基于有源天線的單饋線室分系統(tǒng)實現(xiàn)LTE MIMO特性方案分析

龔 熙，郭見兵，郭劍虹

（（1.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)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； 3.武漢虹信通信技術(shù)有限責任公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

通信速率的大幅提升是LTE系統(tǒng)的一個顯著技術(shù)特征，而為LTE提供高傳輸速率的核心技術(shù)之一即是多輸入多輸出技術(shù)（MIMO,Multiple Input Multiple Output）.[1]目前在國內(nèi)三大運營商，在網(wǎng)運行的室內(nèi)分布系統(tǒng)都是一個單饋纜系統(tǒng)，無法實現(xiàn)LTE系統(tǒng)的MIMO特性，所以并不能完全發(fā)揮出LTE高速率的特點。如果要在現(xiàn)有室分的基礎(chǔ)上實現(xiàn)LTE系統(tǒng)中的MIMO技術(shù)，就需要新建一套天線以及射頻信號分配系統(tǒng)，這會造成較大的物業(yè)協(xié)調(diào)難度以及花費較高的改造成本。同時由于新舊系統(tǒng)的施工時間和天饋材料不同，必然會導(dǎo)致雙路功率不平衡，從而降低LTE系統(tǒng)的MIMO性能。[2]而通過有源天線方案，可以在現(xiàn)有的單饋纜上實現(xiàn)LTE MIMO特性，有效降低改造成本。

1 有源天線功能概述

單纜MIMO有源天線分布系統(tǒng)是在單根饋纜上通過變頻方式實現(xiàn)LTE MIMO功能的全新室內(nèi)分布系統(tǒng)。傳輸LTE MIMO信號同時還兼容單運營商其他制式信號的透傳。單纜MIMO有源天線分布系統(tǒng)主要由有源天線近端、有源天線遠端、過流耦合器和供電單元（近端內(nèi)置）組成。

為了實現(xiàn)單饋線LTE 2×2 MIMO的功能，在LTE雙通道RRU（或者其他信源）的輸出端，一路LTE信號直通，另一路LTE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分別出的頻率，最后通過合路器將兩路LTE信號以及其他制式信號共三路信號合成為一路信號，傳輸?shù)絾勿伨€傳輸系統(tǒng)中。在有源天線遠端將收到的近端的信號通過分路器將直通的LTE信號和其他制式信號通過水平極化的天線單元輻射出去；將變頻后的LTE信號再通過混頻放大還原至原頻率通過垂直極化天線進行覆蓋。來自手機用戶的信號由遠端接收后，再由上述過程的逆過程傳送回移動通信基站。

2 信號間相互干擾問題分析

2.1 雜散干擾

雜散干擾是指系統(tǒng)的發(fā)射頻段外的雜散發(fā)射落入到了另一個系統(tǒng)的工作頻段中而可能造成的干擾，雜散干擾對系統(tǒng)最直接的一個影響就是降低了系統(tǒng)的接收靈敏度。

由于各種制式數(shù)字模擬直放站行標中對于工作頻率外的雜散輻射要求較高，特別是其他制式的工作頻段，已經(jīng)考慮對其他設(shè)備的干擾。有源天線系統(tǒng)選取本振、中頻和FSK頻率時需要考慮避開設(shè)備工作頻帶，通過提出下列指標可以保證LTE雜散輻射指標要求。

由-174+50(log100KHz)+46(G)+40(NF)=-38dBm可得出下行信號LTE自身帶內(nèi)底噪為-38dBm/100kHz，所以只需考慮本振和中頻泄露和其他制式信號通過分路器泄露過來的信號影響LTE信號的雜散輻射。

根據(jù)雜散輻射要求提出如下指標保證LTE雜散輻射。

1、本振信號泄露功率≤-36dBm/100KHz

2、中頻信號泄露功率≤-30dBm/1MHz

3、分路器對GSM下行頻段抑制度≥59dB（下行輸出15dBm+帶外增益5dB+雜散要求36dBm+3dB余量）

4、分路器對DCS、TD-SCDMA下行頻段抑制度≥58dB（下行輸出15dBm+雜散要求40dBm+3dB余量）

2.2 互調(diào)干擾

互調(diào)干擾集中在各系統(tǒng)的下行輸出，在進行合路時的互調(diào)產(chǎn)物上，主要表現(xiàn)為三階互調(diào)干擾。如果互調(diào)產(chǎn)物落在其中某一個系統(tǒng)的上行接收頻段內(nèi)，會對該系統(tǒng)基站的接收靈敏度造成一定的影響。

