LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)典型建設(shè)方案研究

王方正　張文超

【摘要】 針對(duì)當(dāng)前LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)追求局部精細(xì)優(yōu)化、完善深度覆蓋的需求提出了LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)典型建設(shè)方案研究。文章簡(jiǎn)述了LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景，并對(duì)其工程指標(biāo)要求、新建方案、改造方案等內(nèi)容進(jìn)行深入分析和總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】 LTE 室內(nèi)分布系統(tǒng) 新建方案 改造方案

一、引言

工業(yè)和信息化部于2013年12月4日向中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司、中國(guó)電信集團(tuán)公司和中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司頒發(fā)“LTE/第四代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）”經(jīng)營(yíng)許可。至此國(guó)內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正式步入快車道。

城市的快速發(fā)展帶來(lái)的是鋼筋混凝土、結(jié)構(gòu)高大的建筑物，無(wú)線環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)遮擋嚴(yán)重，信號(hào)衰落大，如何解決城區(qū)深度覆蓋的問(wèn)題、掃清城區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的死角，提升用戶對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)感知等方面的需求，成為室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)亟需解決的一個(gè)重要課題。

二、LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)

2.1 LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景介紹

室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋范圍廣泛，覆蓋場(chǎng)景種類繁多，現(xiàn)將重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景從建設(shè)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)的角度進(jìn)行初步分析。（1）高層寫字樓和酒店。建筑特點(diǎn)：該類建筑多為全鋼或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外加玻璃幕墻。樓層內(nèi)的墻壁多采用復(fù)合吸音材料，穿透損耗較小。業(yè)務(wù)特點(diǎn)：高端用戶多，業(yè)務(wù)密集，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量大。（2）商場(chǎng)。建筑特點(diǎn)：多為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)外加玻璃幕墻，層內(nèi)一般無(wú)阻擋或是簡(jiǎn)單的裝修隔檔，穿透損耗小，層間穿透損耗較大。業(yè)務(wù)特點(diǎn)：節(jié)假日或平日晚上業(yè)務(wù)量大，多以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主。（3）室內(nèi)體育場(chǎng)和會(huì)議中心。建筑特點(diǎn)：該室內(nèi)無(wú)線傳播條件比較理想，信號(hào)為視距傳輸，能量以直達(dá)為主。業(yè)務(wù)特點(diǎn)：業(yè)務(wù)主要以事件為觸發(fā)，展覽、會(huì)議、賽事舉行時(shí)，業(yè)務(wù)量出現(xiàn)高峰。（4）城市地鐵。建筑特點(diǎn)：高業(yè)務(wù)量，大型建筑，傳播模型復(fù)雜。業(yè)務(wù)特點(diǎn)：流動(dòng)人員集中且話務(wù)量較高，主要以語(yǔ)音業(yè)務(wù)、短信和即時(shí)業(yè)務(wù)為主。（5）機(jī)場(chǎng)、車站。建筑特點(diǎn)：該建筑風(fēng)格各異，占地面積大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樓層非?？諘纭I(yè)務(wù)特點(diǎn)：話務(wù)密度較高，普通語(yǔ)音、短信和即時(shí)業(yè)務(wù)為主，VIP區(qū)域需要數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連續(xù)覆蓋。（6）地下車庫(kù)。建筑特點(diǎn)：建筑結(jié)構(gòu)多為加強(qiáng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，封閉情況很好。業(yè)務(wù)特點(diǎn)：高端用戶比重較大，但話務(wù)量較小且以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主。

2.2 LTE室內(nèi)分布工程指標(biāo)要求

2.2.1 覆蓋指標(biāo)

（1）邊緣場(chǎng)強(qiáng)：室內(nèi)目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)公共參考信號(hào)接收功率（RSRP）≥-105dBm，覆蓋概率達(dá)到95%。（2）室內(nèi)信號(hào)外泄場(chǎng)強(qiáng)：室外10米外泄信號(hào)：室外第一導(dǎo)頻的RSRP-室內(nèi)外泄信號(hào)的RSRP≥5dB。（3）RSRP參考信號(hào)接收質(zhì)量：室內(nèi)外異頻組網(wǎng)場(chǎng)景：?jiǎn)温肥覂?nèi)分布95%區(qū)域，公共參考信號(hào)信干噪比 RS SINR 大于6dB，雙路室內(nèi)分布公共參考信號(hào)信干噪比 RS SINR 大于9dB。室內(nèi)外同頻組網(wǎng)場(chǎng)景：?jiǎn)温肥覂?nèi)分布95%區(qū)域，公共參考信號(hào)信干噪比 RS SINR 大于-3dB，雙路室內(nèi)分布公共參考信號(hào)信干噪比 RS SINR 大于0dB。

