LTE室內分布系統典型建設方案研究

王方正　張文超

【摘要】 針對當前LTE網絡建設追求局部精細優化、完善深度覆蓋的需求提出了LTE室內分布系統典型建設方案研究。文章簡述了LTE室內分布系統重點覆蓋場景，并對其工程指標要求、新建方案、改造方案等內容進行深入分析和總結。

【關鍵詞】 LTE 室內分布系統 新建方案 改造方案

一、引言

工業和信息化部于2013年12月4日向中國移動通信集團公司、中國電信集團公司和中國聯合網絡通信集團有限公司頒發“LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（TD-LTE）”經營許可。至此國內LTE網絡建設正式步入快車道。

城市的快速發展帶來的是鋼筋混凝土、結構高大的建筑物，無線環境復雜，信號遮擋嚴重，信號衰落大，如何解決城區深度覆蓋的問題、掃清城區網絡覆蓋的死角，提升用戶對LTE網絡感知等方面的需求，成為室內分布系統建設亟需解決的一個重要課題。

二、LTE室內分布系統

2.1 LTE室內分布系統重點覆蓋場景介紹

室內分布系統覆蓋范圍廣泛，覆蓋場景種類繁多，現將重點覆蓋場景從建設結構和業務特點的角度進行初步分析。（1）高層寫字樓和酒店。建筑特點：該類建筑多為全鋼或鋼筋混凝土結構外加玻璃幕墻。樓層內的墻壁多采用復合吸音材料，穿透損耗較小。業務特點：高端用戶多，業務密集，數據業務量大。（2）商場。建筑特點：多為鋼筋混凝土框架結構外加玻璃幕墻，層內一般無阻擋或是簡單的裝修隔檔，穿透損耗小，層間穿透損耗較大。業務特點：節假日或平日晚上業務量大，多以語音業務為主。（3）室內體育場和會議中心。建筑特點：該室內無線傳播條件比較理想，信號為視距傳輸，能量以直達為主。業務特點：業務主要以事件為觸發，展覽、會議、賽事舉行時，業務量出現高峰。（4）城市地鐵。建筑特點：高業務量，大型建筑，傳播模型復雜。業務特點：流動人員集中且話務量較高，主要以語音業務、短信和即時業務為主。（5）機場、車站。建筑特點：該建筑風格各異，占地面積大，內部結構復雜，樓層非常空曠。業務特點：話務密度較高，普通語音、短信和即時業務為主，VIP區域需要數據業務連續覆蓋。（6）地下車庫。建筑特點：建筑結構多為加強的鋼筋混凝土結構，封閉情況很好。業務特點：高端用戶比重較大，但話務量較小且以語音業務為主。

2.2 LTE室內分布工程指標要求

2.2.1 覆蓋指標

（1）邊緣場強：室內目標覆蓋區域內公共參考信號接收功率（RSRP）≥-105dBm，覆蓋概率達到95%。（2）室內信號外泄場強：室外10米外泄信號：室外第一導頻的RSRP-室內外泄信號的RSRP≥5dB。（3）RSRP參考信號接收質量：室內外異頻組網場景：單路室內分布95%區域，公共參考信號信干噪比 RS SINR 大于6dB，雙路室內分布公共參考信號信干噪比 RS SINR 大于9dB。室內外同頻組網場景：單路室內分布95%區域，公共參考信號信干噪比 RS SINR 大于-3dB，雙路室內分布公共參考信號信干噪比 RS SINR 大于0dB。

2.2.2 業務質量

（1）無線信道呼損率：不高于2%。（2）無線接通率：規劃區域內90%區域，優于99%概率。（3）誤塊率：規劃區域內90%區域，BLER< 10%。（或收斂于10%）。（4）目標吞吐量：15MHz帶寬條件下，室內單載波小區：單天線DAS：下行25Mbps，上行 15Mbps；雙天線DAS：下行40-75Mbps，上行 20-30Mbps。（5）目標邊緣速率：下行4Mbps，上行 256Kbps。

2.2.3 天線選型

（1）根據室內覆蓋具體情況，合理選擇不同類型、不同波瓣寬度、不同增益的天線。（2）密閉環境選擇全向吸頂天線；易泄漏的區域可選擇定向天線朝不泄漏的區域覆蓋。（3）開闊型環境優選新型全向吸頂天線進行覆蓋。（4）半開放環境在窗戶或走道等邊緣地區使用定向天線。（5）大面積使用玻璃幕墻的環境，應使用定向天線，從幕墻邊緣向室內中心輻射。（6）電梯選取對數周期天線或定向天線安裝在電梯井進行覆蓋。

