CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)LTE改造方案研究

方丹

【摘 要】

主要研究電信室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)向4G網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型改造，即現(xiàn)網(wǎng)室內(nèi)分布系統(tǒng)如何進(jìn)行LTE改造的問題，首先介紹了LTE室內(nèi)覆蓋時(shí)需要考慮的幾個(gè)方面，然后結(jié)合工作中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)分析了幾類改造，包括普通分布系統(tǒng)改造、分布系統(tǒng)雙流改造，最后總結(jié)了實(shí)際工程建設(shè)中需注意的幾個(gè)問題。

【關(guān)鍵詞】

室內(nèi)分布系統(tǒng) CDMA LTE 雙流改造

1 引言

隨著中國4G網(wǎng)絡(luò)牌照的正式發(fā)放，中國電信4G時(shí)代已經(jīng)到來，LTE將是未來中國電信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的主要承載網(wǎng)絡(luò)，其室內(nèi)信號(hào)覆蓋的優(yōu)劣直接關(guān)系著LTE網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。如何打造一張優(yōu)質(zhì)的LTE室分網(wǎng)絡(luò)，是目前亟待解決的問題。

目前正處在4G建設(shè)的初期，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展4G是最快最經(jīng)濟(jì)的途徑。但由于頻段不同，4G網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)網(wǎng)相比既有相似又有不同，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)畢竟不能完全滿足4G的需求。本文通過分析現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及差異，進(jìn)而分場景研究如何改造現(xiàn)有的室內(nèi)分布系統(tǒng)，為運(yùn)營商實(shí)際工程建設(shè)提供參考。

2 LTE 與CDMA室內(nèi)覆蓋的差異

2.1 工作頻段差異

目前中國電信CDMA現(xiàn)網(wǎng)主要占用825—835MHz（上行）/870—880MHz（下行）共計(jì)2×10MHz頻段，LTE FDD現(xiàn)網(wǎng)主要占用1.8G、2.1G兩段頻段，1.8G和2.1G的LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋半徑要比EVDO網(wǎng)絡(luò)縮小一半以上，反過來說，以2.1G為例，LTE要達(dá)到與CDMA網(wǎng)相當(dāng)?shù)母采w半徑，則按照理論計(jì)算，LTE網(wǎng)的站點(diǎn)數(shù)也要多達(dá)2倍。

前期CDMA分布系統(tǒng)未考慮LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，不能滿足LTE“多天線、小功率”的要求，故要在現(xiàn)網(wǎng)上部署1.8GHz或2.1GHz LTE系統(tǒng)，由于無線信號(hào)繞射能力差，在沒有進(jìn)行分布系統(tǒng)改造的情況下，直接將LTE信源合路，現(xiàn)網(wǎng)必存在天線間距過大、LTE覆蓋出現(xiàn)很多末梢陰影區(qū)等問題，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無法達(dá)到覆蓋要求，從而形成了LTE室內(nèi)覆蓋的弱覆蓋區(qū)或覆蓋盲區(qū)。

2.2 峰值速率差異

現(xiàn)網(wǎng)CDMA-EVDO的下行峰值速率是3.1Mbps，上行峰值速率為1.8Mbps，而LTE下行峰值速率可達(dá)100Mbps，上行峰值速率可達(dá)50Mbps。速率的明顯差異源于LTE的關(guān)鍵技術(shù)MIMO，即通過分集接收復(fù)用兩路信號(hào)，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍地提高系統(tǒng)信道容量，提高頻譜效率，實(shí)現(xiàn)高速可靠通信。原有的基于CDMA-EVDO技術(shù)建設(shè)的室內(nèi)分布系統(tǒng)都是單路信號(hào)，而LTE需要通過建設(shè)雙通道且功率平衡的室內(nèi)分布系統(tǒng)，方可實(shí)現(xiàn)MIMO 2×2。MIMO 2×2原理圖如圖1所示：

圖1 MIMO 2×2原理圖

3 各類分布系統(tǒng)的改造

3.1 普通分布系統(tǒng)的LTE改造

首先確定原有天線工作頻率范圍在800—2500MHz。

（1）若原有室分天線位置或密度符合LTE 2.1G頻段的要求，使用的器件已經(jīng)支持2.1G頻段，則無需進(jìn)行分布系統(tǒng)改造，僅改造信源輸入部分，即直接合路LTE信源。

