施云濤, 王瑋, 蔡偉明

（1 中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司，南京 210029; 2 中國移動通信集團江蘇有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE主要承載高速數(shù)據(jù)業(yè)務，而視頻電話、高清視頻流、大型互動游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務一般都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中，這些業(yè)務功能都需要較大的系統(tǒng)容量和良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。對運營商而言，大量建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，可以有效吸收室內(nèi)業(yè)務。室內(nèi)分布系統(tǒng)還可以解決密集城區(qū)中高端用戶的室內(nèi)覆蓋問題，有效緩解室外宏站的業(yè)務壓力，降低網(wǎng)絡(luò)的整體干擾水平，提高整個系統(tǒng)的容量，更好的滿足用戶對質(zhì)量的要求。由于室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決室內(nèi)覆蓋和容量的主要方式，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)將是TD-LTE整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點之一。

TD-LTE系統(tǒng)中引入了MIMO技術(shù)，該技術(shù)有效提升用戶上下行吞吐量?，F(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)一般為單路覆蓋，在數(shù)據(jù)業(yè)務容量需求較大的室內(nèi)場景，為實現(xiàn)TD-LTE系統(tǒng)中的MIMO技術(shù)，必須新建一套天線以及射頻信號分配系統(tǒng)。新建天饋系統(tǒng)會大大增加物業(yè)協(xié)調(diào)難度和工程改造成本，同時由于新舊系統(tǒng)的施工時間及天饋材料的不同，必然會導致雙路功率不平衡，從而降低TD-LTE MIMO性能。

本文針對已有傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)但雙路改造難度較大的場景采用室分有源天線改造方案，并將該方案成功應用到TD-LTE規(guī)模試驗網(wǎng)中，現(xiàn)場測試結(jié)果表明有源天線室內(nèi)分布系統(tǒng)小區(qū)及單用戶吞吐量和無源雙路分布系統(tǒng)接近，該技術(shù)可實現(xiàn)完整的MIMO特性，且不改變現(xiàn)有的室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有效降低工程改造量和建設(shè)成本。

2 基于有源天線的TD-LTE室分改造技術(shù)

TD-LTE有源天線室分改造技術(shù)中包括兩個關(guān)鍵模塊:（1）位于信源端的有源天線控制器模塊；（2）位于天線端的有源模塊。有源天線控制器將TD-LTE雙通道RRU輸出的兩路信號變?yōu)橐宦沸盘?，合成信號通過原有分布系統(tǒng)饋線傳輸至天線端，天線端的有源模塊再將合成信號轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕藩毩⑿盘?，利用雙極化天線將兩路獨立信號發(fā)射出去，在不改變原有室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)完整的LTE MIMO特性，有源天線整體方案如圖1所示。

圖1 有源天線整體方案

2.1 有源天線控制器

TD-LTE雙通道RRU輸出的兩路獨立下行信號經(jīng)過有源天線控制器后，一路直通，一路由下變頻模塊將2.3GHz頻段TD-LTE信號移頻至1.4GHz頻段，經(jīng)過線性功率放大器輸出。直通信號和移頻信號通過異頻合路器合成一路信號后饋入原有室內(nèi)分布系統(tǒng)傳輸。上行信號處理過程與下行信號相反，利用功分器將一路信號分為兩路，一路經(jīng)過濾波輸出2.3GHz原始信號，一路經(jīng)過低噪聲放大、濾波、功率放大后上變頻至2.3GHz頻段，恢復成雙路信號后輸出至TD-LTE RRU。由于有源天線控制器安裝在RRU端，控制器可通過電源供電。

2.2 有源模塊

位于天線端的有源模塊通過饋線供電，下行信號經(jīng)過功分器后分為兩路信號，一路經(jīng)過濾波輸出2.3GHz原始信號，一路經(jīng)過低噪聲放大、濾波、功率放大后上變頻至2.3GHz頻段，雙路信號經(jīng)過雙極化天線發(fā)射給終端。上行信號處理過程與下行信號相反，雙極化天線接收到的兩路上行信號經(jīng)過有源模塊后，一路直通，一路由下變頻模塊將2.3GHz頻段TD-LTE信號移頻至1.4GHz頻段，經(jīng)過線性功率放大器輸出。直通信號和移頻信號通過異頻合路器合成一路信號后饋入原有室內(nèi)分布系統(tǒng)傳輸。

