(中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司 湖州市分公司，浙江 湖州 313000)

隨著移動通信的飛速發(fā)展，3G移動通信已經(jīng)得到了廣泛的研究與應用[1]，但是3G的帶寬面對目前的業(yè)務需求已經(jīng)力不從心，當前的業(yè)務模式逐漸向高數(shù)據(jù)業(yè)務轉(zhuǎn)移[2]，比如流媒體實時視頻業(yè)務，因此目前4G移動通信已經(jīng)成為發(fā)展的主要方向.TD-LTE[3]作為新一代移動通信系統(tǒng)的主要標準之一，其數(shù)據(jù)下行速度將達100 Mbps，進而被工業(yè)界視為4G主流技術.它擴展了3G空中接入技術功能[4]，并使用OFDM(正交頻分復用技術)和MIMO(多輸入輸出技術)作為其核心接入技術.得益于這兩種先進的無線通信技術，TD-LTE可在20 MHz頻譜帶寬下提供100 Mbps的下行峰值速率與50 Mbps上行峰值速率.然而，依據(jù)NTT DoCoMo的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，手機用戶70%以上的通信業(yè)務需求發(fā)生在室內(nèi)，尤其對于4G移動通信系統(tǒng)更是如此.因此室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決高速率傳輸問題的重要手段[5]，從GSM開始一直到目前的LTE，一直有科學家致力于這一塊的研究.鑒于上述論述，筆者將研究室內(nèi)LTE的信號覆蓋問題，提出一種LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的單通道設計方案，并通過實際案例進行分析和說明.結(jié)果表明：所設計方案的測試指標達到了系統(tǒng)要求，具有良好的效果，有望為當前的TD-LTE建設提供技術參考.

1 系統(tǒng)方案設計

室內(nèi)分布系統(tǒng)的設備大致可分為有源器件與無源器件兩種.常用的無源器件有功分器、耦合器、合路器、電橋、衰減器、負載、饋線、天線等；常用的有源器件宏蜂窩、微蜂窩、RRU等.另外在信源選取上，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)采用分布式基站(BBU+RRU)實現(xiàn)室內(nèi)場景覆蓋.高話務場景的室內(nèi)覆蓋可優(yōu)先考慮采用大容量BBU配置，并通過使用多個RRU實現(xiàn)大容量覆蓋.對于室外宏基站附近區(qū)域，具有話務需求的樓宇，可將室外宏基站的容量通過RRU引入室內(nèi)，從而實現(xiàn)室內(nèi)外協(xié)同覆蓋.下面將從兩個方面給出TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的設計.

1.1 模式分析

TD-LTE室內(nèi)建設可分為單通道模式和雙通道模式.在單通道模式下，每個室內(nèi)覆蓋點僅需一條射頻傳輸鏈路進行信號的收發(fā).此外，同個樓層通常只使用一個RRU通道，如圖1所示.該方案適合于規(guī)模較小、對數(shù)據(jù)容量要求較低的場景.圖2給出了雙通道模式的示意圖.該模式下，每個室內(nèi)覆蓋點都需通過一根雙極化天線或部署在不同物理位置的兩個單極化天線進行信號的收發(fā)，進而形成2×2 MIMO組網(wǎng)模式.相對于單通道模式，該方案的優(yōu)勢是用戶的峰值速率和系統(tǒng)容量將得到擴大.雙通道模式可很好的滿足室內(nèi)業(yè)務數(shù)據(jù)需求，但是存在部署工程量較大的缺點，且隨著兩路功率不平衡的加劇，系統(tǒng)性能急劇下降.綜合比較之后，筆者選擇單通道模式作為研究對象.

圖1 單通道模式

圖2 雙通道模式

1.2 建設方式選型

TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設方式可以總結(jié)為三大主要方式[6]：

1) 兩路新建.獨立新建兩路分布系統(tǒng)，需新建兩套室內(nèi)天饋線系統(tǒng).

2) 一路新建一路改造.一個通道通過合路器共用原分布系統(tǒng)，另一個通道獨立新建一路分布系統(tǒng).

3) 共用合路.單路系統(tǒng)，一個通道通過合路器共用原分布系統(tǒng).

這里將采用第三種建設方式，但是共用原分布系統(tǒng)需要在原分布系統(tǒng)合路處更換合路器，同時增加了一路信號以及頻率范圍發(fā)生了改變，因此需要更換性能更加優(yōu)越的合路器等設備.但是施工主要在機房，弱電井等區(qū)域施工，工程實施難度小，施工量小，缺點為容量提升空間小，可能無法滿足未來的用戶需求.考慮到一定的容量余量是我們在網(wǎng)絡規(guī)劃中必須考慮的一個方面，為了以后用戶的增加，可以通過小區(qū)分裂等方式滿足未來需求.

2 案例與分析

2.1 覆蓋區(qū)域

某火車站位于某市潘橋鎮(zhèn)，其經(jīng)緯度為：N 27.969 218°，E 120.582 161°.火車站樓高4層，其中地上3層、地下1層，墻體未水泥墻體，總建筑面積約為76 800 m2.筆者所設計的分布系統(tǒng)解決方案實現(xiàn)對大樓電梯、地下室及平層區(qū)域的覆蓋.大樓的基本情況見表1，2.

表1 樓層覆蓋區(qū)域情況表

表2 電梯覆蓋區(qū)域情況表

2.2 TD-LTE分布系統(tǒng)設計指標定型

根據(jù)TD-LTE標準，下述設計指標是本次設計的目標：

1) 2X2雙天線的水平距離可以為1/2波長和10個波長(1.5 m)之間.

