TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方案

周宏成

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 廣東 廣州 510630）

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)從3G向LTE的演進(jìn)，室內(nèi)的話務(wù)密度不斷上升，業(yè)務(wù)量占到全網(wǎng)70%以上，尤其是高速率的流媒體業(yè)務(wù)主要發(fā)生在室內(nèi)，而室內(nèi)覆蓋往往是網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，提升室內(nèi)覆蓋水平是運營商改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，樹立品牌形象，發(fā)展移動用戶的重要手段。

TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)與已有的2G/3G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)、WLAN系統(tǒng)并存，但頻率高于2G/3G系統(tǒng)，與WLAN使用的2.4 GHz頻率比相近。因此，一方面TD-LTE室內(nèi)覆蓋的弱信號問題較2G/3G更明顯，如果室內(nèi)信號質(zhì)量較差，難以有效支撐高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；另一方面，基站之間和終端之間存在多種干擾，室內(nèi)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更加復(fù)雜。

根據(jù)2G/3G/LTE并存現(xiàn)狀和LTE現(xiàn)有頻率及技術(shù)特點，單一的LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方案難以適應(yīng)各種復(fù)雜室內(nèi)場景。TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃需要根據(jù)各種場景的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和建設(shè)條件，因地制宜地進(jìn)行方案規(guī)劃。根據(jù)覆蓋方式和信號來源的不同，可以將室內(nèi)覆蓋分為3種方式：第一種是通過設(shè)置室外基站對室內(nèi)進(jìn)行覆蓋；第二種是通過RRU作為信號源，采用有源電子器件或無源電子器件進(jìn)行信號發(fā)射的電子系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)覆蓋；第三種是安裝室內(nèi)微基站進(jìn)行室內(nèi)覆蓋。本文分別對以上3種室內(nèi)覆蓋方式進(jìn)行技術(shù)對比和應(yīng)用場景分析。

1 室外基站室內(nèi)覆蓋方案

通過室外基站對室內(nèi)進(jìn)行覆蓋的同時兼顧對室內(nèi)進(jìn)行覆蓋是普通城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)普遍采用的室內(nèi)覆蓋方式。這種方式針對建筑物不太密集，結(jié)構(gòu)簡單的區(qū)域能夠較好地解決室內(nèi)覆蓋問題，同時具有實施簡單、安裝迅速，性價比較高等優(yōu)點。根據(jù)室外基站類型的不同，可進(jìn)一步分為宏基站、室外微基站、室外中繼站3種。

1）室外宏基站

TD-LTE室外宏基站采用的D頻段高于GSM和TDSCDMA頻段，其穿透能力較弱，對室內(nèi)的覆蓋效果不如2G/3G宏基站。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時室外宏基站仍主要考慮室外覆蓋和室外話務(wù)吸收，兼顧對室內(nèi)覆蓋，一般用于普通城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、低矮居民樓、單體建筑不大等結(jié)構(gòu)簡單的室內(nèi)場景。對于30米以上高層建筑的的高層部分、一二樓和地下室部分、電梯部分，會存在信號較差的情況。

2）室外微基站

室外微基站相比宏基站具有體積和重量小、安裝靈活、發(fā)射功耗低、支持多種上聯(lián)方式等優(yōu)點，作為宏基站的一種有效補充，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和立體覆蓋效果，成為解決室內(nèi)覆蓋質(zhì)量問題的重要手段。室外微基站可分為一體化微基站和分布式微基站兩種。一體化微基站安裝在室外，工程建設(shè)簡單，不方便維護(hù)，可靠性不如宏基站；分布式微基站將傳統(tǒng)基站的基帶部分與射頻部分相分離，也稱為BBU+RRU基站，BBU和RRU可獨立安裝，相互之間用光纜進(jìn)行連接。分布式微基站各個射頻單元RRU共享主站BBU的基帶信道資源，網(wǎng)絡(luò)資源得以充分利用，可根據(jù)話務(wù)量的變化需求靈活地進(jìn)行站點容量配置，便于擴(kuò)容或多小區(qū)合并等功能的應(yīng)用。室外微基站主要用于居民小區(qū)、街道商鋪等小范圍、結(jié)構(gòu)簡單的室內(nèi)覆蓋。如果需要覆蓋連片居民小區(qū)及跨街區(qū)的商鋪覆蓋，可采用小區(qū)合并功能。

3）室外中繼站

室外中繼站（Relay）的是基站不直接將信號發(fā)送給移動臺，而是先發(fā)送給一個中繼站（Relay），然后再由中繼站轉(zhuǎn)發(fā)給移動臺。Relay解決方案可以有效改善室內(nèi)弱覆蓋區(qū)信號質(zhì)量，增大系統(tǒng)覆蓋范圍，提升系統(tǒng)鏈路性能，改善小區(qū)吞吐量。室外中繼站與2G/3G中傳統(tǒng)的直放站是不同的，傳統(tǒng)的直放站會將信號和噪聲都放大，即是層1轉(zhuǎn)發(fā)，會增加系統(tǒng)干擾和造成容量下降。LTE中的中繼站（Relay）是對施主基站的信號先進(jìn)行解調(diào)，然后再進(jìn)行放大轉(zhuǎn)發(fā)，即是層3轉(zhuǎn)發(fā)，避免了增加系統(tǒng)干擾。

