劉靖，劉佳昕

(1 吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司， 長春 130012；2 中國移動(dòng)通信集團(tuán)吉林有限公司，長春 130000)

四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)天線口功率的理論研究

劉靖1，劉佳昕2

(1 吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司， 長春 130012；2 中國移動(dòng)通信集團(tuán)吉林有限公司，長春 130000)

如何在四網(wǎng)協(xié)同中改造現(xiàn)有或新建分布系統(tǒng)是重中之中的問題。主要介紹了四網(wǎng)協(xié)同中各系統(tǒng)天線口功率的基本計(jì)算方法，在已知各系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)的前提下，最終確定四網(wǎng)協(xié)同的天線口功率，為后續(xù)的分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案提供了重要依據(jù)。

四網(wǎng)協(xié)同；分布系統(tǒng)；天線口功率；LTE

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)由信源、傳輸鏈路和用戶設(shè)備組成，其中傳輸鏈路又由分布系統(tǒng)和空間鏈路組成。四網(wǎng)協(xié)同建設(shè)中的室外覆蓋系統(tǒng)建設(shè)相對比較獨(dú)立，每個(gè)系統(tǒng)有各自的天饋系統(tǒng)，而室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)主要在封閉的環(huán)境中，需要幾套系統(tǒng)合用一套分布系統(tǒng)。如何確定一套分布系統(tǒng)同時(shí)滿足四網(wǎng)覆蓋的需求，是亟待解決的問題，從而再考慮系統(tǒng)干擾、系統(tǒng)容量等的問題。本文分別從理論上計(jì)算2G、3G、WLAN及LTE的室內(nèi)分布系統(tǒng)天線口功率，得出四網(wǎng)協(xié)同中的瓶頸，從而給出建設(shè)建議。

1 研究思路

四網(wǎng)協(xié)同中室分系統(tǒng)建設(shè)步驟：

（1） 確立覆蓋目標(biāo)，用戶及業(yè)務(wù)類型；

（2） 根據(jù)需要提供的業(yè)務(wù)，選擇分布系統(tǒng)的信源，話音業(yè)務(wù)用2G和3G網(wǎng)絡(luò)承載，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用LTE和WLAN網(wǎng)絡(luò)承載；

（3） 室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

（4） 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；

（5） 網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)與優(yōu)化。

分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好與壞直接關(guān)乎到用戶感知，可見四網(wǎng)協(xié)同建設(shè)中室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性。分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何確定各系統(tǒng)的天線口功率和天線點(diǎn)位是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。天線點(diǎn)位的確定由天線覆蓋半徑?jīng)Q定。天線口功率的確定需要同時(shí)滿足各系統(tǒng)導(dǎo)頻功率及邊緣接收場強(qiáng)的要求。

如圖1所示，在已知各系統(tǒng)邊緣接收場強(qiáng)及導(dǎo)頻功率的情況下，假設(shè)天線覆蓋半徑也已知，通過計(jì)算空間傳輸損耗，得到天線口導(dǎo)頻信號；再根據(jù)各系統(tǒng)導(dǎo)頻功率與總功率的關(guān)系，計(jì)算得到各系統(tǒng)的天線口總功率。最后根據(jù)總功率與天線口總功率的差值得出該系統(tǒng)分布系統(tǒng)最大允許傳輸損耗，為以后分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

圖1 LTE分布系統(tǒng)示意圖

1.1 室內(nèi)邊緣接收場強(qiáng)

接收靈敏度是UE能夠解調(diào)的最小場強(qiáng)，室內(nèi)滿足最小通信質(zhì)量要求的接收場強(qiáng)稱為室內(nèi)邊緣接收場強(qiáng)。室內(nèi)邊緣接收場強(qiáng)可總結(jié)成公式（1）表示。

MinRxLev=SensitivityUE+SlowFading+ Interference Margin+OutdoorToIndoor （1)

其中：OutdoorToIndoor是室內(nèi)到室外的最小隔離度。

由公式（1）可知，室內(nèi)邊緣接收場強(qiáng)與信源的發(fā)射功率無關(guān)，與UE的接收靈敏度，慢衰落及系統(tǒng)余量有關(guān)。

室內(nèi)邊緣接收場不宜設(shè)置過高，如果過高，就會(huì)引起系統(tǒng)性能的下降，會(huì)在室內(nèi)外覆蓋交疊處如窗口、建筑物入口等處接入失敗、切換失敗及掉話現(xiàn)象。在四網(wǎng)協(xié)同建設(shè)中，各系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋的邊緣接收場強(qiáng)要求均為已知。

1.2 室內(nèi)分布系統(tǒng)傳播模型

室內(nèi)分布系統(tǒng)傳播模型可以采用目前推薦使用的是ITU-R P.1238室內(nèi)NLOS傳播模型進(jìn)行驗(yàn)證。室內(nèi)NLOS傳播模型見公式（2）。

