基于TD—LTE雙流分布系統(tǒng)覆蓋優(yōu)化的研究

張海寧　吳志宏

【摘 要】TD-LTE作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)，引入了MIMO等一系列新技術(shù)，有效地滿(mǎn)足了調(diào)整數(shù)據(jù)需求，但也給室內(nèi)分布系統(tǒng)提出了更高的要求。本文研究從實(shí)際站點(diǎn)建設(shè)開(kāi)展，開(kāi)始嘗試尋找雙流建設(shè)替代方案，先從新建雙流分布系統(tǒng)分析，然后有針對(duì)性地尋找新的替代方案，以達(dá)到本文的研究目的。

【關(guān)鍵詞】室內(nèi)分布系統(tǒng)；雙流；LTE

1、TD-LTE雙流室分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本工程采用基帶拉遠(yuǎn)型（BBU+RRU）設(shè)備雙流建設(shè)的方式，BBU在更衣室內(nèi)掛墻安裝，由業(yè)主提供就近供電方式，采用1臺(tái)RRU，每通道的機(jī)頂發(fā)射功率為20W，即單通道最大發(fā)射功率為43dBm，在1F更衣室內(nèi)，供電由BBU引接供電電纜。

室內(nèi)站點(diǎn)的TD-LTE系統(tǒng)中，用戶(hù)資源分配的最小單位是RB（Resource Block）。TD-LTE系統(tǒng)中每個(gè)RB由十二個(gè)15 kHz帶寬（頻帶寬度共180 kHz左右）的子載波組成。在20MH的帶寬內(nèi)，1200個(gè)子載波的總量就是一個(gè)單載波功率。根據(jù)單載波的最大發(fā)射功率，我們假設(shè)這1200個(gè)子載波平均共享10dBm的功率，計(jì)算出天線輸入端TD-LTE單子載波最大發(fā)射功率：P=10-10lg（1200）= -20.8dBm；如果這1200個(gè)子載波平均共享的是15dBm的功率，再代入前面的公式，可以計(jì)算出單載波的最大發(fā)射功率已經(jīng)有改變：P=15-10lg（1200）=-15.8dBm。

由此可以看出，分配到越多的RB數(shù)給終端用戶(hù)，就會(huì)有越高的數(shù)據(jù)速率讓用戶(hù)體驗(yàn)，同時(shí)該用戶(hù)占用的頻帶總帶寬也越高。

2、變頻雙流原理

變頻系統(tǒng)的原理是通過(guò)對(duì)TD-LTE RRU的一個(gè)通道進(jìn)行變頻，實(shí)現(xiàn)在一路天饋系統(tǒng)中傳輸兩路信號(hào)，以達(dá)到TD-LTE雙流傳輸?shù)哪康摹?/p>

數(shù)字變頻的作用在于將上/下行接收鏈路中ADC輸出的已調(diào)制的LTE 數(shù)字中頻實(shí)信號(hào)進(jìn)行混頻、下/上采樣、濾波得到 LTE 數(shù)字復(fù)基帶信號(hào)，使對(duì)接收信號(hào)的后續(xù)處理可以在一個(gè)比較合適的速率上。一個(gè)無(wú)線電信號(hào)可以用式①來(lái)表示：s （t）=a（t）cos（ωt+?（t）） ，其中ω為載波頻率，數(shù)字上變頻就是將基帶信號(hào)從零頻搬移到該頻率，將其進(jìn)行數(shù)字化可得式②：s（n）=a（n）cos（ωn+?（n）），然后對(duì)s（n）進(jìn)行正交分解，可得式③：s（n）=I（n）cos（ωn）+Q（n）sin（ωn），其中，I（n）、Q（n）分別為復(fù)基帶解析信號(hào)的同相分量和正交分量，同相分量和正交分量不具有復(fù)共軛對(duì)稱(chēng)性，因此不能單獨(dú)表示基帶信號(hào)的調(diào)制特性。對(duì)于基帶過(guò)來(lái)的 I、Q 分量，可以分別與兩個(gè)相互正交的本振 cos（ωn）、sin（ωn）相乘，然后求和，就可以得到調(diào)制信號(hào)。

通過(guò)在信源端增加一臺(tái)主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的移頻功能，在分布系統(tǒng)末端天線口增加一個(gè)從機(jī)（RAU）對(duì)異頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出至兩個(gè)吸頂天線。有源合路器通過(guò)獲取來(lái)自TD-LTE設(shè)備RRU的2×2的MIMO信號(hào)，其中一路TD-LTE信號(hào)經(jīng)過(guò)有源合路器的放大、頻譜搬移至另外一個(gè)頻率之后與另外一路直通的TD-LTE信號(hào)合路。在有源天線端，通過(guò)分頻器將兩路信號(hào)分開(kāi)，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)頻譜搬移的一路TD-LTE的信號(hào)進(jìn)行反搬移，回復(fù)成原始的TD-LTE的射頻信號(hào)，進(jìn)入有源天線有源支路端，另一路未經(jīng)變換的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)入有源天線的無(wú)源旁路端。

