淺析LTE室內(nèi)覆蓋延伸技術(shù)

卓秀欽

摘 要：隨著室內(nèi)4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不斷增長(zhǎng)，為保證容量需求，確保用戶感知，從LTE室內(nèi)深度覆蓋區(qū)域特定環(huán)境移動(dòng)信道特性入手，提出了幾種分布式小微基站建設(shè)方案，從而實(shí)現(xiàn)LTE室內(nèi)深度覆蓋以及網(wǎng)絡(luò)容量和頻譜利用率的提高。

關(guān)鍵詞：MIMO；SINR；頻譜利用率；分布系統(tǒng)

目前，LTE系統(tǒng)室內(nèi)業(yè)務(wù)量約占網(wǎng)絡(luò)總業(yè)務(wù)量的90% ，室內(nèi)通信質(zhì)量、吞吐量成為移動(dòng)運(yùn)營商服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。LTE室內(nèi)E頻段工作頻率2320～2370MHz，比3G系統(tǒng)如TD-SCDMA高出400MHz，高頻段由于趨膚效應(yīng)對(duì)室分設(shè)備提出更高的工藝和成本要求。另外LTE系統(tǒng)中的MIMO（多輸入多輸出）天線技術(shù)的采用， 對(duì)已受到業(yè)界青睞的室內(nèi)覆蓋技術(shù)如射頻拉遠(yuǎn)、光纖分布系統(tǒng)都提出了新的要求。

1 Small Cell移動(dòng)信道特點(diǎn)

較高的工作頻段帶來更大的傳播損耗，更弱的繞射能力，導(dǎo)致覆蓋半徑十分有限。在實(shí)際移動(dòng)無線通信中，信號(hào)經(jīng)過移動(dòng)信道后到達(dá)接收端會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落和時(shí)間選擇性衰落。要克服頻率選擇性衰落和ISI（符號(hào)之間干擾），傳統(tǒng)的方法采用自適應(yīng)信道均衡器和Rake接收，但在高速數(shù)據(jù)的寬帶通信中，這些傳統(tǒng)方法變得非常復(fù)雜且效果不佳。LTE系統(tǒng)中采用的 OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是一種特殊的低速率多載波并行傳輸技術(shù)，可以克服頻域的干擾問題，但是由多徑造成的ISI問題始終存在。在較小覆蓋半徑的場(chǎng)景中，移動(dòng)信道具有以下特性：（1）多徑時(shí)延擴(kuò)展小，相關(guān)帶寬較大，發(fā)生頻率選擇性衰落概率小；（2）因用戶的移動(dòng)性低引起的多普勒頻移小，相關(guān)時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)生時(shí)間選擇性衰落概率較小。

LTE系統(tǒng)表征網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能指標(biāo)有SINR（信噪比）、RSRP（參考信號(hào)接收功率）。良好的無線信道可以增大SINR，不同SINR對(duì)應(yīng)于不同CQI（信道質(zhì)量指示）等級(jí)，不同的CQI等級(jí)對(duì)應(yīng)著不同調(diào)制、編碼方式（MCS）。較大的SINR，獲得實(shí)現(xiàn)高階的調(diào)制方式的可能性，確保在相同的傳輸帶寬下提高信息速率，從而提高頻譜利用率。同時(shí)用于信道估計(jì)、幫助解調(diào)信道的參考信號(hào)（RS）在良好的無線信道條件下可減少發(fā)射功率，降低開銷，同樣也可提高頻譜效率，從而提高系統(tǒng)吞吐量。另外載波聚合技術(shù)和MIMO技術(shù)通過提高帶寬來提高數(shù)據(jù)吞吐量，載波聚合其根本思想是增加傳輸帶寬，即將數(shù)個(gè)獨(dú)立的較小帶寬的載波（20MHz）整合為一個(gè)大帶寬的載波，支持載波聚合功能的終端可以同時(shí)在多個(gè)載波上進(jìn)行上下數(shù)據(jù)傳輸，大大提高速率。MIMO技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的接收分集等技術(shù)的特點(diǎn)在于發(fā)射端和接收端均采用了多副天線，利用空間維度資源讓每個(gè)天線發(fā)送獨(dú)立的數(shù)據(jù)流，其本質(zhì)是提供多個(gè)并行傳輸信道來提高空中鏈路的帶寬，從而提高系統(tǒng)的吞吐量和頻譜效率。

2 室內(nèi)覆蓋延伸技術(shù)

目前，室內(nèi)延伸覆蓋解決方案大致有：（1）通過室外穿透覆蓋室內(nèi)區(qū)域，即采用室外宏站和微站相結(jié)合，將室外信號(hào)打入室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋。（2）建設(shè)傳統(tǒng)的分布系統(tǒng)，多天線分布系統(tǒng)是目前應(yīng)用較廣的無源系統(tǒng)，但是隨著工作頻段的提高，傳統(tǒng)室分中采用的大量無源器件（耦合器、功分器等）存在設(shè)計(jì)難度大，復(fù)雜度高，后期維護(hù)困難等問題。（3）室內(nèi)部署小微基站，如Nanocell。通過以上移動(dòng)信道特性分析，室內(nèi)部署小微基站方案在頻譜利用率和容量方面具有優(yōu)勢(shì)。下面主要分析幾種室內(nèi)小微基站以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境深度覆蓋。

2.1 多業(yè)務(wù)數(shù)字分布系統(tǒng)