TD－LTE中繼站分為帶內(nèi)中繼和帶外中繼兩種。帶內(nèi)中繼是施主基站到中繼站的鏈路與中繼站到移動臺的鏈路使用相同的頻點，兩個鏈路共享整個頻點的帶寬資源，可根據(jù)實際業(yè)務(wù)負(fù)載情況，靈活調(diào)整兩個鏈路子幀的分配比例。帶外中繼是施主基站到中繼站的鏈路與中繼站到移動臺的鏈路使用不同的頻點，因為兩個鏈路的頻點不同，較帶內(nèi)中繼可提供更高的傳輸速率，降低了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的復(fù)雜度。

TD－LTE中繼站的主要缺點是由于增加了層3的處理，處理時延大于傳統(tǒng)的直放站，并且需要對施主基站及核心網(wǎng)的軟件配置進(jìn)行修改。

2 有源和無源分布系統(tǒng)方案

無源系統(tǒng)主要由無源電子器件構(gòu)成，包括耦合器、合路器、功分器和天線等無源器件，而有源系統(tǒng)則還包括干線放大器和有源天線等有源電子器件。通過有源和無源器件組成的分布系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)信號無線信號覆蓋，關(guān)鍵是進(jìn)行鏈路預(yù)算的電子設(shè)計。室內(nèi)覆蓋有源和無源系統(tǒng)的電子鏈路信號傳播損耗除了考慮干擾或衰落儲備外，重點設(shè)計饋線、合路器、耦合器、功分器、干線放大器等器件的信號損耗。

通過有源和無源電子系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)覆蓋是大型建筑進(jìn)行室內(nèi)覆蓋的主要解決方式。TD－LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)根據(jù)是否支持MIMO技術(shù)，可設(shè)計成雙通道室分系統(tǒng)和單通道室分系統(tǒng)。

2.1 TD-LTE雙通道室內(nèi)系統(tǒng)

TD－LTE雙通道室分系統(tǒng)是指在每個室內(nèi)覆蓋點通過位置不同的兩個單極化天線或者一個雙極化天線進(jìn)行信號發(fā)射和接收，形成2×2MIMO雙收雙發(fā)組網(wǎng)。這種組網(wǎng)方式具有完整的MIMO特性，系統(tǒng)容量和峰值傳輸速率都可得到提升。根據(jù)信號傳輸方式，雙通道系統(tǒng)又分為雙通道雙路室分系統(tǒng)和雙通道單路室分系統(tǒng)。

1）雙通道雙路室分系統(tǒng)

雙通道雙路室分系統(tǒng)需要兩個饋線傳輸信號，需要一副雙極化天線，或者兩副單極化在空間相隔一定距離分別放置，從而形成2×2MIMO雙收雙發(fā)系統(tǒng)。雙路室分系統(tǒng)根據(jù)覆蓋物業(yè)原有2G/3G已有室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)情況，可分為一路新建一路改造，或者兩路均為新建情況。

2）雙通道單路室分系統(tǒng)

雙通道單路室分系統(tǒng)是將兩路信號中其中一路信號進(jìn)行變頻處理，然后與另一路信號進(jìn)行合路，兩路信號在一條饋線上傳輸。如果是改造原有2G/3G室分系統(tǒng)，需要增加一副單極化天線，或者將原有單極化天線改造為雙極化天線。雙通道單路室分系統(tǒng)相比雙路室分系統(tǒng)降低了工程建設(shè)和物業(yè)協(xié)調(diào)難度，降低了工程建設(shè)成本。

2.2 TD-LTE單通道室內(nèi)系統(tǒng)

TD－LTE單通道室分系統(tǒng)與現(xiàn)有的2G/3G室分系統(tǒng)相似，在每個室內(nèi)覆蓋點只需要一個普通的垂直極化吸頂天線和一條射頻傳輸線路。這種方式只需建一套室內(nèi)分布系統(tǒng)，沒有實現(xiàn)TD－LTE在MIMO技術(shù)上的優(yōu)勢，因此無法體現(xiàn)MIMO技術(shù)在容量上的增益。

TD－LTE單通道室分系統(tǒng)的優(yōu)點是一樓層只使用RRU的一個通道，對天線也沒有特殊要求，在施工難度上較雙通室分系統(tǒng)低得多，在成本也大幅降低。缺點是無法體現(xiàn)TDLTE在MIMO上的技術(shù)優(yōu)勢，不能有效提高小區(qū)和用戶吞吐量。

