LTE對室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案探討

【摘 要】4G時代——LTE網(wǎng)絡(luò)即將到來，LTE網(wǎng)絡(luò)也將為用戶提供更高速的網(wǎng)絡(luò)體驗，未來的4G通信可實現(xiàn)真正意義上的溝通自由，將徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕鐣螒B(tài)。在3G時代的重要標(biāo)志之一是人們對于無線室內(nèi)環(huán)境的高速要求，隨著目前3G移動網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，室內(nèi)覆蓋的好壞直接影響到3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，實現(xiàn)高質(zhì)量的室內(nèi)覆蓋已越來越重要。面對未來室內(nèi)的LTE網(wǎng)絡(luò)，如何建設(shè)優(yōu)質(zhì)的LTE室內(nèi)覆蓋，實現(xiàn)室內(nèi)用戶高速的網(wǎng)絡(luò)體驗將成為一個重要課題，LTE網(wǎng)絡(luò)給室內(nèi)覆蓋也提出諸多網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求。

【關(guān)鍵詞】LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；MIMO技術(shù)；多進多出；雙通道；雙極化天線

1.引言

隨著城市發(fā)展越來越快，高層樓宇數(shù)量如雨后春筍般快速增長，城市樓宇移動信號遮擋越來越嚴(yán)重，高檔寫字樓、酒店、大型城市綜合體的樓宇樓層都較高，用戶大多為VIP客戶，對上網(wǎng)質(zhì)量要求較高。2G、3G時代存在的同樣問題是高層深度覆蓋不足，信號質(zhì)量較差，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量不夠，2G、3G主要通過室外基站覆蓋室內(nèi)和室內(nèi)分布系統(tǒng)兩種方案來解決。4G時代為了實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，滿足用戶日益增加的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量需求，LTE采用先進的MIMO技術(shù)，利用多天線系統(tǒng)的空間信道特性，能同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，從而有效提高數(shù)據(jù)速率和頻譜效率。在LTE中由于快衰落、空間損耗等問題，使MIMO的室內(nèi)覆蓋很難通過室外基站實現(xiàn)。因此，室內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)必須采用室內(nèi)分布系統(tǒng)來進行覆蓋。

2.LTE室內(nèi)覆蓋方案分析及解決方案建議

2.1 LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)問題與難點

（1）與2G、3G室內(nèi)覆蓋相比，由于MIMO技術(shù)的引入使得LTE的室內(nèi)覆蓋發(fā)生變化，信源都需采用雙通道進行傳輸，基站輔助設(shè)備也需采用相應(yīng)的解決方案來繼續(xù)保持LTE中MIMO特性；MIMO采用多通道傳輸，在實際工程中可能存在多根電纜安裝受限問題。

圖1 MIMO技術(shù)定義

（2）MIMO的室內(nèi)覆蓋很難通過室外基站實施。

（3）在LTE室分系統(tǒng)新建一路，改建一路時，LTE存在著與其它系統(tǒng)的頻率兼容問題。

（4）LTE室分系統(tǒng)新建一路，改建一路情況下，可能出現(xiàn)新建一路室分系統(tǒng)性能好于舊路室分系統(tǒng)的情況，由此可能出現(xiàn)同屬于一個2通道RRU的兩根天線上發(fā)出的信號強度不同，從而導(dǎo)致鏈路不平衡問題。

（5）與2G、3G相比，室內(nèi)分布系統(tǒng)需要布放多根天線，這就涉及到天線的選擇與安裝問題。

2.2 室分系統(tǒng)建設(shè)解決方案

對于LTE室分系統(tǒng)的建設(shè)，建議采用BBU+RRU的分布式基站進行部署?？紤]到現(xiàn)有通信系統(tǒng)向LTE的平滑演進，LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)考慮新建和改造兩種方案。

2.2.1 新建室內(nèi)分布系統(tǒng)的解決方案

對于新建的室內(nèi)分布系統(tǒng)，建議采取如下具體解決方案：

（1）對于覆蓋區(qū)域面積相對較小的場景，建議采用BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)來進行覆蓋。一個BBU可以連接多個RRU，BBU+RRU方案對于容量配置非常靈活，可按照容量需求，通過BBU控制給該區(qū)域的RRU分配足夠的容量，從而解決容量問題。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不大的站點可考慮建設(shè)單通道的LTE；室內(nèi)覆蓋點只需要一條射頻傳輸鏈路和一根吸頂天線進行發(fā)射和接收，其示意圖如圖2所示。

圖2 單通道LTE室分系統(tǒng)

（2）對于覆蓋面積中等甚至較大的場景，且數(shù)據(jù)需求大，建議采用BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)進行覆蓋，從而解決覆蓋的問題。室分系統(tǒng)采用2個通路進行傳輸，從而保證室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋質(zhì)量。室分站點需要通過一根雙極化天線或者兩個物理位置不同的普通單極化吸頂天線進行發(fā)射和接收，形成2×2MIMO組網(wǎng)，圖3為單極化雙通道建設(shè)模式。圖4為雙極化雙通道建設(shè)模式。

圖3 單極化雙通道LTE室分系統(tǒng)

圖4 雙極化雙通道LTE室分系統(tǒng)

2.2.2 改建室內(nèi)分布系統(tǒng)的解決方案

對于在原有2G、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改建LTE的共享室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，建議采取如下具體解決方案：