2.2.2 業(yè)務(wù)質(zhì)量

（1）無(wú)線信道呼損率：不高于2%。（2）無(wú)線接通率：規(guī)劃區(qū)域內(nèi)90%區(qū)域，優(yōu)于99%概率。（3）誤塊率：規(guī)劃區(qū)域內(nèi)90%區(qū)域，BLER< 10%。（或收斂于10%）。（4）目標(biāo)吞吐量：15MHz帶寬條件下，室內(nèi)單載波小區(qū)：?jiǎn)翁炀€DAS：下行25Mbps，上行 15Mbps；雙天線DAS：下行40-75Mbps，上行 20-30Mbps。（5）目標(biāo)邊緣速率：下行4Mbps，上行 256Kbps。

2.2.3 天線選型

（1）根據(jù)室內(nèi)覆蓋具體情況，合理選擇不同類型、不同波瓣寬度、不同增益的天線。（2）密閉環(huán)境選擇全向吸頂天線；易泄漏的區(qū)域可選擇定向天線朝不泄漏的區(qū)域覆蓋。（3）開闊型環(huán)境優(yōu)選新型全向吸頂天線進(jìn)行覆蓋。（4）半開放環(huán)境在窗戶或走道等邊緣地區(qū)使用定向天線。（5）大面積使用玻璃幕墻的環(huán)境，應(yīng)使用定向天線，從幕墻邊緣向室內(nèi)中心輻射。（6）電梯選取對(duì)數(shù)周期天線或定向天線安裝在電梯井進(jìn)行覆蓋。

2.2.4 LTE天線與其他系統(tǒng)天線間距要求，見表1。

2.2.5 MIMO天線要求

（1）在MIMO雙流的情況下，可以選擇2個(gè)單極化天線或1個(gè)雙極化天線。若天線安裝空間受限或物業(yè)協(xié)調(diào)困難場(chǎng)景，優(yōu)先選擇使用室分雙極化天線。（2）對(duì)于支持MIMO的雙路室內(nèi)分布系統(tǒng)，組成MIMO天線陣的兩個(gè)單極化天線口功率值之差要求控制在5dB以內(nèi)（3dB以內(nèi)最佳）。實(shí)測(cè)：功率差5dB時(shí)，小區(qū)上行吞吐量下降8.8%，下行吞吐量下降6.8%。功率不平衡會(huì)提高信號(hào)解調(diào)門限，需提高相應(yīng)的調(diào)制編碼方式，因而吞吐量下降。（3）為了保證LTE的MIMO性能，建議雙天線盡量采用10λ以上間距，約為1.25 米，如實(shí)際安裝空間受限雙天線間距不應(yīng)低于4λ，約為0.5米。

2.2.6 天線密度及功率要求

根據(jù)試驗(yàn)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般建筑物L(fēng)TE室內(nèi)分布系統(tǒng)，天線總出口功率應(yīng)控制在10～15dBm（總功率）。

（1）對(duì)于特殊場(chǎng)景，天線口功率還可適當(dāng)酌情提高，但應(yīng)滿足國(guó)家對(duì)于電磁輻射防護(hù)的規(guī)定。（2）天線覆蓋半徑參考建議為：在半開放環(huán)境，單天線情況下，如商場(chǎng)、超市、停車場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等，覆蓋半徑取10～15米；在較封閉環(huán)境，單天線的情況下，如酒店、寫字樓、辦公樓、娛樂(lè)場(chǎng)所等，覆蓋半徑取8～10米。

2.2.7 饋線及無(wú)源器件使用原則

（1）室內(nèi)分布系統(tǒng)主干饋線中不使用8D/10D饋線；（2）超過(guò)5米小于30米的線纜選用1/2饋線；（3）主干饋線中長(zhǎng)度超過(guò)30米選用7/8饋線。（4）器件工作頻率范圍要求為800～2500MHz，其駐波比、插損滿足規(guī)范要求。

2.2.8 LTE與CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)合路原則

LTE RSRP邊緣場(chǎng)強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)比CDMA導(dǎo)頻標(biāo)準(zhǔn)低20dB，CDMA設(shè)計(jì)規(guī)范邊緣場(chǎng)強(qiáng)-85dBm，LTE設(shè)計(jì)規(guī)范邊緣場(chǎng)強(qiáng)-105dBm。

