LTE無線數(shù)字直放站設(shè)計(jì)分析

王欣明　張紅霞

摘要：本文通過對(duì)LTE無線數(shù)字直放站理論及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合LTE目前覆蓋現(xiàn)狀，提出了一種通過LTE無線數(shù)字直放站解決LTE覆蓋不足及建設(shè)周期長(zhǎng)的方法。

關(guān)鍵詞：LTE；覆蓋；無線數(shù)字直放站

1 引言

目前TD-LTE運(yùn)營(yíng)商大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，“做廣、做深、做厚”4G網(wǎng)絡(luò)，打造精品網(wǎng)、確保4G領(lǐng)先是運(yùn)營(yíng)商比較迫切的訴求。但在兩年間大規(guī)模的建設(shè)LTE網(wǎng)絡(luò)之后，目前室外測(cè)試的結(jié)果并非全都理想。

如一次非正式拉網(wǎng)測(cè)試的結(jié)果所顯示：某省會(huì)城市23個(gè)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)覆蓋率（RSRP>=-110dBm and SINR>=-3dB）為89 96%，平均SINR為12.21。這個(gè)測(cè)試結(jié)果比較真實(shí)的反應(yīng)了此城市LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋現(xiàn)狀，說明至少在一部分街道上用戶的體驗(yàn)還不是十分完美，是需要特別關(guān)注和解決的。測(cè)試數(shù)據(jù)的分析顯示目前LTE宏站覆蓋主要存在四種問題：弱覆蓋、越區(qū)覆蓋、切換問題和強(qiáng)干擾。后兩種問題通過調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和深入排查干擾源可以得到解決，但弱覆蓋和越區(qū)覆蓋的解決其實(shí)涉及到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)比較核心和關(guān)鍵的問題。那就是站址的合理選取。在通信行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的背景下，站址資源十分有限，想迅速找到那么多配套統(tǒng)統(tǒng)滿足要求的合理站址實(shí)在有些不切實(shí)際。

另外據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前60%的語音業(yè)務(wù)及70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，而且未來這一數(shù)據(jù)甚至將有可能會(huì)達(dá)到90%。因此從商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)角度來看，室內(nèi)深度無縫覆蓋程度對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將是至關(guān)重要。而4G信號(hào)在通過墻壁、地板和窗戶等其它建筑物后會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的衰減。將會(huì)有超過60%的區(qū)域的信號(hào)不能滿足室內(nèi)覆蓋或較差的下載速率。但近些年來室分系統(tǒng)的建設(shè)成本越來越高，對(duì)于一些有需求但又沒法鋪設(shè)光纜進(jìn)入的物業(yè)點(diǎn)，目前只能舍棄。

2 LTE直放站解決方案

對(duì)于TD-LTE運(yùn)營(yíng)商來說，尋求最經(jīng)濟(jì)、最合理、最快捷的無縫信號(hào)覆蓋解決方案來增強(qiáng)自身網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)力及幫助其提升4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展是一個(gè)永恒的話題，因?yàn)榻鉀Q了室內(nèi)外深度無縫覆蓋問題，用戶就能在4G網(wǎng)絡(luò)里獲得良好的感知與體驗(yàn)。移動(dòng)終端用戶爆炸性的數(shù)據(jù)需求和網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不盡如人意給運(yùn)營(yíng)商出了不小的難題，這就需要我們采用新方法來解決新問題，那么是否可以借鑒GSM網(wǎng)絡(luò)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，在不影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的前提下，使用直放站來快速的解決問題呢？

直放站在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中是作為信號(hào)中繼器（Repeater）來同時(shí)中繼放大上下行射頻信號(hào)，它能有效地幫助運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)建初期快速地（配套成本低、無需光纖資源）將宏基站信號(hào)延伸到網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)弱區(qū)、盲區(qū)或上網(wǎng)速率低、用戶體驗(yàn)差的區(qū)域，或在網(wǎng)絡(luò)建中后期進(jìn)行精確室內(nèi)延伸覆蓋。

某廠家提供的LTE無線數(shù)字直放站，如圖1，采用超低噪聲系數(shù)射頻前端、革命性的數(shù)字濾波器、高無雜散動(dòng)態(tài)范圍ADC及自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TDD-Mate幀同步算法（基于軟件無線電技術(shù)），TD-LTE系列直放站可以精準(zhǔn)、快速及穩(wěn)定地與TD-LTE宏基站同步并和諧地與宏網(wǎng)絡(luò)共存。內(nèi)置于SDR平臺(tái)里的TDD-Mate幀同步算法首先先通過高速的ADC將接收到的TD-LTE宏基站的信號(hào)數(shù)字化，并在DSP里執(zhí)行基帶解調(diào)，進(jìn)而根據(jù)TD-LTE的幀結(jié)構(gòu)從基帶信號(hào)中識(shí)別出在下行導(dǎo)頻時(shí)隙（DwPTS）中的主導(dǎo)頻同步信號(hào)（PSS）和時(shí)隙O（TSO）中的輔導(dǎo)頻同步信號(hào)（SSS），再通過根據(jù)本地初同步PSS碼與基于同步碼相關(guān)性的解調(diào)信號(hào)的互相關(guān)性，可以得到上下行導(dǎo)頻時(shí)隙的切換點(diǎn)。有了PSS和SSS的準(zhǔn)確時(shí)間點(diǎn)。再根據(jù)當(dāng)前的上下行時(shí)隙比和特殊時(shí)隙配置可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)上下行的切換點(diǎn)。