其中：f為頻率；N為距離損耗系數(shù)；d為天線覆蓋距離；BPL為墻體穿透損耗；LNFmarg為室內(nèi)鏈路余量，包括SlowFading和干擾余量。

假設(shè)天線覆蓋半徑為8 m，室內(nèi)鏈路余量為5 dB，可以計(jì)算各系統(tǒng)的空間傳播損耗。

1.3 室內(nèi)分布系統(tǒng)最大允許傳輸損耗

室內(nèi)分布系統(tǒng)最大允許傳輸損耗可以用以下公式（3）計(jì)算。

其中：G1antenna為信號源側(cè)天線增益；G2antenna為UE側(cè)天線增益。

如果已知室內(nèi)分布單天線覆蓋半徑，就可以根據(jù)室內(nèi)傳播模型計(jì)算出空間傳播損耗，再基于系統(tǒng)控制信道的發(fā)射功率、已知系統(tǒng)邊緣接收場強(qiáng)和系統(tǒng)余量就能估算出室內(nèi)分布系統(tǒng)最大允許傳輸損耗。

2 各系統(tǒng)室內(nèi)分布天線口功率的計(jì)算

下面分別計(jì)算室內(nèi)分布中各系統(tǒng)的天線口功率，得到各系統(tǒng)的MATL。

2.1 GSM系統(tǒng)室內(nèi)分布天線口功率的計(jì)算

GSM系統(tǒng)在進(jìn)行功率規(guī)劃時(shí)，是以BCCH功率作為參考功率進(jìn)行規(guī)劃的，即P總=PBCCH。已知GSM系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)要求：PBCCH≥-85 dBm。假設(shè)辦公室場景，空間傳播環(huán)境穿越n=1面墻，天線傳播距離d=8 m。

由公式（2），當(dāng)f=900 MHz時(shí)，N取33，BPL取9 dB，LNFmarg取5 dB，則L900≈ 73 dB；當(dāng)f=1800 MHz時(shí)，N取30，BPL取15 dB，LNFmarg取5 dB，則L1800≈ 85 dB。

假設(shè)G1antenna=G2antenna=2 dBi，則天線口功率P'，當(dāng)f=900 MHz時(shí)，P'900≥-12 dBm；當(dāng)f=1800 MHz時(shí)，P'1800≥0 dBm.。

由于GSM雙通道設(shè)備單通道機(jī)頂功率可達(dá)到46 dBm，單小區(qū)最小配置2載頻，則每載波功率最大為43 dBm。由公式（3），當(dāng)f=900 MHz時(shí)，MATL900=43-(-12)= 55 dB；當(dāng)f=1800 MHz時(shí)，MATL1800=43-0=43 dB。

2.2 3G系統(tǒng)室內(nèi)分布天線口功率的計(jì)算

2．2．1 TD-SCDMA系統(tǒng)室內(nèi)分布天線口功率的計(jì)算

TD-SCDMA室分系統(tǒng)在進(jìn)行功率規(guī)劃時(shí)，是以P-CCPCH功率作為參考進(jìn)行規(guī)劃的。

以某廠家設(shè)備為例，單通道單小區(qū)3載頻RRU，TS0最大發(fā)射功率為5W，即37 dBm。

TS0時(shí)隙組成為：2個(gè)碼道P-CCPCH、1個(gè)碼道FPACH、4個(gè)碼道S-CCPCH和2個(gè)碼道PICH，則單載頻單碼道功率為PBRU=37-10lg3-10lg9≈23 dBm，故PP-CCPCH=23+3=26 dBm。

從總功率角度，推導(dǎo)的P-CCPCH功率還要滿足鏈路上下行平衡的要求。UE最大發(fā)射功率為24 dBm，考慮系統(tǒng)余量，取定TD-SCDMA室分雙碼道P-CCPCH功率最大為26 dBm。

已知TD-SCDMA系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)要求：PP-CCPCH≥-85 dBm。

假設(shè)辦公室場景，空間傳播環(huán)境穿越n=1面墻，天線傳播距離d=8 m。

由公式（2），當(dāng)f=2100 MHz時(shí)，N取30，BPL取15 dB，LNFmarg取5 dB，則LTD-SCDMA≈ 86 dB。

假設(shè)G1antenna=G2antenna=2 dBi，則天線口功率P'P-CCPCH≥1 dBm。那么天線口總功率P'TD-SCDMA≥12 dBm。

