LTE 2×1T1R RRU覆蓋技術(shù)及其應(yīng)用建議

魏堅，呂文斌，江海波

（中國電信廣東無線網(wǎng)絡(luò)運營中心惠州分中心，廣東 惠州 516003）

1 引言

不斷提高空中接口吞吐率是無線制式發(fā)展的動力和目標(biāo)，而MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出）技術(shù)是LTE大幅提升吞吐率的物理層關(guān)鍵技術(shù)。MIMO是一種多天線技術(shù)，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)條件和變化的無線環(huán)境采用不同的工作模式，包括單天線工作模式、開環(huán)發(fā)射分集、開環(huán)空間復(fù)用、閉環(huán)空間復(fù)用、多用戶空間復(fù)用、RANK=1的閉環(huán)發(fā)射分集和波束賦形等，其中單天線工作模式是MIMO的一種特例，即在具備多天線的物理條件下使用常規(guī)的單天線工作模式。LTE 2×1T1R RRU就是使用單天線工作模式的設(shè)備，將原有單個2T2R RRU配置為2個1T1R獨立扇區(qū)使用，為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和投資帶來較大的靈活性，可以根據(jù)不同地市、不同建設(shè)場景充分發(fā)揮覆蓋和容量的組合優(yōu)勢。

2 LTE 2×1T1R RRU技術(shù)覆蓋效果評估

要正確使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)，首先要評估在其他條件相同的情況下，2×1T1R和2T2R模式在覆蓋效果上的差異。

測試評估環(huán)境為獨立單站點驗證，將某個周邊無其他基站的獨立單站點分別使用2×1T1R和2T2R模式，使用DT（Drive Test，路測）軟件進(jìn)行測試對比評估，測試主要指標(biāo)包括RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率）、SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信噪比）和上下行速率。

2.1 RSRP

從圖1的測試對比中可以發(fā)現(xiàn)，在分別使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的前向覆蓋強(qiáng)度總體相當(dāng)，2×1T1R模式下略微偏弱。

2.2 SINR

從圖2的測試對比中可以發(fā)現(xiàn)，在分別使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的前向覆蓋信噪比總體相當(dāng)，2×1T1R模式下略微偏弱。

2.3 上下行速率

從圖3的測試對比中可以發(fā)現(xiàn)，在分別使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的上下行速率存在一定差異，2×1T1R模式下速率較低。

2.4 測試對比小結(jié)

從表1中可以發(fā)現(xiàn)，使用2×1T1R模式時，基站的前向覆蓋強(qiáng)度比2T2R模式略低但基本可比，由于2×1T1R模式放棄了空間復(fù)用，因此下行速率約有40%的降幅。

表1 2T2R和2×1T1R模式下的主要指標(biāo)測試對比

圖1 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的RSRP對比

圖2 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的SINR對比

圖3 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的上下行速率對比

總結(jié)上述測試對比結(jié)果可知，LTE2×1T1R RRU技術(shù)具備以下特點：

優(yōu)勢：節(jié)省主設(shè)備資源；節(jié)省主設(shè)備對應(yīng)的纖芯資源；網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)容量可比；節(jié)能減排。

劣勢：無法使用MIMO技術(shù)獲得高峰值速率；基站小區(qū)邊緣覆蓋強(qiáng)度有所降低。

根據(jù)上述特點，2×1T1R方案一般能夠適用于無法使用MIMO模式、對峰值速率要求不高和資源受限等場景。

3 LTE 2×1T1R RRU技術(shù)應(yīng)用場景和建議

3.1 單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)

（1）應(yīng)用范圍概述

目前中國電信LTE網(wǎng)絡(luò)大部分采用C+L共站址建設(shè)，原有CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)均為單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)，LTE網(wǎng)絡(luò)合路后如不投資進(jìn)行雙纜改造將無法采用2T2R MIMO技術(shù)，因此現(xiàn)網(wǎng)大部分LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)自有條件天然適應(yīng)了LTE 2×1T1R RRU缺乏MIMO高速率的短板，但卻能將單個2T2R RRU配置為2個1T1R獨立扇區(qū)使用，從而節(jié)省出1臺RRU的設(shè)備資源和1對纖芯資源，提高了設(shè)備資源和傳輸資源利用率。與此同時，LTE 2×1T1R RRU還能在單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)上實現(xiàn)和雙通道可比的網(wǎng)絡(luò)帶寬能力。如圖4所示。