（2）若原有室分天線位置或密度不符合LTE 2.1G頻段的要求，但是使用的器件已經(jīng)支持2.1G頻段，則應(yīng)對原有分布系統(tǒng)進(jìn)行改造：提高天線密度或改造主干。

多數(shù)現(xiàn)有室分系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，業(yè)主往往不同意平層施工，也就無法增加天線密度，此時(shí)可通過改造主干、增加CDMA<E合路器和調(diào)換部分無源器件、新增少量饋線和接頭，以實(shí)現(xiàn)LTE信號(hào)覆蓋。下面以某寫字樓為例進(jìn)行分析。

該樓由2幢塔樓組成，A塔樓共24層，B塔樓共22層，地下室2層，電梯10部。占地面積12 067m2，建筑高度150m，總建筑面積50 680m2。原CDMA室分系統(tǒng)于2013年開通運(yùn)行，覆蓋A樓B2F—24F、B樓B2F—22F，10部電梯。信源使用2臺(tái)RRU和1臺(tái)直放站。其中RRU1安裝在A樓12F弱電間，拖帶1—24F分布系統(tǒng)；RRU2安裝在B樓1F弱電間，拖帶B2F—22F分布系統(tǒng)和B樓電梯分布系統(tǒng)；直放站安裝在A樓B2F弱電間，拖帶B2F-B1F和A樓電梯分布系統(tǒng)。典型層平面圖、主干改造前系統(tǒng)圖（A區(qū)6樓為例）、主干改造后拓?fù)鋱D和主干改造后系統(tǒng)圖（A區(qū)6樓為例）分別如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

主干未改造：合路后6F、12F和19F的天線口功率：FDD在-16.1～-20.5dBm范圍內(nèi)，CDMA保持在-2～3dBm范圍內(nèi)，不滿足LTE覆蓋要求。

主干改造后：合路后6F、12F和19F的天線口功率：FDD在-10～-15dBm范圍內(nèi)，CDMA仍保持在-2～3dBm范圍內(nèi)，滿足LTE覆蓋要求。

這種改造方法需要施工方對原有分布系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、主干路由及平層天線分布情況十分清楚，井道內(nèi)的器件也編號(hào)有序、查找替換方便，方能正確實(shí)施改造方案。

3.2 分布系統(tǒng)的雙流改造

主要改造手段有：新建旁路、錯(cuò)層覆蓋、水平錯(cuò)開等幾種方式。

新建旁路：在原有分布系統(tǒng)旁對應(yīng)建設(shè)另一路天饋，以達(dá)到雙流效果。這種手段改造的分布系統(tǒng)雙流效果最好。但對已經(jīng)投入使用的建筑樓宇來說，不僅存在投資較大的問題，還存在物業(yè)協(xié)調(diào)、設(shè)備安裝等難題，可行性低。

錯(cuò)層覆蓋：對于無法在原分布系統(tǒng)處建設(shè)另外一路分布系統(tǒng)的，可以考慮上下兩個(gè)樓層的分布系統(tǒng)分別連接在信源2T2R的兩個(gè)口上形成雙通道，以達(dá)到一種垂直不平衡的雙流效果。雙流改造原理圖如圖6所示。

下面以某電信大樓錯(cuò)層覆蓋改造為例分析：

原來CDMA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋基本上是按順序?qū)Υ髽菑纳贤赂采w，通過改造LTE網(wǎng)絡(luò)MIMO 2×2系統(tǒng)的一路信號(hào)接入大樓的奇數(shù)層，另外一路接入偶數(shù)層，通過信號(hào)穿透樓板，使得所在樓層獲得2路信號(hào)，從而達(dá)到一種垂直不平衡的雙流效果。

這種情況最適用的場景是上下樓層機(jī)構(gòu)比較相同的樓宇。上述電信大樓改造方案如圖7所示。

通過測試，錯(cuò)層覆蓋雙流效果可以達(dá)到原來流量的1.5倍，如表1所示。

水平錯(cuò)開：對于比較空曠的場景，如大型場館、超市、機(jī)場、車站等，可以采用水平錯(cuò)開區(qū)域的方式，將覆蓋區(qū)域水平劃分，由信源交錯(cuò)覆蓋，也可以使信號(hào)質(zhì)量有明顯改善。錯(cuò)層覆蓋方式，成本低而效率高，建設(shè)周期短，適用于改造協(xié)調(diào)困難又對容量速率要求較高的站點(diǎn)。

