LTE MIMO室內分布系統解決方案分析

楊文博，郭見兵

（1.光纖通信技術和網絡國家重點實驗室,湖北 武漢,430074；2.武漢郵電科學研究院，湖北 武漢,430074）

0 引言

LTE-Advanced現在已經成為實際意義上全球的4G移動通信標準，其中涉及了高速寬帶移動接入的設計要求。其目標是提供更高的傳輸速率、提高系統容量和改善小區邊緣系統性能等。為了滿足LTE高速的數據業務需求，增加覆蓋范圍和效果，室內分布系統的信號覆蓋可以通過MIMO（多輸入多輸出）技術解決。MIMO作為LTE系統中的關鍵技術之一，可以通過創建幾個平行的“通道”引起帶寬受限場景下數據傳輸速率的提高，并且與適當的干擾抑制接收處理的空間屬性相結合，多個終端可以在相同時頻資源上進行傳輸，提高整體的小區容量。

MIMO技術是LTE提升系統容量的重要手段之一，但目前2G/3G應用的室內分布系統大多為傳統方式，不能支持MIMO。LTE引入后，存在多系統同時接入的情況，在現有分布系統的基礎上采用何種方式的室內分布系統，是一個亟需解決和研究的重要問題。

1 LTE室內MIMO分布系統

室內場所特別是熱點區域中用戶對峰值速率要求較高，為滿足用戶對速率的需求，需要提供對用戶的MIMO模式支持。目前，國內在網運行的室內分布系統大部分都是一個單饋線系統，并不能真正發揮LTE高速率的特性。如果在現有室內分布系統的基礎上實現LTE系統中的下行支持2X2 MIMO，上行支持1X2 MIMO，就需要新建一套天線以及射頻信號分配系統，這會造成物業協調的難度以及花費較大的工程改造成本，同時，也造成分布系統兩條鏈路功率不平衡，功率誤差不易控制，從而降低了LTE的系統性能。本文通過介紹一種有源天線的單饋線MIMO方案，可以在現有的單饋線系統上完整地實現MIMO特性，有效降低改造成本,降低用戶抵觸，加快網絡建設及優化速度。

2 技術方案

2.1 雙饋線實現MIMO方案

在現有的2G/3G室內分布系統單路覆蓋的基礎上，可以通過增加一路天線及射頻信號分配系統來實現LTE系統的MIMO技術。兩條鏈路作為MIMO的兩路分支，分別接入LTE基站的兩條通道，兩條支路上天線之間的非相關性要求可以通過足夠大的天線間距或者采用不同的天線極化方向來實現。

圖1 雙饋線實現MIMO方案

雙饋線實現MIMO方案如圖1所示。LTE基站的下行信號經過LTE-RRU放大處理后，一路與原各制式2G/3G信號合路引入到原有的分布系統鏈路中，再由饋線系統至天線端發送，另一路LTE信號由新建的分布饋線系統實現覆蓋。天線采用雙極化天線來實現MIMO的非線性要求。

此方案技術要求不高，實現相對容易，支路無有源設備存在，無需考慮供電問題，維護簡單。但可能因為場地受限問題，改造難度較大，優化空間有限，同時兩路饋線的傳輸損耗較大，造成功率的過多浪費，降低了系統的效率。另外兩路饋線鏈路計算復雜，理論計算與實施后結果存在差異，經實驗證明，若兩路通道電平差值大于5dB時將嚴重影響整體業務性能，尤其在遠點，上下行吞吐量會下降20%以上。

2.2 單饋線實現MIMO方案

為了實現單饋線LTE 2×2 MIMO的功能，在LTE-RRU的輸出端將LTE 2信號引入有源天線近端，通過混頻器將頻率變至可以與其他制式信號區分的頻率，將該信號與LTE 1、基準時鐘、FSK信號和原有制式的信號通過合路器合成為一路信號傳輸到單饋線傳輸系統中,再將該信號輸送到各個分部單元。

有源天線單元將收到的近端信號通過分路器將LTE 1和其他信號通過垂直極化的天線單元輻射出去；變頻后的LTE 2信號再通過混頻放大還原至原頻率通過水平極化天線覆蓋，達到室內分布MIMO的目的。

有源天線的近端和遠端中間采用饋電電纜實現LTE信號的傳遞，中間的監控方式是通過FSK調制來實現。FSK信號頻率可以在300MHz～1000MHz任意選擇，輸出功率可以在-20dBm～10dBm之間配置，其接收靈敏度可達-110dBm。同時在LTE有源天線的近端，監控量的上報通過RS232實現，在LTERRU端預留RS232的接口，實現無縫連接。此時便可以查詢或設置LTE有源天線的監控量，方便后續工程使用和監控的維護。通過監控系統還能及時將信道特征反饋給發射機，用于調整發射天線的數據速率，實現MIMO系統的自適應調制。

本方案在發射端采用室內雙極化天線，支持單用戶MIMO，可以大幅改善系統的吞吐量，達到LTE系統的應用要求。同時利用單饋線解決MIMO多根饋線傳輸受限與分布系統鏈路功率不平衡的問題，有效地提高的資源利用率，降低工程改造成本與周期。

3 工程試點

大連市某國際康復中心，位于沙河口區，人群密集，環境復雜，完全適合LTE室內熱點區域的測試要求。本次的試點工程在其大樓的2F到4F進行，信源和LTE-RRU分別安裝于2F到4F的安全樓梯旁，每層均有MIMO支路的覆蓋。測試通過在同一場景下對比設備開通前后的覆蓋效果及各種網絡指標是否滿足中國聯通的工程要求，驗證有源天線的單饋線MIMO方案在此場景下的效果。

下表為本次工程試點的數據業務測試數據：

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上面的測試結果中RSCP（接收信號碼功率）在-95dBm以上的占100%，平均值為-63.10dBm，與LTE基站的覆蓋效果相當；SINR（信號與干擾加噪聲比）在20以上的占100%，平均值為26.25，滿足LTE的系統中對設備的靈敏度和抗干擾能力的要求；LTE下載速率測試的物理層平均吞吐量為118.58Mbps，達到LTE系統對下載100 Mbps的速率要求。以上結果充分表明上文提出的基于有源天線的單饋線MIMO方案能夠在不改變原有室內分布系統結構的基礎上有效地提高小區平均吞吐量，完整地實現MIMO特性。

4 結束語

本文通過對比分析室內分布系統的MIMO實現方案，詳細地研究并驗證了一種基于有源天線的單饋線MIMO的可實現方案。此方案通過一路饋線打破了傳統解決手段的局限性，支持LTE MIMO接入，效率高，成本低，實現全系統監控下的精確覆蓋，充分吸收話務，提升數據業務的質量，具有廣泛的市場前景。

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