3、變頻雙流方案設(shè)計(jì)核心技術(shù)與難點(diǎn)

變頻系統(tǒng)設(shè)備由主機(jī)和從機(jī)組成。其中，主機(jī)可以和多系統(tǒng)合路器集成；從機(jī)可以和室內(nèi)分布系統(tǒng)天線集成。

首先，在TD-LTE RRU輸出的位置安裝主機(jī)（變頻模塊），這個(gè)模塊包括變頻單元、合路器、遠(yuǎn)程供電單元等，通過(guò)模塊可以將RRU輸出的其中一路信號(hào)進(jìn)行變頻，頻率選擇在710MHz-760MHz（支持50MHz帶寬，在室分器件支持的情況下，盡可能地降低了分布系統(tǒng)的損耗，在這里選擇的頻段是考慮到并規(guī)避了與其他系統(tǒng)間的雜散、互調(diào)及阻塞干擾）。由于雙流TD-LTE使用不同頻率的兩條信號(hào)鏈路，兩路信號(hào)相互獨(dú)立互不干擾，在室分系統(tǒng)相同饋纜中各不相干，傳輸信號(hào)非?？煽?，如下圖所示：

圖1 新增有源設(shè)備集成圖

在天線輸出端，需要將被進(jìn)行過(guò)變頻的那一路TD-LT信號(hào)反變換恢復(fù)至原頻點(diǎn)，才能通過(guò)天線將兩路信號(hào)發(fā)射出來(lái)。為確?？罩行诺赖南嗷オ?dú)立性能，系統(tǒng)將采用極化方式不同的雙極化天線。由于要再次進(jìn)行變頻，天線側(cè)也需要安裝變頻單元并要對(duì)其進(jìn)行供電，這種天線就定義為有源天線。室內(nèi)使用的絕大多數(shù)是無(wú)源天線，有源天線是在無(wú)源天線的基礎(chǔ)上增加有源器件，使其能對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。有源就是存在需要供電的電路，變頻模塊中的饋電器通過(guò)饋線對(duì)有源天線進(jìn)行遠(yuǎn)程供電。

4、變頻雙流難點(diǎn)

雙通道變頻方案也帶來(lái)一些新的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在：1）系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。目前傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)都是無(wú)源分布系統(tǒng)，無(wú)源分布系統(tǒng)的穩(wěn)定性要優(yōu)于有源系統(tǒng)。變頻方案引入了變頻器件，增加了有源設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)，因此在方案設(shè)計(jì)階段需充分考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性因素；2）鏈路平衡的問(wèn)題。LTE的兩路信號(hào)通過(guò)變頻傳輸后，由于引入插入損耗以及不同的頻段傳輸損耗的不同會(huì)造成2條鏈路的不平衡性，而鏈路的不平衡對(duì)LTE的MIMO性能有較大的影響，在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行規(guī)避。

5、優(yōu)化結(jié)論

變頻雙流系統(tǒng)在下行吞吐量與常規(guī)室分雙流系統(tǒng)相差8%以?xún)?nèi)，上行吞吐量略好于常規(guī)雙流系統(tǒng)。有源部分上行噪聲約<8dB，由于放大器前置，有源系統(tǒng)比傳統(tǒng)室分中分配損耗帶來(lái)的30dB載干比約有20多dB的提升，會(huì)帶來(lái)上行改善，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果一致，沒(méi)有影響系統(tǒng)駐波，駐波比保持在1.5以下。相對(duì)于常規(guī)雙流系統(tǒng)變頻雙流系統(tǒng)未引入明顯時(shí)延，變頻雙流系統(tǒng)時(shí)延約<1us，比系統(tǒng)要求值<5us要低。受限于器件功放能力，變頻雙流系統(tǒng)覆蓋能力略弱于常規(guī)雙流系統(tǒng)。變頻雙流系統(tǒng)施工周期相對(duì)于常規(guī)室分改造雙流較短，本次中山三路營(yíng)業(yè)廳站點(diǎn)規(guī)模較小，未能明顯體現(xiàn)出來(lái)；對(duì)天花板改造較少，物業(yè)協(xié)調(diào)簡(jiǎn)單。

6、結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)單路室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)雙流TD-LTE覆蓋改造難度較大的場(chǎng)景，采用室分有源天線改造方案，在基站輸出端利用有源控制器將其中一路TD-LTE信號(hào)移頻，再與另一路TD-LTE信號(hào)合路，合路后的信號(hào)通過(guò)原有的分布系統(tǒng)傳輸?shù)绞曳痔炀€，在室分天線前加裝一個(gè)有源模塊，該模塊將原有的兩路信號(hào)分離，并通過(guò)雙極化天線發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)TD-LTE完整的MIMO特性。