2.2.4 LTE天線與其他系統天線間距要求，見表1。

2.2.5 MIMO天線要求

（1）在MIMO雙流的情況下，可以選擇2個單極化天線或1個雙極化天線。若天線安裝空間受限或物業協調困難場景，優先選擇使用室分雙極化天線。（2）對于支持MIMO的雙路室內分布系統，組成MIMO天線陣的兩個單極化天線口功率值之差要求控制在5dB以內（3dB以內最佳）。實測：功率差5dB時，小區上行吞吐量下降8.8%，下行吞吐量下降6.8%。功率不平衡會提高信號解調門限，需提高相應的調制編碼方式，因而吞吐量下降。（3）為了保證LTE的MIMO性能，建議雙天線盡量采用10λ以上間距，約為1.25 米，如實際安裝空間受限雙天線間距不應低于4λ，約為0.5米。

2.2.6 天線密度及功率要求

根據試驗網的經驗數據，一般建筑物LTE室內分布系統，天線總出口功率應控制在10～15dBm（總功率）。

（1）對于特殊場景，天線口功率還可適當酌情提高，但應滿足國家對于電磁輻射防護的規定。（2）天線覆蓋半徑參考建議為：在半開放環境，單天線情況下，如商場、超市、停車場、機場等，覆蓋半徑取10～15米；在較封閉環境，單天線的情況下，如酒店、寫字樓、辦公樓、娛樂場所等，覆蓋半徑取8～10米。

2.2.7 饋線及無源器件使用原則

（1）室內分布系統主干饋線中不使用8D/10D饋線；（2）超過5米小于30米的線纜選用1/2饋線；（3）主干饋線中長度超過30米選用7/8饋線。（4）器件工作頻率范圍要求為800～2500MHz，其駐波比、插損滿足規范要求。

2.2.8 LTE與CDMA室內分布系統合路原則

LTE RSRP邊緣場強標準比CDMA導頻標準低20dB，CDMA設計規范邊緣場強-85dBm，LTE設計規范邊緣場強-105dBm。

相對CDMA系統， LTE信源功率差、饋線損耗和空間傳播損耗較大，造成合路后比CDMA導頻信號弱30dB。由此，如原有CDMA室內分布系統天線密度較大，邊緣場強達到-75dBm，則LTE邊緣場強可達-105dBm，基本滿足覆蓋要求，對于CDMA室內分布系統邊緣場強低于-75dBm的室內分布系統，則需要通過LTE小區分裂、增加天線密度等方式滿足覆蓋。

2.3 LTE室內分布系統新建方案

2.3.1 單路建設方式

對于LTE數據速率及容量要求不高的區域，如：聚類市場、商務樓宇、星級酒店、娛樂場所、政企單位、醫院，建議采用單路建設方式，如圖1所示。

2.3.2 雙路建設方式

對于重要場景、高話務量高流量的場景，如：交通樞紐、高校、大型場館、自有營業廳、手機賣場等，建議建設雙路天饋系統，如圖2所示。

2.4 LTE室內分布系統改造方案

2.4.1 改造方案A：直接合路原系統（單通道）

增加合路器，直接合路。適用場景：適合對數據業務需求量不大，或改造極其困難的場景。優點：工程改造量小，更換合路器即可。缺點：不能充分體現LTE的MIMO特性，相同情況下系統峰值吞吐量只能達到雙通道方式的60%，如圖3所示。

2.4.2 改造方案B：對原有系統進行改造后進行合路（單通道）

對原有系統進行改造，增加天線密度，新建或更換主干，增加合路器。適用場景：客流量大，語音業務和數據業務量較大，但物業協調困難，無法大規模施工。優點：工程改造量較小。缺點：不能充分體現LTE的MIMO特性，相同情況下系統峰值吞吐量只能達到雙通道的60%，如圖4所示。

2.4.3 改造方案C：新建一路，利舊一路（雙通道）

在原有室內分布系統基礎上以合路方式利舊一路，新建一路的方式進行LTE室內分布系統改造。適用場景：滿足高速率體驗需求，具備改造條件的樓宇。

優點：充分體現LTE MIMO特性，整體投資額比新建雙路方式少，充分利用現有網絡。缺點：仍需建設一套室內分布系統，工程量較大。控制兩路系統同位置天線口功率差在5dBm以內較難實現，如圖5所示。

2.4.4 不同建設方案造價對比

各種建設方式與直接合路改造方式的投資對比情況如表2所示：

2.4.5 不同場景改造方案總結

考慮到天線口功率平衡、施工難度、投資等問題因素，暫不建議采用第三種方式。不同場景下的建議改造方案如所表3所示：

三、結束語

4G如期而至，超過80%的數據業務也將發生在室內。這意味著室內覆蓋將成為我國即將開展的4G市場之爭的重中之重。LTE室內分布系統的建設方案可借鑒前期相關工程經驗，但在實際的工程中還需結合LTE網絡特性和不斷出現的新技術進行完善和總結。

參 考 文 獻

[1] 3GPP TR 21.905：”Vocabulary for 3GPP Specification”.

[2] 陸健賢. 移動通信分布系統原理與工程設計. 機械工業出版社. 2008

[3] 肖清華. TD-LTE網絡規劃設計與優化. 人民郵電出版社. 2013

[4] Stefania Sesia. LTE/LTE-Advanced：UMTS長期演進理論與實踐. 人民郵電出版社. 2012