相對(duì)CDMA系統(tǒng)， LTE信源功率差、饋線損耗和空間傳播損耗較大，造成合路后比CDMA導(dǎo)頻信號(hào)弱30dB。由此，如原有CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)天線密度較大，邊緣場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到-75dBm，則LTE邊緣場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)-105dBm，基本滿足覆蓋要求，對(duì)于CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)邊緣場(chǎng)強(qiáng)低于-75dBm的室內(nèi)分布系統(tǒng)，則需要通過(guò)LTE小區(qū)分裂、增加天線密度等方式滿足覆蓋。

2.3 LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)新建方案

2.3.1 單路建設(shè)方式

對(duì)于LTE數(shù)據(jù)速率及容量要求不高的區(qū)域，如：聚類市場(chǎng)、商務(wù)樓宇、星級(jí)酒店、娛樂(lè)場(chǎng)所、政企單位、醫(yī)院，建議采用單路建設(shè)方式，如圖1所示。

2.3.2 雙路建設(shè)方式

對(duì)于重要場(chǎng)景、高話務(wù)量高流量的場(chǎng)景，如：交通樞紐、高校、大型場(chǎng)館、自有營(yíng)業(yè)廳、手機(jī)賣場(chǎng)等，建議建設(shè)雙路天饋系統(tǒng)，如圖2所示。

2.4 LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)改造方案

2.4.1 改造方案A：直接合路原系統(tǒng)（單通道）

增加合路器，直接合路。適用場(chǎng)景：適合對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求量不大，或改造極其困難的場(chǎng)景。優(yōu)點(diǎn)：工程改造量小，更換合路器即可。缺點(diǎn)：不能充分體現(xiàn)LTE的MIMO特性，相同情況下系統(tǒng)峰值吞吐量只能達(dá)到雙通道方式的60%，如圖3所示。

2.4.2 改造方案B：對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造后進(jìn)行合路（單通道）

對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加天線密度，新建或更換主干，增加合路器。適用場(chǎng)景：客流量大，語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量較大，但物業(yè)協(xié)調(diào)困難，無(wú)法大規(guī)模施工。優(yōu)點(diǎn)：工程改造量較小。缺點(diǎn)：不能充分體現(xiàn)LTE的MIMO特性，相同情況下系統(tǒng)峰值吞吐量只能達(dá)到雙通道的60%，如圖4所示。

2.4.3 改造方案C：新建一路，利舊一路（雙通道）

在原有室內(nèi)分布系統(tǒng)基礎(chǔ)上以合路方式利舊一路，新建一路的方式進(jìn)行LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)改造。適用場(chǎng)景：滿足高速率體驗(yàn)需求，具備改造條件的樓宇。

優(yōu)點(diǎn)：充分體現(xiàn)LTE MIMO特性，整體投資額比新建雙路方式少，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。缺點(diǎn)：仍需建設(shè)一套室內(nèi)分布系統(tǒng)，工程量較大?？刂苾陕废到y(tǒng)同位置天線口功率差在5dBm以內(nèi)較難實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。

2.4.4 不同建設(shè)方案造價(jià)對(duì)比

各種建設(shè)方式與直接合路改造方式的投資對(duì)比情況如表2所示：

2.4.5 不同場(chǎng)景改造方案總結(jié)

考慮到天線口功率平衡、施工難度、投資等問(wèn)題因素，暫不建議采用第三種方式。不同場(chǎng)景下的建議改造方案如所表3所示：

三、結(jié)束語(yǔ)

4G如期而至，超過(guò)80%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也將發(fā)生在室內(nèi)。這意味著室內(nèi)覆蓋將成為我國(guó)即將開展的4G市場(chǎng)之爭(zhēng)的重中之重。LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)方案可借鑒前期相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，但在實(shí)際的工程中還需結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)特性和不斷出現(xiàn)的新技術(shù)進(jìn)行完善和總結(jié)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 3GPP TR 21.905：”Vocabulary for 3GPP Specification”.

[2] 陸健賢. 移動(dòng)通信分布系統(tǒng)原理與工程設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社. 2008

[3] 肖清華. TD-LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)與優(yōu)化. 人民郵電出版社. 2013

[4] Stefania Sesia. LTE/LTE-Advanced：UMTS長(zhǎng)期演進(jìn)理論與實(shí)踐. 人民郵電出版社. 2012