一種樓宇高度自適應(yīng)的TD—LTE深度覆蓋解決方案

董健　李曉明　王超 王榮軍

【摘 要】

針對(duì)當(dāng)前住宅樓宇室內(nèi)深度覆蓋不足的問(wèn)題，結(jié)合室外覆蓋室內(nèi)的技術(shù)思路，運(yùn)用創(chuàng)新型的智能天線，提出了一種高度自適應(yīng)的TD-LTE深度覆蓋解決方案。該方案包含了針對(duì)住宅樓宇覆蓋需求的水平與垂直均具備較寬覆蓋能力的特色天線、完整的建設(shè)與設(shè)計(jì)流程及方法、易于推廣實(shí)施的美化天線思路與多系統(tǒng)天線等。通過(guò)多地現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試的統(tǒng)計(jì)分析，給出了建議天線的安裝位置及適用場(chǎng)景，同時(shí)也對(duì)建設(shè)投資節(jié)約進(jìn)行了分析，為L(zhǎng)TE住宅樓宇深度覆蓋提供了一種解決思路。

【關(guān)鍵詞】

LTE 住宅樓宇 深度覆蓋 天線

1 引言

在中國(guó)移動(dòng)大力開(kāi)展TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)期，正值我國(guó)城市化飛速發(fā)展，城區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了大量高層建筑密集的商業(yè)區(qū)和高容積率住宅小區(qū)，現(xiàn)有的移動(dòng)通信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不能對(duì)這類區(qū)域進(jìn)行良好覆蓋，導(dǎo)致移動(dòng)用戶在這類區(qū)域內(nèi)經(jīng)常遇到無(wú)線信號(hào)不好、無(wú)法上網(wǎng)或網(wǎng)速極慢等情況。這類場(chǎng)景區(qū)域往往是高數(shù)據(jù)流量、人口密集區(qū)域，將會(huì)極大地影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)收益。從公眾角度看，隨著移動(dòng)用戶普及率的提高，移動(dòng)終端成為許多人的生活必需品，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)對(duì)人民生活質(zhì)量的影響越來(lái)越大。

為保證移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的質(zhì)量，最常見(jiàn)的解決方案為室內(nèi)分布天線，通過(guò)眾多吸頂天線實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑物內(nèi)的覆蓋，在實(shí)施過(guò)程中需要業(yè)主配合，工程建設(shè)和維護(hù)難度大、投資高，常因業(yè)主限制而無(wú)法實(shí)施，且竣工后樓道內(nèi)信號(hào)質(zhì)量好于室內(nèi)，受限于戶型結(jié)構(gòu)等因素，室內(nèi)客廳臥室等區(qū)域用戶體驗(yàn)也很難保障。現(xiàn)網(wǎng)中也有少量的利用室外宏站對(duì)室內(nèi)進(jìn)行覆蓋，比如用射燈天線，但一副射燈天線覆蓋區(qū)域小于10層，多副射燈才能完成一座高層樓宇的覆蓋，大量的天線選址存在難點(diǎn)，可行性不高，僅能作為少量弱覆蓋的補(bǔ)充。一些運(yùn)營(yíng)商也會(huì)選擇將傳統(tǒng)天線橫置，此方法一方面由于上旁瓣抑制技術(shù)，會(huì)在一側(cè)產(chǎn)生覆蓋能力的不足，另一方面下零點(diǎn)填充技術(shù)將在另一側(cè)導(dǎo)致較嚴(yán)重的外泄干擾，覆蓋效果無(wú)法保證，除個(gè)別地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)外，一直沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。近期還有一些垂直面寬波束天線，由于是非智能天線，其垂直面張角無(wú)法根據(jù)不同樓宇高度進(jìn)行調(diào)整，不適宜針對(duì)各種樓層，易產(chǎn)生泄露干擾或覆蓋不足的情況。

在住宅樓宇覆蓋場(chǎng)景中，一方面，不同樓宇的高度各有不同；另一方面，天線的可安裝位置取決于物業(yè)協(xié)調(diào)等因素。為了滿足覆蓋并控制干擾，匹配不同樓層的覆蓋要求，且便于工程設(shè)計(jì)與實(shí)施，本文提出了一種用于針對(duì)各種高度的樓宇覆蓋需求的新型智能天線（層層通天線），一副天線可滿足整棟樓宇的覆蓋要求，根據(jù)樓層的情況與天線安裝位置的情況，有針對(duì)性地配置符合本樓宇的天線參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了覆蓋與干擾控制兼顧，提升了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化的精細(xì)化水平。

2 解決方案的技術(shù)點(diǎn)

為解決現(xiàn)有技術(shù)室外覆蓋室內(nèi)覆蓋能力的不足，本文提出了一種適用于在高樓密集市區(qū)使用的具有良好通信效果的智能天線及其應(yīng)用的技術(shù)方案。包括以下技術(shù)點(diǎn)：