數(shù)字分布系統(tǒng)由接入控制單元、近端擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端射頻單元組成，接入控制單元允許接入的信源有：2G、3G、4G蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)、WLAN（無線局域網(wǎng)）和固網(wǎng)寬帶，并完成數(shù)字處理轉(zhuǎn)化為光信號(hào)輸出。近端擴(kuò)展單元提供多個(gè)網(wǎng)口/光端口分別連接遠(yuǎn)端射頻單元，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端射頻單元信號(hào)傳輸和遠(yuǎn)程供電，一般最遠(yuǎn)距離可達(dá)100米。支線末端的遠(yuǎn)端單元安裝于目標(biāo)覆蓋區(qū)，可集成雙極化天線、支持雙通道功率獨(dú)立可調(diào)輸出，滿足 MIMO技術(shù)應(yīng)用部署需求。這種以全數(shù)字化的方式傳輸多制式系統(tǒng)、多業(yè)務(wù)信號(hào)的系統(tǒng)集成EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）、固網(wǎng)和中繼器功能，在抗多系統(tǒng)干擾和系統(tǒng)同步穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.2 BBU+picoRRU

信號(hào)源方式BBU（基帶資源單元）+RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）其組網(wǎng)方式靈活，RRU靠近天線安裝從而減少饋線損耗而得到廣泛應(yīng)用。為了滿足室內(nèi)深度覆蓋和熱點(diǎn)覆蓋，提出了微RRU（picoRRU），微RRU可選擇獨(dú)立的BBU或者與宏站共用基帶資源池，一個(gè)BBU可以帶多個(gè)微RRU，它們之間可以用光纖或五類雙絞線連接。功耗低且覆蓋半徑小，容易實(shí)現(xiàn)電源遠(yuǎn)供。多個(gè)微RRU通過不同連接方式實(shí)現(xiàn)小區(qū)分裂和合并的功能。

傳統(tǒng)的單個(gè)RRU配置一個(gè)雙極化天線，要實(shí)現(xiàn)MIMO雙流模式提高系統(tǒng)吞吐量，可以直接利用雙通道微RRU設(shè)備，也可以通過2路獨(dú)立饋線和天線構(gòu)成2*2 MIMIO系統(tǒng)。即利用同一個(gè)BBU下掛的2個(gè)相同的單通道RRU，每個(gè)RRU帶1路室分天線，通過雙拼（其中星形連接時(shí)同級(jí)雙拼，鏈形連接時(shí)相鄰雙拼）形成2路共同覆蓋同一個(gè)區(qū)域。微RRU設(shè)備含有射頻單元，多點(diǎn)分布覆蓋時(shí)必須注意支路信號(hào)平衡度和隔離度，在正常情況下，允許通道間功率差不超過5dB ，通過調(diào)整多天線布放間距或提高雙極化天線端口隔離來提高支路信號(hào)隔離度，從而充分發(fā)揮MIMO性能的優(yōu)越性。在一些場(chǎng)景中可增加RHUB（射頻集線器）來實(shí)現(xiàn)稍大范圍的覆蓋。傳統(tǒng)的RRU級(jí)聯(lián)會(huì)引起系統(tǒng)底噪的增加，但是由于picoRRU具有picoNodeB優(yōu)點(diǎn)，適合多系統(tǒng)共存設(shè)計(jì)，因此對(duì)其數(shù)量并未進(jìn)行限制。

2.3 Small Cell模式

Small Cell是低功率無線接入節(jié)點(diǎn)，屬于微功率基站，覆蓋單元通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)與LTE核心網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)S1 接口信令和數(shù)據(jù)加密。（1）Small Cell在網(wǎng)絡(luò)中的等級(jí)和功能與LTE eNODEB（增強(qiáng)型基站）相同，因此它不僅可以延伸信號(hào)覆蓋，還能提供容量覆蓋。（2）具備自組織網(wǎng)絡(luò)功能，基站分布密度的增加將不可避免地導(dǎo)致越區(qū)切換通過自動(dòng)配置參數(shù)，實(shí)現(xiàn)終端用戶在微基站和宏站之間切換流程和切換關(guān)系，同時(shí)有效分流數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動(dòng)態(tài)調(diào)配，使負(fù)荷均衡。（3）小區(qū)和宏區(qū)之間的干擾可通過異頻組網(wǎng)逐步優(yōu)化，小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)（ICIC）技術(shù)可避免相鄰小區(qū)間的干擾，實(shí)現(xiàn)小區(qū)間高效協(xié)作。（4）分布式天線技術(shù)導(dǎo)致基站密度不斷攀升，協(xié)同多點(diǎn)（CoMP）傳輸可以很好地進(jìn)行無線站之間的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步。（5）小區(qū)增強(qiáng)技術(shù)（CRE）提升了微基站吸收熱點(diǎn)話務(wù)的能力，增大移動(dòng)終端駐留服務(wù)小區(qū)的概率，達(dá)到負(fù)載分流的作用，保證小區(qū)分裂增益的最大化。

3 結(jié)束語

室內(nèi)數(shù)據(jù)用戶數(shù)目增加的同時(shí)，用戶對(duì)信息傳輸速率、時(shí)延、可靠性提出更高的要求。宏微結(jié)合的方式為當(dāng)前不斷增長(zhǎng)的無線數(shù)據(jù)提供了一種切實(shí)有效的組網(wǎng)方式，通過宏基站和小基站的多層級(jí)分層次部署，利用小微基站完善室內(nèi)深度覆蓋，保證用戶享受良好網(wǎng)絡(luò)下載體驗(yàn)，提升室內(nèi)覆蓋投資效益比。

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