由公式（3），MATLTD-SCDMA=37-12=25 dB。

2．2．2 FDD系統(tǒng)室內(nèi)分布天線口功率的計(jì)算

3G 基站（Node B）功率分配：（最大總功率 20 W）

（1） 導(dǎo)頻信道功率占總功率10%（2 W）；

（2） 主同步、從同步信道及其它控制信道占總功率10% （2 W）；

（3） 業(yè)務(wù)信道占總功率80%（16 W）。

3G FDD系統(tǒng)功率規(guī)劃時(shí)，是以Ec功率作為參考功率進(jìn)行規(guī)劃的。

已知3G FDD系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)要求：PEc≥-85 dBm。

假設(shè)辦公室場景，空間傳播環(huán)境穿越n=1面墻，天線傳播距離d=8 m。

由公式（2），當(dāng)f=2100 MHz時(shí)，N取30，BPL取15 dB，LNFmarg取5 dB，則LWC≈ 86 dB。

假 設(shè)G1antenna=G2antenna=2 dBi， 則 天 線口 功率P'Ec≥1 dBm。那么天線口總功率P'WC≥11 dBm。

由公式（3），MATLWC=43-11=32 dB。

2.3 WLAN系統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)天線口功率的計(jì)算

WLAN系統(tǒng)屬于以太網(wǎng)技術(shù)的無線延伸，空口采用802.11協(xié)議。802.11協(xié)議所處網(wǎng)絡(luò)層面：主要工作在ISO協(xié)議的最低兩層上，并在物理層上進(jìn)行了一些改動(dòng)，加入了高速數(shù)字傳輸?shù)奶匦院瓦B接的穩(wěn)定性。WLAN系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)分組，不同于普通IP數(shù)據(jù)分組，分組頭和數(shù)據(jù)分組均可變。WLAN系統(tǒng)發(fā)射功率即為頻點(diǎn)功率。

已知WLAN系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)要求：PWLAN≥-75 dBm。

假設(shè)辦公室場景，空間傳播環(huán)境穿越n=1面墻，天線傳播距離d=8 m。

由公式（2），當(dāng)f=2400 MHz時(shí)，N取30，BPL取14 dB，LNFmarg取5 dB，則LWLAN≈ 86 dB。

假設(shè)G1antenna=G2antenna=2 dBi，則天線口總功率P'WLAN≥11 dBm。

已知WLAN系統(tǒng)單AP輸出功率為500 mw，由公式（3），MATLWLAN=27-11=16 dB。

2.4 LTE系統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)天線口功率的計(jì)算

LTE無論是TDD還是FDD，功率規(guī)劃方法相似。通過設(shè)置單RE的功率，即CRS，來達(dá)到上下行鏈路能夠達(dá)到平衡，公共信道和業(yè)務(wù)信道能夠達(dá)到平衡，既能夠保證覆蓋，又能夠降低干擾，保證容量和覆蓋平衡。另外，盡量使TypeA符號和TypeB符號上的數(shù)據(jù)RE功率相等，那么TypeA和TypeB符號上的總功率才能盡量相等，功率利用率盡量高。

CRS與單通道發(fā)射功率由如下關(guān)系：

以TD-LTE室內(nèi)分布為例，LTE帶寬20 MHz，需要RB的數(shù)量為100，即NRB=100；在E頻段應(yīng)用的情況下單path的功率可以設(shè)置為20 W，即PsingleAntenna= 43 dBm；并且在單path的情況，PB設(shè)置為0。

由公式(4），得到CRS的功率最大可以設(shè)置為12.2 dBm。

DL_RS_Power=PsingleAntenna+10×lg(1+PB)-10× lg(12×NRB)=43+0-30.8=12.2 dBm

已知LTE系統(tǒng)邊緣場強(qiáng)要求：PRSRP≥-105 dBm。

假設(shè)辦公室場景，空間傳播環(huán)境穿越n=1面墻，天線傳播距離d=8 m。

由公式（2），當(dāng)f=2400 MHz時(shí)，N取30，BPL取14 dB，LNFmarg取5 dB，則LLTE≈ 86 dB。

假設(shè)G1antenna=G2antenna=2 dBi，則天線口功率P'RSRP≥-19 dBm。那么根據(jù)公式（4），得到天線口總功率P'LTE= 10.8 dBm

由公式（3），MATLLTE=43-11=32 dB。

3 四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)天線口功率瓶頸分析

根據(jù)上述計(jì)算，可總結(jié)出表1所示。

如果四個(gè)系統(tǒng)或更多系統(tǒng)要建設(shè)在一個(gè)分布系統(tǒng)中，WLAN系統(tǒng)和其他系統(tǒng)隔離度優(yōu)先考慮，如果是合路方式建設(shè)WLAN，如高校覆蓋場景下，WLAN系統(tǒng)最大允許傳輸損耗最小不允許和其他合路一起前端合路，會(huì)影響其他系統(tǒng)覆蓋效果。