2) LTE UE的RSRP達到-90 dBm.

3) 無線環(huán)境好的時候時候單用戶能達到80 Mbps；不好的時候回退到發(fā)射分集達到40 Mbps.單小區(qū)下行總流量為80 Mbps，多用戶時共享資源.

2.3 設計思路

為滿足不同用戶的各類需求，LTE合路方案可以達到最高性價比，實現(xiàn)多系統(tǒng)間的融合，確保GSM/TD-SCDMA/LTE/WLAN系統(tǒng)能完美覆蓋.需要結(jié)合大樓的布局合理規(guī)劃設計，做好各系統(tǒng)覆蓋規(guī)劃，容量規(guī)劃，切換區(qū)域設置，外泄控制和頻率規(guī)劃等工作.

LTE系統(tǒng)以BBU+RRU(3載波)作為信源，根據(jù)大樓的話務量分析及功率預算，共采用7臺RRU作為LTE室內(nèi)覆蓋信源，室內(nèi)分布系統(tǒng)設計時PCCPCH信道功率不超過16 dBm.LTE系統(tǒng)擴容可采用RRU小區(qū)分裂法，也可通過增加載波方式來進行擴容.無源器件和天線采用寬頻段(800～2 500 MHz)，可滿足2G，3G和WLAN要求.為了控制小區(qū)間的干擾，采用全向吸頂天線覆蓋方式，所有的器件和天線均符合TD-LTE頻段.天線布置均采用“小功率，多天線“的原則，使TD-LTE信號只穿透一堵墻.平層天線口的功率配置在0～5 dBm之間.

在具體設計中，我們需要對覆蓋區(qū)域進行選點路測，根據(jù)測試結(jié)果設計天線的安放位置和發(fā)射功率，注意受限于原宏蜂窩基站和大樓配線機房的位置，室內(nèi)信號的輸入源位置是基本確定的.在施工完成后可以通過調(diào)整發(fā)射功率進行細致的覆蓋調(diào)整以優(yōu)化覆蓋性能.這一過程極為繁瑣，主要依賴于實測數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡優(yōu)化軟件和設計工程師的經(jīng)驗支撐.

2.4 覆蓋設計方案

根據(jù)上述設計思路，筆者組織工人對該火車站大樓的樓道進行了選點路測工作，而后對分布式覆蓋作了設計，由于設計圖較多，僅給出部分典型的設計方案.具體的室內(nèi)天線功率分配設計如表3所示.

表3 部分B1樓層室內(nèi)天線功率分配表

2.5 設計驗證

在實際傳播環(huán)境中，NLOS的存在會使得距離的測量要遠遠大于真實的距離，假設測量距離為di，那么它和ri之間有如下關系：

根據(jù)電磁波自由空間傳播損耗公式

LS=(4πDf/c)2

(1)

其中：D為傳播距離(m)；f為電磁波頻率(MHz)；c為光速.式(1)用對數(shù)表示為

LS=20lg(4πDf/c)=

-27.56+20lgd+20lgf

(2)

假設頻率取2 400 MHz，代入式(2)可得

LS=38.46+20lgd

(3)

2 400 MHz信號的可視空間傳播損耗見表4.

表4 傳播損耗表

因此，得到總的路徑損耗

L=LS+M

(4)

其中M為衰落余量(表5).

表5 衰落余量表

為了評估覆蓋方案設計，筆者使用天線口低發(fā)射電平模型估算距天線最遠處的室內(nèi)覆蓋區(qū)域信號接收電平,即

Pr=Pt+Ga-L

(5)

其中：Pr為接收點信號電平；Pt為天線口發(fā)射信號電平；Ga為天線增益(通常為2 dBm)；L為式(4)得到的總路徑損耗.

以B1F平層最弱天線ANT58-B1F為例，該天線口輸出電平為-18.1 dBm，室內(nèi)最遠處距天線為15 m.根據(jù)式(5)得室內(nèi)的最低場強約為-18.1 dBm+2.0 dBm-64 dBm-20 dBm=-100.1 dBm，而TD-LTE系統(tǒng)的接收靈敏度要求低于-100 dBm，故上述接收信號可滿足通信要求.進一步考慮到系統(tǒng)中牽涉到的其他所有天線口電平均高于-18.1 dBm，且天線覆蓋的設計距離小于15 m，故均滿足接收靈敏度要求，從而實現(xiàn)覆蓋，滿足設計要求.

3 結(jié) 論

針對TD-LTE移動通信系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋問題，通過對室內(nèi)分布式系統(tǒng)的模式分析和建設方式選型，提出一種基于單通道共用合路模式的解決方案.然后，將該方案應用到某火車站大樓的室內(nèi)信號覆蓋設計中.最后，根據(jù)天線口低發(fā)射電平模型，分析了場強測試結(jié)果.結(jié)果表明：該設計方案在施工建設完成后任意點的場強滿足TD-LTE的接收靈敏度要求，可有效的實現(xiàn)信號覆蓋.

參考文獻：

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[2] 楊建鋒，孟利民.視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實時流媒體傳輸控制方法的設計[J].浙江工業(yè)大學學報，2012，40(4):454-457.

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[6] 汪穎.TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)規(guī)劃思路和建設方案[R].北京：中國移動通信集團設計院，2012.