2.3 有源天線改造技術(shù)優(yōu)勢

有源天線改造技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

（1）有源模塊采用饋線供電，無需增加額外供電線路。

（2）系統(tǒng)可靠性高，有源模塊與控制器損壞，仍可以提供單通道LTE和其他系統(tǒng)的正常覆蓋。

（3）天線側(cè)增加有源模塊，改善系統(tǒng)信噪比。

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（4）工程調(diào)試簡單，預設(shè)輸出功率（5～15dBm），無需工程現(xiàn)場調(diào)試。

（5）不增加分布系統(tǒng)的改造，平滑實現(xiàn)2×2到4×4的演進。

（6）具備監(jiān)控功能，控制器通過饋線多址監(jiān)控有源模塊。

3 有源天線與室分改造成本對比

有源天線改造方案中需新增有源天線控制器、有源模塊及雙極化天線、遠程供電系統(tǒng)等設(shè)備。

3.1 有源天線系統(tǒng)設(shè)備成本估算

有源天線控制器4000元/套，每個RRU配置一套控制器；有源模塊及雙極化天線500元/副；遠程供電系統(tǒng)10元/副天線。

覆蓋10000m2的寫字樓預計需吸頂全向天線135面，因此有源天線改造方案中需有源天線控制器1套，有源模塊及雙極化天線135副，遠程供電系統(tǒng)135套，設(shè)備總成本約72850元。

3.2 增加一路室分設(shè)備成本估算

將室分場景分為低成本場景、中成本場景、高成本場景，按單路室分每平米設(shè)備綜合成本估算，低成本場景：5元/m2；中成本場景：8元/m2；高成本場景：10 元 /m2。

3.3 改造設(shè)備成本對比

有源天線系統(tǒng)設(shè)備成本和增加一路室分設(shè)備成本對比如下：

對于低成本改造場景，有源天線系統(tǒng)設(shè)備成本高于常規(guī)改造設(shè)備成本，約為1.3倍；

對于中、高成本改造場景，有源天線系統(tǒng)設(shè)備成本低于常規(guī)改造設(shè)備成本，約為0.9倍、0.7倍；

有源天線不需要平層布放線纜，改造實施難度低。

4 測試結(jié)果

在TD-LTE傳輸模式3、上下行時隙配比2:2、無源天線功率不平衡小于1dB、無源天線間距大于4λ的條件下分別對無源天線和有源天線近、中、遠點做下載和上傳對比測試。

無源天線近點下載速率為61.52Mbit/s，上傳速率為15Mbit/s，中點下載速率為59.98Mbit/s，上傳速率為15Mbit/s，遠點下載速率為28.4Mbit/s，上傳速率為14.55Mbit/s。

圖2 有源無源天線近點下載速率對比

有源天線近點下載速率為59.69Mbit/s，上傳速率為14.99Mbit/s，中點下載速率為55.94Mbit/s，上傳速率為14.85Mbit/s，遠點下載速率為28.1Mbit/s，上傳速率為14.7Mbit/s。

上述測試結(jié)果表明有源天線在近、中點下載上傳速率與無源天線基本相當，在遠點下載速率與無源天線基本相當，上傳速率略高于無源天線，有源無源天線近點的下載和上傳速率對比如圖2和圖3所示。因此TDLTE有源天線室分改造技術(shù)在不改變原有室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可實現(xiàn)完整的MIMO特性。

圖3 有源無源天線近點上傳速率對比

5 結(jié)束語

TD-LTE中的MIMO技術(shù)有效提升用戶上下行吞吐量，傳統(tǒng)室分實現(xiàn)MIMO特性必須新建一路通道。測試結(jié)果表明TD-LTE中的MIMO技術(shù)在不改變原有室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)完整的MIMO特性，近、中、遠點上下行吞吐量與無源天線基本相當，具有廣泛的應用前景。

[1]王映民，孫韶輝. TD-LTE技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京：人民郵電出版社，2011.

[2]趙訓威，林輝. 3GPP長期演進（LTE）系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)規(guī)范[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3]劉光毅，張勇, 姜大潔, 王啟星. 智能天線及其在TD-LTE中的應用[J]. 電信科學，2009,(12)