（2）場景要素

室內(nèi)分布系統(tǒng)、單纜單通道、C+L合路。

（3）應(yīng)用意義

◆提高主設(shè)備資源利用率：對于單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)，LTE 2×1T1R RRU技術(shù)可以使RRU資源利用率提升100%。

◆提高傳輸資源利用率：對于單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)，LTE 2×1T1R RRU技術(shù)可以使纖芯資源利用率提升100%。

◆提供了與雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)可比擬的容量能力：LTE 2×1T1R RRU能夠在單纜系統(tǒng)上實現(xiàn)和雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)相比的網(wǎng)絡(luò)上下行帶寬，只是放棄了雙通道MIMO技術(shù)帶來的高速率峰值。

（4）應(yīng)用建議

圖4 單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)

◆對于單纜室內(nèi)分布系統(tǒng)（常見于C+L合路），主設(shè)備信源RRU數(shù)量在1個以上的室內(nèi)分布系統(tǒng)中才有使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)的意義。

◆對于主設(shè)備信源RRU數(shù)量在1個以上的C+L合路單纜室內(nèi)分布系統(tǒng)，如原有CDMA主設(shè)備信源RRU均集中在一起，則基本無需無源改造就可以使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)進(jìn)行合路，在室分系統(tǒng)信源設(shè)備RRU安裝處直接使用1臺LTE 2×1T1R RRU與CDMA兩臺RRU接入的室內(nèi)分布系統(tǒng)天饋進(jìn)行合路。

◆對于主設(shè)備信源RRU數(shù)量在1個以上的C+L合路單纜室內(nèi)分布系統(tǒng)，如原有CDMA主設(shè)備信源RRU分布零散，沒有兩臺及以上RRU集中放置的情況，則需要無源改造方可使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)進(jìn)行合路，對要合路的兩臺分散CDMA RRU之間的路由需要新增饋線連接，此時需要比較新增饋線費用和節(jié)省出的1臺RRU費用兩者間的投資差異。

◆對于新建LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)，可直接使用1臺LTE 2×1T1R RRU接入需2個扇區(qū)接入的室內(nèi)分布系統(tǒng)天饋，節(jié)省1臺RRU資源和相應(yīng)的纖芯資源。

3.2 非熱點話務(wù)區(qū)域

（1）應(yīng)用范圍概述

LTE 2×1T1R RRU相比LTE 2T2R RRU，放棄了MIMO的高速率上限，但是帶來了用戶數(shù)容量和資源使用量的優(yōu)勢。非熱點話務(wù)區(qū)域?qū)λ俾史逯档囊蟛桓?，由于LTE 2×1T1R RRU技術(shù)能夠提供與2T2R RRU相比的網(wǎng)絡(luò)帶寬和更多的用戶數(shù)容量，因而此類場景采用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)幾乎并不會對用戶感知造成影響。此類非熱點話務(wù)區(qū)域場景常見于城市郊區(qū)、農(nóng)村、高速公路、鐵路等。

（2）場景要素

話務(wù)稀疏區(qū)、非熱點話務(wù)區(qū)、道路連續(xù)覆蓋。

（3）應(yīng)用意義

◆提高主設(shè)備資源利用率：LTE 2×1T1R RRU在不功分的情況下，2個RRU即可提供4扇區(qū)的覆蓋能力，對于常用的3扇區(qū)室外基站建設(shè)，一般2個LTE 2×1T1R RRU即可滿足3扇區(qū)的覆蓋需求，使RRU資源利用率提升33%。

◆提高傳輸資源利用率：對于常用的3扇區(qū)室外基站建設(shè)，使用2個LTE 2×1T1R RRU即可滿足3扇區(qū)的覆蓋需求，使纖芯資源利用率提升33%。

（4）應(yīng)用建議

◆對于部分本地網(wǎng)大量采用的2T4R RRU，其扇區(qū)分裂應(yīng)用原理同2T2R RRU，2T4R RRU分裂成2個1T2R扇區(qū)后，每個扇區(qū)仍具備接收分集的增益，因此一般建議在室外站上可使用2T4R RRU進(jìn)行分裂，而在單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)上使用2T2R RRU進(jìn)行分裂（單纜單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)僅有一路通道，無法使用1T2R的兩路接收分集）。