由于饋纜中傳輸多種頻率，頻率選擇不當可能會引起信號間的相互干擾。需要使GSM、DCS、TD-SCDMA、LTE1下行信號和本振、LTE2 中頻和FSK信號產(chǎn)生的二階、三階互調(diào)和其自身的倍頻信號不落在各個制式（包含L頻段CMMB無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)和WLAN覆蓋網(wǎng)絡(luò)）的上行頻帶而影響通話及數(shù)據(jù)收發(fā)質(zhì)量。

本方案采用以下頻率選擇方案：

LTE中頻信號 1540～ 1590MHz，本振 800MHz，F(xiàn)SK信號850MHz。

該方案的互調(diào)信號分析預(yù)算如下：

表1 本振信號同各制式信號產(chǎn)生的互調(diào)信號

表2 LTE中頻信號同各制式信號產(chǎn)生的互調(diào)信號

表3 FSK信號同各制式信號產(chǎn)生的互調(diào)信號

通過表1至表3可得出，該方案所采用信號與饋纜中可能傳輸?shù)钠渌剖降南滦行盘柈a(chǎn)生的互調(diào)不影響其上行信號。

2.3 阻塞干擾

如果其它系統(tǒng)的下行信號功率較強，及時頻率在系統(tǒng)的頻帶外，仍會降低接收機靈敏度。當較強功率加于接收機時可能導(dǎo)致接收機過載，使它的增益下降或者被抑制。

放大器有一個線性動態(tài)范圍，在這個范圍內(nèi)放大器的輸出功率隨輸入功率線性增加，這兩個功率之比就是功率增益G，其輸出功率低于所預(yù)計的值。通常把增益下降到比線性增益低1dB時的輸出功率值定義為輸出功率的1dB壓縮點。相應(yīng)的，此時的輸入功率定義為輸入功率的1dB壓縮點。為了防止接收機過載，從干擾基站接收到的總的載波功率電平需要低于它的1dB壓縮點。

各系統(tǒng)在LTE頻帶上的阻塞指標要求分別為GSM900 8dB、DCS1800 0dB、TD-SCDMA -15dB，為防止TD-LTE對其他系統(tǒng)產(chǎn)生阻塞干擾，GSM 900所需要的隔離度為35dB，DCS 1800所需要的隔離度為43dB，TD-SCDMA所需要的隔離度為58dB。

3 測試分析

測試環(huán)境是在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，選取近、中、遠三點對無源天線和有源天線進行下載和上傳速度的對比測試。測試結(jié)果如下：

圖1 無源、有源天線下載速度對比

圖2 無源、有源天線上傳速度對比

上述測試數(shù)據(jù)表明，有源天線在近點、中點、遠點的下載速度和近點、中點的上傳速度相比較無源天線只有非常輕微的惡化，基本保持相當水平，遠點上傳速度要略優(yōu)于無源天線。

4 結(jié)束語

通過有源天線可使單饋線室內(nèi)分布系統(tǒng)傳輸LTE實現(xiàn)2×2MIMO，實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)交換。該方案可靠性高，即使有源天線系統(tǒng)近、遠端有源系統(tǒng)出現(xiàn)問題，LTE還可進行單路覆蓋，原制式信號不受影響。有源天線還具備故障上報功能，對設(shè)備故障能有最快的反應(yīng)速度。相對于鋪設(shè)2條饋線實現(xiàn)2×2MIMO，新鋪設(shè)單饋線有源天線方案施工周期減半。對于改造現(xiàn)有單饋線室分系統(tǒng)使用該方案，更能減少施工難度和物業(yè)協(xié)調(diào)難度，降低改造成本，同時能保證LTE雙路功率平衡度在3dB以內(nèi)，使其更接近理論最大數(shù)據(jù)上下行速度。有源天線對于未來的LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的新建和改造都有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1]高澤華，高峰等.室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2]施云濤，王瑋，蔡偉明.基于有源天線的TD-LTE室分改造策略[J].電信工程技術(shù)與標準化，2012,(7):41-43.