王家顒，童希文，李 新

（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 引言

以覆蓋商場(chǎng)酒店賓館為主要目的的平層覆蓋方案由于前期信源為2G、3G，在早先設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中未提前進(jìn)行雙支路設(shè)計(jì)，如果后期需要進(jìn)行雙支路MIMO改造，則改造成本極高且施工難度極大。

本方案通過(guò)改造現(xiàn)有平層室分的井道主干并適當(dāng)調(diào)整天線點(diǎn)位，利用同點(diǎn)位天線的錯(cuò)層覆蓋實(shí)現(xiàn)MIMO，在有效提升網(wǎng)絡(luò)速率的同時(shí)，大大節(jié)省站點(diǎn)投資。

2 主要原理

本方案主要針對(duì)室分平層覆蓋進(jìn)行錯(cuò)層MIMO改造，改變過(guò)去常規(guī)的高投資普通MIMO平層雙支路設(shè)計(jì)方案，采用奇偶樓層垂直面錯(cuò)層單支路泄漏方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)立體MIMO效果。

本方案可實(shí)現(xiàn)40%～80%下行速率提升效果，且改造費(fèi)用僅占普通雙路MIMO方案造價(jià)5%以下，真正實(shí)現(xiàn)“小改進(jìn)、大提升”的建設(shè)目標(biāo)。為驗(yàn)證室分錯(cuò)層MIMO實(shí)現(xiàn)的可能性，分別對(duì)上下樓層間信號(hào)差值、MIMO雙通道功率不平衡的容忍度進(jìn)行了可行性驗(yàn)證：

2.1 上下樓層間信號(hào)差值驗(yàn)證

2.1.1 鏈路預(yù)算理論分析

針對(duì)室內(nèi)環(huán)境，業(yè)界一般常用《ITU室內(nèi)無(wú)線電波傳播規(guī)劃建議ITU-RP.1238》進(jìn)行鏈路覆蓋能力分析。其非視距模型如下：

L=-28+20lg(f)+20lg(d)+Lf+Xσ

式中，L為路徑損耗；f為頻率，單位為MHz；d為距離，單位為m；Lf為墻壁、樓層等的穿透損耗；Xσ為慢衰落余量，取值與覆蓋概率要求和室內(nèi)慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差有關(guān)，參考取值8dB。

2.1.2 穿透損耗

表1 各種物體對(duì)信號(hào)的傳播損耗表

LTE（1樓）天線場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算為：

-12dBm-[-28dBm+20lg(2330)+20lg(d)+Lf+8dB]=-60-20lg(d)-Lf

LTE（2樓）天線場(chǎng)強(qiáng)預(yù)算為：

-32dBm-[-28dBm+20lg(2330)+20lg(d)+Lf+8dB]=-80-20lg(d)-Lf

由此可得：1樓天線在終端附近的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)約為-70～-88dBm，1樓天線在同點(diǎn)位泄漏至2樓的終端附近的覆蓋場(chǎng)強(qiáng)約為-80～-95dBm，兩者差值約為5～15dBm，且兩個(gè)天線間的距離大于4個(gè)波長(zhǎng)λ（約0.5米），保證了兩個(gè)天線的不相關(guān)性。

2.2 MIMO雙通道功率不平衡容的忍度

本方案就MIMO雙通道功率不平衡情況下MIMO下載速率提升能力進(jìn)行過(guò)測(cè)試研究，在某樓宇食堂內(nèi)搭建測(cè)試環(huán)境，對(duì)天線安裝在金屬吊頂內(nèi)場(chǎng)景下的分布系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

當(dāng)功率不平衡差值達(dá)到22dBm以內(nèi)的時(shí)候，即使主路電平強(qiáng)度較弱仍然可以實(shí)現(xiàn)雙流MIMO；當(dāng)功率不平衡達(dá)到22～25dBm以內(nèi)的時(shí)候，雙流MIMO將出現(xiàn)波動(dòng)，但是如果主路層信號(hào)強(qiáng)度在-75dBm以內(nèi)，仍可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)雙流MIMO；當(dāng)功率不平衡差值達(dá)到25dBm以上的時(shí)候，雙流MIMO無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)主路樓層與副路信號(hào)電平差值達(dá)到0～22dBm是錯(cuò)層MIMO的下載速率可以實(shí)現(xiàn)50%～90%以上的提升。但主用樓層信號(hào)強(qiáng)度若低于-80dBm時(shí)MIMO的速率提升效果會(huì)有影響。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)錯(cuò)層MIMO方案

結(jié)合上述錯(cuò)層MIMO原理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將原來(lái)傳統(tǒng)平層MIMO雙支路，創(chuàng)新改為垂直面的隔層雙支路，從而實(shí)現(xiàn)MIMO。

根據(jù)上節(jié)測(cè)試結(jié)果，錯(cuò)層MIMO受到2個(gè)主要因素影響，第一個(gè)是電平差值，較為優(yōu)質(zhì)的差值需控制在20dBm以內(nèi)，20～25dBm的差值需主用樓層信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到-80dBm以內(nèi)。第二個(gè)是主用樓層信號(hào)強(qiáng)度，本次測(cè)試室內(nèi)環(huán)境未測(cè)到下限，從測(cè)試結(jié)果看-85dBm下電平差值在12dBm時(shí)仍能夠?qū)崿F(xiàn)MIMO，但提升效果僅20%，但超過(guò)-80dBm時(shí)可以達(dá)到80%。

形成錯(cuò)層的樓宇必須是相連的樓層，且必須通過(guò)相同的RRU進(jìn)行覆蓋，不同RRU之間的A、B口是無(wú)法形成錯(cuò)層MIMO的效果的。帶有MIMO功能的MDAS等設(shè)備通過(guò)以上連接方式也是可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)層MIMO的。

4 實(shí)施案例

本次研究選取某醫(yī)院樓高20層，層高3.5米，層間間隔為混凝土，吊頂為鋁制板，天線安裝在吊頂內(nèi)。

LTE3設(shè)備安裝在6層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋4F，6F，8F。RRU輸出端口B，覆蓋5F，7F，9F；LTE2設(shè)備安裝在12層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋10F，12F，14F。RRU輸出端口B，覆蓋11F，13F，15F；LTE1設(shè)備安裝在20層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋16F，18F，20F。RRU輸出端口B，覆蓋17F，19F為標(biāo)準(zhǔn)平層覆蓋，所有病房?jī)?nèi)均有天線入室，天線輸出口功率應(yīng)控制在-10dBm～-15dBm范圍內(nèi)。

本試點(diǎn)不涉及平層天饋的大規(guī)模建設(shè)，避免了傳統(tǒng)室分改造需新增的信源、天饋和大量無(wú)源器件，僅需適當(dāng)改造井道主干和天線點(diǎn)位，保證天線口輸出功率即可，工程量小且協(xié)調(diào)容易。試點(diǎn)證明錯(cuò)層MIMO在同一RRU情況下是完全可行的，從實(shí)驗(yàn)中也可以推出，錯(cuò)層信號(hào)的建立主要依靠下層樓宇天線的向上泄漏與作用樓層主用信號(hào)間形成。

5 結(jié)束語(yǔ)

金屬吊頂內(nèi)安裝天線的分布系統(tǒng)，采用錯(cuò)層MIMO方案改造后，能解決大量室分雙路建設(shè)需求，同時(shí)可達(dá)到接近室分雙路的實(shí)際使用效果。但本方案也有其局限性，在其他場(chǎng)景下的分布系統(tǒng)環(huán)境中，功率不平衡差值一般在30dBm左右，很難實(shí)現(xiàn)MIMO雙流。