◆道路覆蓋是LTE 2×1T1R RRU應(yīng)用的經(jīng)典場景，現(xiàn)網(wǎng)的大部分非城區(qū)道路覆蓋場景，如高速公路、鐵路和縣道等都大量經(jīng)過人煙稀少的山村地區(qū)，這類場景下網(wǎng)絡(luò)覆蓋通常僅需2個扇區(qū)，尤其是隧道覆蓋更是如此。對比常規(guī)的2個RRU兩扇區(qū)的覆蓋方式，使用LTE 2×1T1R RRU僅需1個RRU和1對纖芯即可滿足道路覆蓋需求，此時主設(shè)備資源和纖芯資源利用率均提升了100%。

◆LTE 2×1T1R RRU技術(shù)放棄了MIMO帶來的高峰值速率，但同樣保證了相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)覆蓋，通?？捎糜谠拕?wù)稀疏區(qū)和用戶移動使用的場景。話務(wù)稀疏區(qū)受限于網(wǎng)絡(luò)覆蓋強(qiáng)度，移動使用場景中受限于多普勒頻移（LTE 15kHz級別的子載波間隔對多普勒頻移更敏感），加之這類場景本身并不強(qiáng)調(diào)LTE網(wǎng)絡(luò)的峰值速率使用，因此使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)能夠有效節(jié)省設(shè)備資源和傳輸資源，較好地發(fā)揮LTE 2×1T1R RRU的技術(shù)優(yōu)勢。

◆對于使用LTE 2×1T1R RRU建設(shè)室外3扇區(qū)基站，需要使用到2個LTE 2×1T1R RRU，其中1個LTE 2×1T1R RRU分別接入2個不同覆蓋方向的天線，另外1個LTE 2×1T1R RRU單獨接入第3面天線。

◆使用LTE 2×1T1R RRU技術(shù)，還可以在非熱點話務(wù)區(qū)域僅使用兩臺LTE 2×1T1R RRU就實現(xiàn)4扇區(qū)4面不同方向天線的覆蓋效果，更好地兼顧復(fù)雜地理環(huán)境的覆蓋需求，比如十字路口的四方向覆蓋。

3.3 潮汐效應(yīng)話務(wù)區(qū)域

（1）應(yīng)用范圍概述

潮汐效應(yīng)典型的應(yīng)用范例是商業(yè)辦公區(qū)和學(xué)校。商業(yè)辦公區(qū)通常在工作日時段話務(wù)繁忙，此時使用2T2R方式提供更高的網(wǎng)絡(luò)速率和帶寬容量，而在非工作日和晚上則使用1T1R方式，每個扇區(qū)方向關(guān)閉一組天饋和射頻信號，此時天線的射頻功耗降到50%，起到了節(jié)能減排的效果；學(xué)校則剛好相反，學(xué)校通常是移動通信用戶密集區(qū)域，但話務(wù)時段性特征明顯，學(xué)校用戶通常在白天上課時段內(nèi)呈低話務(wù)態(tài)勢，而晚上則表現(xiàn)為話務(wù)爆發(fā)時段。

（2）場景要素

潮汐效應(yīng)、話務(wù)時段性、學(xué)校、商業(yè)辦公區(qū)。

（3）應(yīng)用意義

通過2×1T1R和2T2R的靈活轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)對特定場景的自適應(yīng)覆蓋，減少了天線的射頻功耗輸出，可起到節(jié)能減排和節(jié)約電費的效果。

（4）應(yīng)用建議

◆對于商業(yè)集中辦公區(qū)場景，在工作日09:00—18:00通常采用2T2R方式保證網(wǎng)絡(luò)的高速率和帶寬容量，以滿足每個用戶的正常通信需求。而在工作日其余時間和非工作日，則可采用1T1R同時每個扇區(qū)方向關(guān)閉一組同向覆蓋天線的方式，此時區(qū)域內(nèi)用戶和帶寬需求大量減少，通常無需MIMO即可滿足區(qū)域內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)通信需求。

◆對于學(xué)校場景，在周一至周五08:00—18:00通常采用1T1R同時每個扇區(qū)方向關(guān)閉一組同向覆蓋天線的方式，此時學(xué)校內(nèi)雖然用戶集中，但通信激活率不高，通常無需MIMO即可滿足區(qū)域內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)通信需求。而在周六日和每天晚上通常為學(xué)校的話務(wù)高發(fā)期，特別是在晚自習(xí)下課后到熄燈前的時間，此時校園用戶的通信激活率通常高達(dá)70%以上，可采用2T2R方式提升周邊基站的高峰值速率和網(wǎng)絡(luò)帶寬，以盡量滿足每個用戶的正常通信需求。

