2]3GPP TS 36.211 V11.1.0, Physical Channels and Modulation(Release 11). December,2012.

[3]米世成.CDMA 800M室內(nèi)分布系統(tǒng)承載2.1G頻段CMDA信號(hào)的研究.信息產(chǎn)業(yè).

[4]馮健,蘇彥熙,杜楊.CDMA與LTE-FDD室內(nèi)覆蓋混合組網(wǎng)探討.移動(dòng)通信,2013年第6期.

[5]薛楠,文博,吳瓊.LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案研究.郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2013年1月.

龐京旭(1976年—),男,工程師,本科,從事移動(dòng)通信。

馬哲銳(1984年—),男,工程師,碩士,從事移動(dòng)通信、智慧城市。

孫宜軍(1984年—),男,工程師,碩士,從事移動(dòng)通信。