3 安裝室內(nèi)微基站方案

對于有傳輸資源接入，而室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)有困難的樓宇，可以在室內(nèi)直接安裝微基站方式進(jìn)行室內(nèi)覆蓋。根據(jù)微基站室內(nèi)覆蓋特點，可分為一體化微基站（Nanocell）、分布式微基站（Pico RRU）和微放器3種。

1）安裝室內(nèi)一體化微基站

室內(nèi)微基站Nanocell分為企業(yè)級和家庭級兩種，家庭級總發(fā)射功率一般為20 dBm，主要用于住宅小區(qū)同層覆蓋，最多支持8個用戶；企業(yè)級每個天線功率為21 dBm，可支持32～64個用戶，主要用于小型辦公場所、咖啡廳、酒吧、餐館等區(qū)域，對于需要大范圍室內(nèi)覆蓋場所，可通設(shè)置多個Nanocell進(jìn)行覆蓋。Nanocell集成了WLAN功能，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時可根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要保證LTE和WLAN的覆蓋及容量需求。

Nanocell優(yōu)點：可以采用基于IP傳輸?shù)亩喾N接入方式，在有傳輸資源的區(qū)域可快速建網(wǎng)；提供了靠近天線的信源，減少了線路損耗，提高了有效發(fā)射功率；工程建設(shè)簡單，不需要進(jìn)行分布系統(tǒng)的建設(shè)，節(jié)省了工程投資；Nanocell可看做一個獨立基站，能夠進(jìn)行全網(wǎng)監(jiān)控。

Nanocell缺點：有源設(shè)備增多，增加了后期維護(hù)工作量；僅支持LTE和WLAN，沒有考慮原有2G/3G聯(lián)合建設(shè)問題；對時間同步要求誤差小于3微秒。

2）安裝分布式微基站

分布式微基站 （Pico RRU）主要包括BBU、Hub和Pico RRU三部分組成，BBU和Hub之間通過光纖相連，Hub和Pico RRU之間可以通過五類線或者光纖相連，多個Pico RRU可以采用星型拓?fù)浣M網(wǎng)。分布式微基站方式需要設(shè)置BBU，對基礎(chǔ)設(shè)施要求高，增加了建網(wǎng)成本和實施難度。

3）安裝微放器

微放器是超低功率的無線直放站，工作原理與2G/3G中的直放站相同，但發(fā)射功率更低，通常只有幾十毫瓦，對施主基站的干擾影響較小，主要應(yīng)用于沒有有線接入的室內(nèi)場景。

4 3種室內(nèi)覆蓋方案比較

3種室內(nèi)覆蓋方案在工程技術(shù)應(yīng)用特點和應(yīng)用場景方面各有優(yōu)勢，各方面的綜合比較如表1所示。

表1 3種室內(nèi)覆蓋方案比較Tab.1 Three kinds of indoor coverage scheme comparison

5 結(jié) 論

在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，室內(nèi)覆蓋直接關(guān)系全網(wǎng)質(zhì)量，應(yīng)根據(jù)具體的室內(nèi)覆蓋場景、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)目標(biāo)，工程投資等因素因地制宜地選擇具體覆蓋方案。本文提出的三大類解決方案中，通過室外基站進(jìn)行室內(nèi)覆蓋可以節(jié)省投資，建網(wǎng)速度較快，室內(nèi)室外覆蓋聯(lián)合規(guī)劃。通過有源和無源分布系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)覆蓋適合于對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)速率和業(yè)務(wù)量要求較高，需要深度覆蓋的場所，是大多數(shù)中大型寫字樓、賓館、酒店、會展中心、機場、車站等場所的室內(nèi)覆蓋解決方案。通過室內(nèi)微基站進(jìn)行室內(nèi)覆蓋主要適合小型的辦公娛樂場所，以及住宅弱信號覆蓋樓層，具有傳輸接入簡單，建網(wǎng)成本低等優(yōu)點。

[1]趙經(jīng)緯.鎖定70%業(yè)務(wù)區(qū)專家解析3G室內(nèi)覆蓋策略[J].通信世界，2008（37）:50.ZHAO Jing-wei.Lock 70%business expert analysis of 3G indoor coverage strategy[J].Communications World，2008（37）:50.

[2]周宏成.WCDMA室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)規(guī)劃[J].廣東通信技術(shù)，2005（11）:2-5.ZHOU Hong-cheng.WCDMA indoor coverage system planning[J].Guangdong Communication Technology，2005（11）:2-5.

[3]戴源，朱晨鳴，王強，等.TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[4]3GPPTR 36.922 V9.1.0.TDD Home eNode B（HeNB） Radio Frequency（RF） Requirements Analysis[R].2010.

[5]李正茂，王曉云主編.TD-LTE應(yīng)用于實踐[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[6]朱雪田，安曉東，高羽，等.TD-LTE無線性能分析與優(yōu)化[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.