3.4 應(yīng)急通信保障區(qū)域

（1）應(yīng)用范圍概述

對于應(yīng)急通信保障場景，通常有容量類或覆蓋類，LTE 2×1T1R RRU技術(shù)對容量類和覆蓋類應(yīng)急通信保障場景均有較大意義。

容量類應(yīng)急通信保障場景常見于各種大型會議、演出和體育賽事等，此時周邊基站容量通常難以滿足集中區(qū)域內(nèi)數(shù)萬人的網(wǎng)絡(luò)通信需求，若采用應(yīng)急通信車和周邊基站開啟2×1T1R RRU進(jìn)行扇區(qū)分裂的方式，盡管峰值速率有所降低，但此時由于能夠有效提升用戶數(shù)容量，因此可保證每個用戶的基本通信需求。

對于弱覆蓋應(yīng)急通信保障場景，LTE 2×1T1R RRU技術(shù)能夠有效利用有限RRU進(jìn)行多方向覆蓋。

（2）場景要素

應(yīng)急通信、高用戶數(shù)容量、扇區(qū)分裂、RRU多向覆蓋。

（3）應(yīng)用意義

◆有效提升應(yīng)急通信保障區(qū)域的用戶數(shù)容量：在大用戶數(shù)應(yīng)急保障場景中，由于用戶高度集中，基站資源受限，此時確保每個用戶的基本語音和數(shù)據(jù)需求的意義大于部分用戶的“高”速率意義，當(dāng)應(yīng)急通信車和保障區(qū)域周邊基站開啟2×1T1R方式并進(jìn)行扇區(qū)分裂后，相當(dāng)于將集中的話務(wù)“均衡化”，更有利于確保每個用戶的基本通信需求。

◆有效利用有限RRU進(jìn)行多方向覆蓋：在一些應(yīng)急覆蓋場景中，可能會出現(xiàn)RRU設(shè)備和光纖資源受限的情況，此時LTE 2×1T1R RRU技術(shù)能夠有效利用1對纖芯和1個RRU實現(xiàn)雙向覆蓋。

（4）應(yīng)用建議

◆對于容量類應(yīng)急通信保障場景，一般建議通過LTE 2×1T1R RRU技術(shù)將基站分裂為6扇區(qū)，同時采用水平波瓣寬度為30°或65°（但不宜采用更大波瓣寬度的天線）的定向天線，通過扇區(qū)分裂將現(xiàn)場高度集中的話務(wù)分割，以提升網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)容量，保障網(wǎng)絡(luò)的高負(fù)荷通信需求。

◆對于覆蓋類應(yīng)急通信保障場景，由于現(xiàn)場基本覆蓋不足，當(dāng)RRU設(shè)備或纖芯資源受限時，一般采用2×1T1R分方向覆蓋的方式，即1個RRU開啟2×1T1R模式后，兩路1T1R扇區(qū)信號分別接入不同覆蓋方向的兩面天線。

4 結(jié)束語

目前三家運營商基站均為傳統(tǒng)單個RRU單扇區(qū)覆蓋模式，因為單個LTE 2T2R RRU在20MHz帶寬下可以提供下行150Mbps峰值速率，即使在50%負(fù)荷下也具備提供34Mbps以上平均吞吐量能力。而對于實際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的不同覆蓋場景，特別是在室內(nèi)、道路以及潮汐話務(wù)區(qū)等覆蓋環(huán)境具有各自不同的特點，直接采用LTE 2T2R RRU進(jìn)行單扇區(qū)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃將出現(xiàn)基站能力冗余的可能性，同時還會增加建設(shè)、維護(hù)和能源消耗等成本。

本文針對LTE室內(nèi)、道路和潮汐話務(wù)區(qū)等典型覆蓋場景，建設(shè)LTE 2×1T1R RRU覆蓋測試對比環(huán)境，通過與傳統(tǒng)覆蓋方案進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能和資源成本的對比評估，分析LTE 2×1T1R RRU覆蓋技術(shù)的優(yōu)勢及存在問題，并提出該技術(shù)方案的應(yīng)用場景和建議，是對LTE基站應(yīng)用和覆蓋技術(shù)方案的有益探索及大膽嘗試，為LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署和實際運營提供了有效的技術(shù)支撐及決策依據(jù)。

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