除了滿足各系統(tǒng)最大允許傳輸損耗，還需要滿足國家關(guān)于《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》（GB 8702-1988）中相關(guān)內(nèi)容?！峨姶泡椛浞雷o(hù)規(guī)定》規(guī)定中對于一個(gè)輻射體發(fā)射幾種頻率或存在多個(gè)輻射體時(shí)，其電磁輻射場的場量參數(shù)在任意連續(xù)6 min內(nèi)的平均值之和，應(yīng)滿足公式（5）：

式中：Aij第i個(gè)輻射體j頻段輻射的發(fā)射水平；Bij對應(yīng)于j潑動(dòng)的電磁輻射所規(guī)定的照射限值。

另外《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》規(guī)定中對于輸出功率等于和小于15 W的移動(dòng)式無線電通訊設(shè)備免于管理。

在四網(wǎng)協(xié)調(diào)室分系統(tǒng)建設(shè)中，研究一面天線滿足公式（5）即可滿足《電磁輻射防護(hù)規(guī)定》要求。即i=1，j指四網(wǎng)系統(tǒng)，Bij均為規(guī)定中的15 W（約41.8 dBm），則根據(jù)四網(wǎng)天線口功率，一面天線口電磁輻射為：

從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出，一面天線口發(fā)射滿足電磁輻射要求。

現(xiàn)在建設(shè)單位在四網(wǎng)協(xié)同室分建設(shè)中最大的瓶頸問題是：

表1 四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)參數(shù)表

由于四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)公用一套分布系統(tǒng)，在沒有LTE的時(shí)候，往往都是在滿足一種制式的室內(nèi)分布結(jié)構(gòu)中合路多種其他制式，需要大量的改造；再加上容量的測算，擴(kuò)容的整改；滿足各制式隔離度的要求的改造；已經(jīng)經(jīng)過了幾年建設(shè)的原有分布系統(tǒng)已經(jīng)千瘡百孔了，這個(gè)時(shí)候再合路LTE信號，以上闡述的工作需要重新做一遍，關(guān)鍵是原有分布系統(tǒng)能否再經(jīng)得起改造。

4 四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的建議

在滿足覆蓋，容量及隔離度的要求下，由表 3可以看出，在相同覆蓋半徑的前提下，MATL大小為：

MATLWLAN＜ MATLTD-SCDMA＜MATLLTE(WC)＜MATLGSM

在新建兩套分布系統(tǒng)的時(shí)候，WLAN系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)合路，并且GSM系統(tǒng)信源總功率要減小，再合路LTE信號；另外一條系統(tǒng)在滿足TD-SCDMA覆蓋的同時(shí)，合路LTE信號。

如果是合路原有的分布系統(tǒng)，新建一套的話，需要先改造原有系統(tǒng)。滿足最小MATL系統(tǒng)要求，降低較大MATL系統(tǒng)信源總功率；新建的一套分布系統(tǒng)一定要匹配改造后的原有系統(tǒng)。

只是簡單合路現(xiàn)有分布系統(tǒng)，需要改造原有系統(tǒng)。滿足最小MATL系統(tǒng)要求，降低較大MATL系統(tǒng)信源總功率。

另外，LTE可以和FDD 3G系統(tǒng)直接合路使用。

5 總結(jié)

本文系統(tǒng)的介紹了四網(wǎng)協(xié)同中室內(nèi)分布系統(tǒng)通過邊緣場強(qiáng)，鏈路測算，導(dǎo)出天線口功率，再結(jié)合信源總功率，從而得到各系統(tǒng)最大允許傳輸損耗（MATL）。MATL可以為以后的室分設(shè)計(jì)，及后續(xù)的改造設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。一個(gè)合理的室內(nèi)設(shè)計(jì)是需要滿足每個(gè)系統(tǒng)的每條傳輸損耗都要小于各自系統(tǒng)的MATL，并且通過控制各信源總功率，達(dá)到每一個(gè)天線每一種制式的覆蓋半徑相同。

The oretical study on the export power of antenna port in the indoor distribution system of the four network collaboration

LIU Jing1, LIU Jia-xin2
(1 Jilin Jlu Communication Design Institute Co., Ltd., Changchun 130012, China; 2 China Mobile Group Jilin Co., Ltd., Changchun 130000, China)

How to rebuild the current and new indoor distribution system in the four network collaboration surrounds is our focus. This paper mainly introduces the basic calculation method of the antenna port power of the four network collaboration system. With the known edge f eld intensity, ultimately get the power of antenna port of the four network coordination system, which provides a important theory basis for the design of indoor distribution system ..

four network collaboration; distribution system; export power of antenna port; LTE

TN929.5

A

1008-5599（2014）10-0048-05

2014-09-02