（1）智能天線工作模式變化

天線結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水平和垂直覆蓋能力均較大的效果，且垂直方向可以達(dá)到30～90°可調(diào)節(jié)（F頻段），在業(yè)內(nèi)達(dá)到領(lǐng)先水平，具備了在常規(guī)間距下覆蓋6～30層樓宇的能力，實(shí)現(xiàn)以最少數(shù)量天線系統(tǒng)，甚至一副天線適應(yīng)各種高層建筑物樓高覆蓋的需求。同時(shí)，業(yè)務(wù)波束掃描方式為垂直掃描，充分利用樓板的縱向空間隔離效應(yīng)，提高縱向空間抗干擾能力、復(fù)用效率和系統(tǒng)容量，達(dá)到降低能耗的目的，利用電磁波的隧道傳播效應(yīng)獲得樓層內(nèi)的最大傳播深度。

（2）天線整體尺寸小，可適應(yīng)多種美化天線

如圖1所示，根據(jù)本天線用于高樓密集區(qū)的物理空間距離特點(diǎn)，壓縮陣元尺寸，使天線的整體尺寸大大減小，尺寸僅是一般天線的1/3大小，適宜選站，降低了安裝難度、提高了功效以及周圍物業(yè)認(rèn)可度。

圖1 天線的安裝對(duì)比效果

進(jìn)一步講，可以采用當(dāng)前主流的美化外罩，如空調(diào)室外機(jī)、射燈外罩等，適應(yīng)周圍環(huán)境，安裝位置靈活。此外，還提出了利用太陽(yáng)能板外型的美化天線，可以安裝在中低層樓宇的外側(cè)，有利于隱藏和進(jìn)一步推廣該項(xiàng)技術(shù)。

（3）提出多種制式合一的天線結(jié)構(gòu)，節(jié)省寶貴的天面資源

研制出支持多系統(tǒng)的天線，節(jié)約天面資源。在推廣應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)弱覆蓋的區(qū)域?qū)?G的需求也同樣強(qiáng)烈，因此研制出了支持2G/3G/4G多系統(tǒng)的天線。該天線集成了2G、4G振子，采用集束電纜，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)天面實(shí)現(xiàn)2種系統(tǒng)的覆蓋，且覆蓋區(qū)域?yàn)榇怪狈较虼蟾采w、水平方向覆蓋也較寬的效果。

上述水平與垂直均具備較寬覆蓋能力的特色天線、完整的建設(shè)與設(shè)計(jì)流程、方法以及易于推廣實(shí)施的美化天線思路與多系統(tǒng)天線等，構(gòu)成了層層通室內(nèi)的覆蓋解決方案?？梢钥闯?，該方案兼容現(xiàn)有宏站技術(shù)，利用現(xiàn)有站址資源或者選擇合適的天線安裝位置，可實(shí)現(xiàn)垂直方向上從幾層至30層的有效覆蓋。與其他室外到室內(nèi)天線方案相比，本方案中的新型天線為智能天線，垂直面覆蓋能力可根據(jù)不同樓宇高度進(jìn)行調(diào)整，適宜針對(duì)各種樓層的建筑，也可對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)覆蓋，不易產(chǎn)生泄露干擾或覆蓋不足，極大降低了天線安裝地點(diǎn)的要求。

3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用效果

以某地市為例，目標(biāo)覆蓋樓宇為并排分布的幾棟高層住宅（31層）小區(qū)，戶型較大，如圖2所示。一方面樓道的室內(nèi)分布系統(tǒng)無(wú)法對(duì)屋內(nèi)良好覆蓋，另一方面因物業(yè)協(xié)調(diào)而不適宜使用小區(qū)分布覆蓋，而附近的宏站高度有限，傳統(tǒng)宏站覆蓋方式又無(wú)法實(shí)現(xiàn)31層覆蓋，高層成為覆蓋盲點(diǎn)，用戶投訴密集。

圖2 某地應(yīng)用場(chǎng)景

整改覆蓋方案為利用對(duì)面樓頂站點(diǎn)資源，采用一個(gè)RRU和一副新型天線實(shí)現(xiàn)覆蓋一座31層樓宇。重點(diǎn)關(guān)注的是用戶的實(shí)際體驗(yàn)，即通過(guò)入戶測(cè)試客觀地表明實(shí)際效果。對(duì)比整改方案前后的入戶測(cè)試效果，如表1所示，15層入戶測(cè)試RSRP打點(diǎn)對(duì)比圖3所示，可以看出RSRP提升了約16～23dB，SINR提升了13～21dB，提升效果顯著。需要強(qiáng)調(diào)的是，天線安裝的位置為7～8層樓高度，實(shí)現(xiàn)了31層入戶平均RSRP為-106.6dBm，實(shí)現(xiàn)了一副天線垂直方向上覆蓋一座樓的方案目標(biāo)。

