TD-LTE多場景室內(nèi)深度覆蓋解決方案

常爽

（中國移動通信集團四川有限公司，成都 610041）

2013年12月4日，工信部向三大電信運營商發(fā)放了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)運營牌照，標(biāo)志著中國移動通信進入4G時代。LTE是由3GPP制定的高數(shù)據(jù)速率、低時延、面向分組域的新一代寬帶移動通信標(biāo)準(zhǔn)。LTE分為FDD和TDD兩個版本，其中TD-LTE是LTE的TDD版本，它繼承了TD-SCDMA的特殊時隙和智能天線等關(guān)鍵技術(shù)，是中國主導(dǎo)的4G國際標(biāo)準(zhǔn)。

從3G業(yè)務(wù)分布規(guī)律來看，大約有70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)信號覆蓋質(zhì)量成為影響4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵點。我國TD-LTE運行頻率處于2 GHz頻段，信號穿透能力和繞射能力較弱。隨著城市化進程的加快，大型建筑和高層建筑逐漸成為新型城市建筑的主體，4G室內(nèi)覆蓋建設(shè)規(guī)模大、造價高、施工難度大，已經(jīng)成為4G無線網(wǎng)建設(shè)的投資重點和難點。目前，除傳統(tǒng)的無源分布系統(tǒng)外，也涌現(xiàn)出一些新型的室內(nèi)覆蓋技術(shù)，比如光纖分布系統(tǒng)、小基站模式和飛小區(qū)（Femtocell或者稱為Nanocell）等。因此，我們必須進一步分析室內(nèi)覆蓋場景特征，研究如何運用新技術(shù)，系統(tǒng)化室內(nèi)深度覆蓋解決方案，在保障業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下，有效降低工程造價水平。

1 我國TD-LTE頻譜分配情況

頻率是無線系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，也是影響其覆蓋能力的關(guān)鍵。在國際上，世界無線電大會負(fù)責(zé)全球頻率資源分配的協(xié)調(diào)。在國內(nèi)，由工信部負(fù)責(zé)頻率資源的分配。目前工信部已經(jīng)對中國TD-LTE使用頻率進行了劃分，具體如表1所示。

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從目前分配的頻率來看，中國的4G系統(tǒng)工作在2 GHz頻段。該頻段傳播、繞射和穿透能力都低于GSM900 MHz頻段。這給4G的深度覆蓋帶來較大挑戰(zhàn)。

2 室內(nèi)覆蓋場景分類

從建筑物的結(jié)構(gòu)和體量來劃分，可以將室內(nèi)覆蓋場景分為兩類，一類是簡單結(jié)構(gòu)樓宇，主要特征是內(nèi)部縱深較小、結(jié)構(gòu)較為簡單，單層面積較低的建筑，常見的有普通居民小區(qū)、中高層居民小區(qū)、別墅區(qū)、回字形布局的建筑物等。另一類是復(fù)雜結(jié)構(gòu)樓宇，主要特點是內(nèi)部縱深較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單層面積較大的建筑物，如大型單體建筑、大型高層建筑、大型交通樞紐等。

從建筑物不同區(qū)域的業(yè)務(wù)需求分布來劃分，可以將室內(nèi)覆蓋場景分為高業(yè)務(wù)需求區(qū)域、基本業(yè)務(wù)需求區(qū)域、無業(yè)務(wù)需求區(qū)域，以及臨時性和過渡性需求區(qū)域。高業(yè)務(wù)需求區(qū)域主要是用戶駐留且發(fā)生大量話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的區(qū)域，如正常營業(yè)時間內(nèi)的商場、已經(jīng)入住公司的寫字樓樓層、已經(jīng)投入使用的交通樞紐的用戶候車區(qū)域等?；緲I(yè)務(wù)需求區(qū)域主要是指地下停車場等區(qū)域。這些區(qū)域用戶停留時間很短，通常處于移動狀態(tài)，業(yè)務(wù)需求很低。無業(yè)務(wù)需求區(qū)域主要是指在建大樓、尚未出租的寫字樓或者樓層，未有或者少量住戶入住的居民小區(qū)等，這些樓宇或者局部區(qū)域在短期內(nèi)基本沒有業(yè)務(wù)需求。臨時性和過渡性需求區(qū)域是指用戶少量入住，建筑物局部存在業(yè)務(wù)需求的區(qū)域，或者用戶在建筑物某處短期集中（如會議室），導(dǎo)致的業(yè)務(wù)突發(fā)區(qū)域。