3 LTE無線數(shù)字直放站實(shí)測(cè)情況

為了驗(yàn)證LTE無線數(shù)字直放站的效果。對(duì)營(yíng)業(yè)廳這類較封閉的區(qū)域以及地下停車場(chǎng)這類開闊區(qū)域分別進(jìn)行了測(cè)試。

（1）對(duì)某移動(dòng)營(yíng)業(yè)廳進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)果如下表。直放站安裝如圖1所示：

可以看到直放站安裝后數(shù)據(jù)下載速率可以保持在6508kb/s到14176kb/s之間，此時(shí)發(fā)射點(diǎn)B的RSRP在-60dBm左右。

（2）對(duì)某地下停車場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，結(jié)果如下：

下表為距離發(fā)射天線水平距離15米、30米和50米的RSRP強(qiáng)度和SINR對(duì)比。

實(shí)測(cè)截圖如下：

可以看到，室內(nèi)開闊場(chǎng)景30米視距時(shí)覆蓋效果較好，50米以內(nèi)的視距范圍空間覆蓋效果一般，基本上為極限覆蓋距離。

4 直放站與基站比較優(yōu)缺點(diǎn)分析

經(jīng)過測(cè)試可以看出通過LTE直放站可以很好的解決室內(nèi)補(bǔ)盲的問題，以下詳細(xì)對(duì)兩站進(jìn)行分析.

4.1 同等覆蓋面積時(shí)，使用直放站投資較低

就覆蓋面積而言，可能六個(gè)直放站才相當(dāng)于一個(gè)基站，六個(gè)直放站的設(shè)備價(jià)約為一個(gè)基站的80%。但考慮到機(jī)房租用和裝修、交直流電源、空調(diào)、傳輸系統(tǒng)和電路租金等費(fèi)用，六個(gè)直放站的費(fèi)用只相當(dāng)于于一個(gè)基站的50%，甚至更低。

4.2 覆蓋更為靈活及有針對(duì)性

基站方式以廣域覆蓋為主，部分場(chǎng)景可能穿透性不足，存在盲區(qū)，而直放站更加靈活，只要覆蓋區(qū)附近存在信源較好的地點(diǎn)即實(shí)現(xiàn)信號(hào)引入及放大。

4.3 在組網(wǎng)初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站

用戶發(fā)展起來后現(xiàn)更換為基站，替換下來的直放站再進(jìn)一步放置在更邊緣的地區(qū)，這樣一步步地滾動(dòng)發(fā)展。

4.4 直放站與基站相比存在的主要不足

（1）不能增加系統(tǒng)容量。

（2）引入直放站后，會(huì)給基站帶來噪音，使原基站工作環(huán)境惡化，覆蓋半徑減少。所以一個(gè)基站的一個(gè)扇區(qū)所帶直放站有限。

（3）直放站的網(wǎng)管功能和設(shè)備檢測(cè)功能遠(yuǎn)不如基站，當(dāng)直放站出現(xiàn)問題后不易察覺。

（4）由于受隔離度的要求限制，直放站的某些安裝條件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分發(fā)揮。

（5）如果直放站自激或直放站附近有干擾源，將對(duì)原網(wǎng)造成嚴(yán)重影響。噪聲通過直放站進(jìn)一步放大。增益越大越明顯。

（6）由于直放站硬件能力限制，部分站點(diǎn)下載速率無法達(dá)到理論值或者實(shí)測(cè)最大值，不如基站直接覆蓋效果來的好，當(dāng)然如果是盲弱區(qū)，RSRP，SINR得到顯著改善，則下載速率肯定優(yōu)于基站直接覆蓋。

5 總結(jié)

LTE無線數(shù)字直放站的主要優(yōu)點(diǎn)是投資較低、覆蓋更靈活有針對(duì)性、可以滾動(dòng)使用、建設(shè)周期短；不足之處是不能增加系統(tǒng)容量、可能會(huì)對(duì)宏站造成干擾、維護(hù)手段有限、建設(shè)場(chǎng)景有限、自身抗干擾性較差、覆蓋效果有限。

但隨著設(shè)備的不斷升級(jí)換代和LTE無線組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在相當(dāng)數(shù)量的合理使用場(chǎng)景中，LTE無線數(shù)字直放站應(yīng)該可以發(fā)揮不小的作用。為TD-LTE運(yùn)營(yíng)商快速組網(wǎng)提供了一種新的方式，是TD-LTE運(yùn)營(yíng)商打造精品網(wǎng)不可或缺的一種技術(shù)手段。