表1 方案使用前后對(duì)比

試點(diǎn)情況 RSRP/

dBm RSRP平均值/dBm SINR/dB SINR平均值/dB 提升效果

31層

試點(diǎn)前 -125～-100 -106.6 -15～5 -0.28 RSRP

提升16.5dB；

SINR提升13dB

31層

試點(diǎn)后 -105～-70 -90.13 10～17 12.67

15層

試點(diǎn)前 -111～-90 -95.93 -7～13 4.54 RSRP

提升23dB；

SINR提升21dB

15層

試點(diǎn)后 -80～-58 -72.06 18～28 25.4

圖3 某樓層測(cè)試效果

4 節(jié)約投資對(duì)比

以30層單棟住宅樓、連片小區(qū)建設(shè)投資對(duì)比分析為例，投資對(duì)比分析如下：

（1）對(duì)于某30層單棟樓宇，采用本方案只需要新增一個(gè)RRU、一副新型天線以及相關(guān)設(shè)計(jì)及測(cè)試優(yōu)化即可。需要說(shuō)明的是，這里的對(duì)比尚未增加物業(yè)協(xié)調(diào)成本。

（2）對(duì)于某連片小區(qū)（8～10個(gè)樓規(guī)模），采用本方案預(yù)計(jì)需要新增十幾個(gè)RRU和新型天線，傳輸、電源等配套僅到一半數(shù)量即可（5個(gè)），以及需要相關(guān)設(shè)計(jì)及測(cè)試優(yōu)化；而采用常規(guī)方案，需要室分RRU數(shù)十個(gè)。

投資對(duì)比分析見(jiàn)表2，從經(jīng)濟(jì)、速度、可靠性、是否利于維護(hù)等角度進(jìn)行對(duì)比。

5 方案要點(diǎn)與適用場(chǎng)景分析

（1）本方案要點(diǎn)

1）結(jié)合勘察情況，做好覆蓋能力的估算，合理選擇天線安裝位置。

在各省推廣應(yīng)用中，建議先單個(gè)試點(diǎn)，再穩(wěn)步推廣。天線距離樓宇過(guò)近影響覆蓋范圍，過(guò)遠(yuǎn)則易對(duì)大網(wǎng)造成干擾且穿透能力不足。本方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了6層住宅樓、13層黨政辦公樓、30層居民住宅樓（100m左右）、35層寫(xiě)字樓（125m）等不同高度樓宇的覆蓋。圖4為多地應(yīng)用的樓宇高度及天線安裝位置。

2）天線主方向?yàn)闃怯畲采w區(qū)域的中心部，確定方位角與上傾角（下傾角）；垂直方向的覆蓋能力可以通過(guò)參數(shù)配置進(jìn)行調(diào)整，理論計(jì)算結(jié)合實(shí)際對(duì)比測(cè)試，選擇最優(yōu)參數(shù)；水平方向的覆蓋能力通過(guò)合理地選擇待覆蓋樓宇的寬度、控制天線與樓宇距離、調(diào)整方位角，實(shí)現(xiàn)覆蓋與干擾的最優(yōu)配置。通過(guò)多地測(cè)試與應(yīng)用表明，在50m左右的間距下，水平方向可以覆蓋1～2個(gè)單元，可以有效覆蓋30層的垂直方向能力。

（2）建議部署場(chǎng)景

1）適用于對(duì)LTE有迫切需求的物業(yè)點(diǎn)以及重點(diǎn)客戶增強(qiáng)覆蓋。本方案建設(shè)周期短，能夠快速部署，可提升用戶感知。

2）常規(guī)室分不能滿足用戶活動(dòng)區(qū)域覆蓋且室外站址可選擇點(diǎn)較少，無(wú)法通過(guò)大量射燈進(jìn)行覆蓋的情況。

3）成片的新建住宅區(qū)，部分或者全部采用本方案可有利于節(jié)約建設(shè)投資。

4）難以協(xié)調(diào)，或者進(jìn)駐成本過(guò)大的物業(yè)點(diǎn)，即針對(duì)之前無(wú)法布放室內(nèi)分布系統(tǒng)的物業(yè)點(diǎn)優(yōu)先考慮本方案。

6 結(jié)論

本技術(shù)在河北省內(nèi)石家莊、保定、秦皇島等多地應(yīng)用取得良好效果，同時(shí)在青海、甘肅、新疆、云南、山西等地進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。通過(guò)多地的實(shí)測(cè)和應(yīng)用驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性和推廣價(jià)值，本成果可解決室分系統(tǒng)TD-LTE深度覆蓋能力不足的問(wèn)題，在特定場(chǎng)景替代室內(nèi)分布技術(shù)，降低室分建設(shè)成本、提升移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、縮短為用戶提供4G業(yè)務(wù)的時(shí)間、提升上網(wǎng)速率、改善客戶感知、增加客戶黏性，從而帶來(lái)業(yè)務(wù)收入的增加。

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