（1）對于現(xiàn)有室分系統(tǒng)中，覆蓋區(qū)域面積相對較小的場景，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不大，建議采用單通道的方式覆蓋，LTE與其他系統(tǒng)（如GSM、DCS、TD-SCDMA、WCDMA等）共用原分布系統(tǒng)，按照LTE系統(tǒng)性能需求進行規(guī)劃和建設(shè)，必要時應(yīng)對原系統(tǒng)進行適當(dāng)改造，其示意圖如圖5所示。

圖5 現(xiàn)有室分系統(tǒng)合路LTE系統(tǒng)

（2）對于現(xiàn)有室分系統(tǒng)中，覆蓋面積中等甚至較大的場景，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求大，建議新建一路室分系統(tǒng)，合路一路原有系統(tǒng)，LTE一路室分與其他系統(tǒng)（如GSM、DCS、TD-SCDMA、WCDMA等）共用，另一路室分主要為LTE（或LTE與802.11n）使用。共用的一路室分按照LTE系統(tǒng)性能需求進行規(guī)劃和建設(shè)，另外一路也應(yīng)通過饋線（型號及路由）、無源器件（如功分器和耦合器等）的選擇確保LTE系統(tǒng)在不同MIMO通道中的功率平衡。圖6為一路新建一路合路的LTE室分系統(tǒng)建設(shè)模式。

圖6 一路新建一路合路的LTE室分系統(tǒng)

在LTE室內(nèi)分布新建1路改造1路的情況下，可能出現(xiàn)新建一路室分系統(tǒng)性能好于舊路室分系統(tǒng)的情況，由此可能出現(xiàn)同屬于一個2通道RRU的兩根天線上發(fā)出的信號強度不同。兩路不平衡，直接影響實際的信道矩陣，有可能原來滿秩的矩陣變得不滿秩了，那么MIMO模式下的信道容量肯定降低。

（a）保證兩路平衡，可以保證滿秩的信道矩陣，但是降低總的發(fā)射功率，信道矩陣的特征值降低，同樣降低信道容量；（實現(xiàn)方法：在新建一路上增加額外的衰減器，使兩路發(fā)出的信號強度相同）

（b）保證兩路不平衡，應(yīng)用已有的預(yù)編碼碼字，不能保證滿稚的信道矩陣，信道容量也會降低；

（c）保證兩路不平衡，但是在預(yù)編碼的時候，加上不平衡產(chǎn)生的調(diào)整，使得最后的實際信道矩陣仍然保持滿秩，而且特征值的大小也不降低，這樣可以保證信道容量。

綜上所述：肯定是（c）最好，但是根據(jù)不平衡的程度來調(diào)整預(yù)編碼碼字的理論推導(dǎo)還是非常復(fù)雜的。目前工（下轉(zhuǎn)第16頁）（上接第14頁）程上考慮，可以采用（a），雖然信道矩陣的秩降低了，但是根據(jù)已有的預(yù)編碼碼字，可以保證信道基本滿足MIMO的要求（接近滿秩）；如果采用（b），根據(jù)目前的碼字，無法保證實際的信道滿足MIMO的要求。

（3）對于多運營商共建共享室內(nèi)分布系統(tǒng)，為避免各合路系統(tǒng)之間干擾，發(fā)射和接收采用POI合路的方式，采用各自獨立的天饋系統(tǒng)。LTE雙通道信號可在POI后級合路分別饋入上、下行天饋完成覆蓋。圖7為收發(fā)分纜室分系統(tǒng)LTE改造方案。

圖7 收發(fā)分纜室分系統(tǒng)LTE改造

2.2.3 室分系統(tǒng)中天線的解決方案

對于室內(nèi)某一指定區(qū)域，若考慮實現(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。

單極化吸頂天線間距要求：對于兩套單極化吸頂天線而言，希望通過增大天線間距以達(dá)到雙天線通道低相關(guān)性的要求，開放場景（走廊、樓道）天線間距配置為4倍波長以上，封閉場景（會議室、辦公室）天線間距為10倍波長以上。

天線選擇的原則：開闊場景（走廊、樓道）時單極化天線/雙極化天線均可滿足MIMO應(yīng)用，根據(jù)工程安裝需求選擇天線類型即可；封閉場景（會議室、辦公室）時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1～2m）。

對于新建1路改造1路場景模型時，考慮到不同系統(tǒng)頻率的兼容問題，建議采用如下天線安裝方案：

采用一個LTE雙極化吸頂天線：LTE室分系統(tǒng)一路新建，另一路與其它系統(tǒng)通過合路器后一起傳輸，要求雙極化吸頂天線適應(yīng)的頻率范圍為800～2700MHz。圖8為雙極化天線安裝示意圖。

圖8 雙極化天線安裝示意圖

采用兩個LTE單極化吸頂天線：LTE室分系統(tǒng)一路新建，另一路與其它系統(tǒng)通過合路器后一起傳輸（該路的單極化天線要求適應(yīng)的頻率范圍為800～2700MHz）。圖9為單極化天線安裝示意圖。

圖9 單極化天線安裝示意圖

3.小結(jié)

關(guān)于室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)LTE的方式多樣化，其實現(xiàn)的方案也有多種選擇，實際的建設(shè)要求需根據(jù)用戶的發(fā)展需要去選擇。不同的建設(shè)模式，LTE網(wǎng)絡(luò)對室分系統(tǒng)有著不一樣的建設(shè)要求，運營商可根據(jù)自身網(wǎng)絡(luò)的情況，選擇合適的建設(shè)模式進行建設(shè)LTE。

作者簡介：賴曉斌（1979—），男，湖南郴州人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司，研究方向：移動通信。