針對不同的建筑物特點和業(yè)務(wù)需求發(fā)展階段，可以因地制宜地選擇最優(yōu)室內(nèi)覆蓋解決方案。

3 TD-LTE分場景室內(nèi)深度覆蓋解決方案

3.1 TD-LTE室內(nèi)覆蓋的規(guī)劃指標(biāo)要求

室內(nèi)覆蓋規(guī)劃需要同時考慮網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋質(zhì)量兩個方面。網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃主要基于用戶和業(yè)務(wù)預(yù)測，通過小區(qū)劃分和載波配置數(shù)量來解決。覆蓋規(guī)劃主要確保目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)的信號覆蓋強度和質(zhì)量。覆蓋規(guī)劃的主要指標(biāo)包括室內(nèi)面積覆蓋率、RSRP和RS-SINR等。根據(jù)測試經(jīng)驗，結(jié)合業(yè)務(wù)質(zhì)量要求，室內(nèi)覆蓋指標(biāo)參考取值如下。

面積覆蓋率：通常取值為95%。

RSRP：在普通覆蓋區(qū)域，該值要求大于或等于-105 dBm；在會議室、重要辦公區(qū)域、營業(yè)廳等區(qū)域，該值要求大于或等于-95 dBm。

RS-SINR：在普通覆蓋區(qū)域，該值要求大于或等于6 dB；在會議室、重要辦公區(qū)域、營業(yè)廳等區(qū)域，該值要求大于或等于9 dB。

在4G業(yè)務(wù)發(fā)展的初期，室內(nèi)分布首先需要解決覆蓋質(zhì)量問題。

3.2 簡單結(jié)構(gòu)樓宇場景的覆蓋方案

對簡單樓宇的覆蓋優(yōu)先采用“室外覆蓋室內(nèi)”的方式，即采用室外宏站或者室外分布系統(tǒng)，從外向?qū)ㄖ锸覂?nèi)區(qū)域進行覆蓋。該方案需要根據(jù)不同的建筑物特點，可采用不同的建設(shè)方案。

（1）對于連續(xù)規(guī)則排列的居民住宅，包括高層住宅樓宇，可使用“RRU+特型天線”，采用從低向上覆蓋、從高向下覆蓋和兩樓之間相互對打的覆蓋方式（如圖1所示）。RRU主要采用雙通道RRU。特型天線包括偽裝天線（如射燈天線）、壁掛板狀天線等。

圖1 規(guī)則排列居民住宅覆蓋方式

圖2 獨棟高層建筑物覆蓋方式

（2）對于縱深較淺的獨棟高層建筑物，可采用“BBU+多個RRU+定向天線”上傾覆蓋方案，從建筑物的多個角度進行深度覆蓋（如圖2所示）。

（3）該方案造價低，布局靈活，業(yè)主協(xié)調(diào)難度較低。對于局部覆蓋不足的區(qū)域，如電梯、地下停車場等，可輔以分布系統(tǒng)加特型天線進行補充覆蓋。

3.3 結(jié)構(gòu)復(fù)雜樓宇場景的覆蓋方案

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型樓宇、高層樓宇，“室外覆蓋室內(nèi)”方式已經(jīng)不能滿足覆蓋縱深和質(zhì)量的要求，因而只能采用室內(nèi)分布系統(tǒng)進行覆蓋，主要采用的技術(shù)手段包括常規(guī)無源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)以及小基站模式等。

（1）常規(guī)無源分布系統(tǒng)。該方案利用合路器將2G/3G/4G信號饋入，通過饋線傳送射頻信號，利用功分器、耦合器分配信號功率，通過吸頂天線等來發(fā)射和接收信號。無源分布系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣的室內(nèi)覆蓋方案。對于已有2G/3G分布系統(tǒng)的樓宇，可利舊改造現(xiàn)有分布系統(tǒng)，或者獨立新建一套分布系統(tǒng)，實現(xiàn)TD-LTE的覆蓋?？紤]到雙路由造價高、雙路信號功率不易平衡、MIMO性能提升存在不確定性等限制條件，除大型體育場館、重要交通樞紐等對容量要求較高，以及營業(yè)廳等對數(shù)據(jù)速率較高的場所之外，原則上不推薦建設(shè)TD-LTE雙路分布系統(tǒng)。