4 實(shí)際工程建設(shè)中需注意的問題

4.1 室分器件是否符合頻段要求

現(xiàn)有的CDMA分布系統(tǒng)都是工作在800M頻段的，如果器件的工作頻段不支持1.8G或2.1G的高頻段，則需對原有器件進(jìn)行替換，在實(shí)際工程建設(shè)中一般采用工作頻段800—2500MHz的寬頻器件，其不僅支持低頻段的CDMA系統(tǒng)，也可同時(shí)支持高頻段的LTE系統(tǒng)。

4.2 器件的功率容限

除了工作頻段以外，器件所能承載的最大功率也是一個(gè)要考慮的問題，以免多系統(tǒng)合路后功率過高，電路擊穿、器件燒毀，分布系統(tǒng)癱瘓。因此在實(shí)際工程建設(shè)中，多系統(tǒng)合路的前幾級(jí)需要替換為大功率容限的高品質(zhì)器件，以CDMA合路LTE分布系統(tǒng)為例，單個(gè)器件的功率容限不超過450W；在后端的分布系統(tǒng)支路上，信號(hào)已經(jīng)衰減，功率分流，不會(huì)超過現(xiàn)有的器件功率容限。

4.3 原有室分系統(tǒng)的線路排查

改造室分系統(tǒng)必須對原有線路進(jìn)行仔細(xì)排查，摸清主干及每個(gè)平層支路的耦合點(diǎn)及饋線走向，而弱電井內(nèi)線纜較多較復(fù)雜，排查起來有難度。如果原始資料丟失，只能新拉饋線、布放主干，但必須要找到每個(gè)平層支路的耦合點(diǎn)。

4.4 對現(xiàn)網(wǎng)的影響

原有CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)合路了LTE信源后，增加了合路器的損耗，天線口輸出的C網(wǎng)功率將會(huì)降低1dB左右，如果不能滿足-2～3dBm的要求，則需要通過提高CDMA信源的輸出功率來補(bǔ)償，甚至增加CDMA信源數(shù)量。

5 結(jié)束語

本文針對CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)LTE改造方案進(jìn)行研究，為工程設(shè)計(jì)在改造現(xiàn)網(wǎng)方面提供了一些新思路。結(jié)合筆者的工程經(jīng)驗(yàn)，這幾種改造方案節(jié)省了建設(shè)投資、加快了建設(shè)周期，有助于在短時(shí)間內(nèi)大面積鋪開LTE，快速實(shí)現(xiàn)4G從無到有，是打造新一代4G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)最快最經(jīng)濟(jì)的途徑。在后續(xù)建設(shè)中，加強(qiáng)各類具體場景的深度覆蓋水平，有的放矢、補(bǔ)盲補(bǔ)弱，可以更好地推進(jìn)4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)，夯實(shí)未來VoLTE部署的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 竇中兆，雷湘. CDMA無線通信原理[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社， 2004： 188-194， 273-275.

[2] 吳偉陵. 移動(dòng)通信原理[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2005： 495-498.

[3] 曾召華. LTE基礎(chǔ)原理與關(guān)鍵技術(shù)[M]. 西安： 西安電子科技大學(xué)出版社， 2010： 189-199.

[4] 張傳福，盧輝斌，彭燦，等. cdma2000 1x/EV-DO通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009： 380-435.

[5] 宋燕輝. 第三代移動(dòng)通信技術(shù)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2009： 291-294.

[6] 彭木根，王文博. 無線資源管理與3G網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2008： 269-271.

[7] 李俊. LTE室內(nèi)覆蓋解決方案分析[J]. 信息通信， 2014（8）： 221-222.

[8] 中國電信股份有限公司. 中國電信室內(nèi)無線綜合分布系統(tǒng)技術(shù)要求（中國電信[2005]151號(hào)文）[S]. 2005.

[9] 李輝. LTE FDD&CDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)合路改造方案探討[J]. 信息通信， 2015（2）： 243-244.

[10] 馮健，蘇彥熙，杜楊. CDMA與LTE-FDD室內(nèi)覆蓋混合組網(wǎng)探討[J]. 移動(dòng)通信， 2013（6）： 11-15.