（2）光纖分布系統(tǒng)。是傳統(tǒng)分布系統(tǒng)廠家推出的一種較為新型的分布系統(tǒng)。該系統(tǒng)由信號接入單元、擴展單元和遠端功放組成，采用光纖和網(wǎng)線傳輸數(shù)字信號，使用小功率功放（10～15 dBm）進行點狀精確覆蓋，可以實現(xiàn)2G/3G/4G等多種制式的融合覆蓋。該系統(tǒng)的組網(wǎng)如圖3所示。該分布系統(tǒng)主要的優(yōu)點有兩方面，一是可以大大節(jié)省2G/3G/4G主設(shè)備的RRU，二是遠端功放采用放裝方式、POE供電,大大降低建設(shè)難度。但該分布系統(tǒng)單位面積造價遠高于傳統(tǒng)的無源分布系統(tǒng)，主要適用一些需要同時新建2G/3G/4G覆蓋的重要場所。在進行建設(shè)方案選擇時，需要結(jié)合主設(shè)備造價進行綜合比較。

（3）小基站模式。由基帶單元BBU、rHUB和pRRU組成，通過光纖和網(wǎng)線傳送基帶信號，可以支持GSM/TD-SCDMA/TD-LTE等制式。該系統(tǒng)是光纖分布系統(tǒng)的進一步發(fā)展，其在繼承了光纖分布系統(tǒng)固有優(yōu)點的基礎(chǔ)上，融合了分布式基站的優(yōu)勢。pRRU的發(fā)射功率大約在100 mW水平，支持LTE 2×2 MIMO。與光纖分布系統(tǒng)的遠端單元相比，pRRU本身帶有容量。該系統(tǒng)可根據(jù)覆蓋區(qū)域用戶分布情況，通過網(wǎng)管遠程對pRRU進行小區(qū)配置，比如合并或者分裂小區(qū)，從而實現(xiàn)容量的動態(tài)控制，具有很高的靈活性。該系統(tǒng)的組網(wǎng)如圖4所示。

圖3 光纖分布系統(tǒng)示意圖

圖4 小基站模式組網(wǎng)示意圖

3.4 對于臨時性和過渡性區(qū)域的覆蓋

對建筑物內(nèi)部臨時性、過渡性或者突發(fā)性覆蓋需求，以及局部區(qū)域的熱點覆蓋需求，可以采用飛小區(qū)解決。

Nanocell是一種微微基站，其支持PTN、有線寬帶、PON等靈活的傳輸接入方式，實現(xiàn)快速靈活布網(wǎng)，有效吸收業(yè)務(wù)的作用。Nanocell的發(fā)射功率大約在125mW水平，可以有效解決局部熱點的覆蓋?？紤]目前每一個nanocell均需配置一個GPS天線用于同步，因此，它不可能像光纖分布系統(tǒng)或者小基站模式一樣對建筑物進行全面、系統(tǒng)的覆蓋。該系統(tǒng)可以作為網(wǎng)絡(luò)補點優(yōu)化的一種手段。

4 結(jié)束語

我國正處于加速城市化進程的中期。隨著TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的迅速建設(shè)和4G用戶業(yè)務(wù)的迅猛增長， TD-LTE室內(nèi)覆蓋在4G無線網(wǎng)絡(luò)中的地位將越來越重要，投資占比越來越高。隨著鐵塔公司從2015年初開始運營，地鐵、機場、車站、大型場館、大型商住樓和黨政機關(guān)建筑樓宇室內(nèi)覆蓋的建設(shè)將由鐵塔公司承擔(dān)，后續(xù)還應(yīng)進一步研究不同場景下，多運營商、多系統(tǒng)之間的隔離問題，實現(xiàn)模板化的設(shè)計方案，在覆蓋質(zhì)量提升的同時，進一步控制和降低造價。

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