LTE無線數字直放站設計分析

王欣明　張紅霞

摘要：本文通過對LTE無線數字直放站理論及實測數據的分析，結合LTE目前覆蓋現狀，提出了一種通過LTE無線數字直放站解決LTE覆蓋不足及建設周期長的方法。

關鍵詞：LTE；覆蓋；無線數字直放站

1 引言

目前TD-LTE運營商大力推進網絡建設，“做廣、做深、做厚”4G網絡，打造精品網、確保4G領先是運營商比較迫切的訴求。但在兩年間大規模的建設LTE網絡之后，目前室外測試的結果并非全都理想。

如一次非正式拉網測試的結果所顯示：某省會城市23個網格區域內覆蓋率（RSRP>=-110dBm and SINR>=-3dB）為89 96%，平均SINR為12.21。這個測試結果比較真實的反應了此城市LTE網絡的覆蓋現狀，說明至少在一部分街道上用戶的體驗還不是十分完美，是需要特別關注和解決的。測試數據的分析顯示目前LTE宏站覆蓋主要存在四種問題：弱覆蓋、越區覆蓋、切換問題和強干擾。后兩種問題通過調整網絡參數和深入排查干擾源可以得到解決，但弱覆蓋和越區覆蓋的解決其實涉及到網絡建設比較核心和關鍵的問題。那就是站址的合理選取。在通信行業競爭如此激烈的背景下，站址資源十分有限，想迅速找到那么多配套統統滿足要求的合理站址實在有些不切實際。

另外據不完全統計，目前60%的語音業務及70%的數據業務發生在室內，而且未來這一數據甚至將有可能會達到90%。因此從商業競爭角度來看，室內深度無縫覆蓋程度對于4G網絡運營商將是至關重要。而4G信號在通過墻壁、地板和窗戶等其它建筑物后會出現嚴重的衰減。將會有超過60%的區域的信號不能滿足室內覆蓋或較差的下載速率。但近些年來室分系統的建設成本越來越高，對于一些有需求但又沒法鋪設光纜進入的物業點，目前只能舍棄。

2 LTE直放站解決方案

對于TD-LTE運營商來說，尋求最經濟、最合理、最快捷的無縫信號覆蓋解決方案來增強自身網絡的競爭力及幫助其提升4G數據業務的發展是一個永恒的話題，因為解決了室內外深度無縫覆蓋問題，用戶就能在4G網絡里獲得良好的感知與體驗。移動終端用戶爆炸性的數據需求和網絡覆蓋的不盡如人意給運營商出了不小的難題，這就需要我們采用新方法來解決新問題，那么是否可以借鑒GSM網絡時的經驗，在不影響網絡質量的前提下，使用直放站來快速的解決問題呢？

直放站在移動通信網絡中是作為信號中繼器（Repeater）來同時中繼放大上下行射頻信號，它能有效地幫助運營商在網建初期快速地（配套成本低、無需光纖資源）將宏基站信號延伸到網絡中的信號弱區、盲區或上網速率低、用戶體驗差的區域，或在網絡建中后期進行精確室內延伸覆蓋。

某廠家提供的LTE無線數字直放站，如圖1，采用超低噪聲系數射頻前端、革命性的數字濾波器、高無雜散動態范圍ADC及自有知識產權的TDD-Mate幀同步算法（基于軟件無線電技術），TD-LTE系列直放站可以精準、快速及穩定地與TD-LTE宏基站同步并和諧地與宏網絡共存。內置于SDR平臺里的TDD-Mate幀同步算法首先先通過高速的ADC將接收到的TD-LTE宏基站的信號數字化，并在DSP里執行基帶解調，進而根據TD-LTE的幀結構從基帶信號中識別出在下行導頻時隙（DwPTS）中的主導頻同步信號（PSS）和時隙O（TSO）中的輔導頻同步信號（SSS），再通過根據本地初同步PSS碼與基于同步碼相關性的解調信號的互相關性，可以得到上下行導頻時隙的切換點。有了PSS和SSS的準確時間點。再根據當前的上下行時隙比和特殊時隙配置可以準確地計算出每一個上下行的切換點。

3 LTE無線數字直放站實測情況

為了驗證LTE無線數字直放站的效果。對營業廳這類較封閉的區域以及地下停車場這類開闊區域分別進行了測試。

（1）對某移動營業廳進行了現場實測，結果如下表。直放站安裝如圖1所示：

可以看到直放站安裝后數據下載速率可以保持在6508kb/s到14176kb/s之間，此時發射點B的RSRP在-60dBm左右。

（2）對某地下停車場進行了現場實測，結果如下：

下表為距離發射天線水平距離15米、30米和50米的RSRP強度和SINR對比。

實測截圖如下：

可以看到，室內開闊場景30米視距時覆蓋效果較好，50米以內的視距范圍空間覆蓋效果一般，基本上為極限覆蓋距離。

4 直放站與基站比較優缺點分析

經過測試可以看出通過LTE直放站可以很好的解決室內補盲的問題，以下詳細對兩站進行分析.

4.1 同等覆蓋面積時，使用直放站投資較低

就覆蓋面積而言，可能六個直放站才相當于一個基站，六個直放站的設備價約為一個基站的80%。但考慮到機房租用和裝修、交直流電源、空調、傳輸系統和電路租金等費用，六個直放站的費用只相當于于一個基站的50%，甚至更低。

4.2 覆蓋更為靈活及有針對性

基站方式以廣域覆蓋為主，部分場景可能穿透性不足，存在盲區，而直放站更加靈活，只要覆蓋區附近存在信源較好的地點即實現信號引入及放大。

4.3 在組網初期，由于用戶較少，投資效益較差，可以用一部分直放站代替基站

用戶發展起來后現更換為基站，替換下來的直放站再進一步放置在更邊緣的地區，這樣一步步地滾動發展。

4.4 直放站與基站相比存在的主要不足

（1）不能增加系統容量。

（2）引入直放站后，會給基站帶來噪音，使原基站工作環境惡化，覆蓋半徑減少。所以一個基站的一個扇區所帶直放站有限。

（3）直放站的網管功能和設備檢測功能遠不如基站，當直放站出現問題后不易察覺。

（4）由于受隔離度的要求限制，直放站的某些安裝條件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分發揮。

（5）如果直放站自激或直放站附近有干擾源，將對原網造成嚴重影響。噪聲通過直放站進一步放大。增益越大越明顯。

（6）由于直放站硬件能力限制，部分站點下載速率無法達到理論值或者實測最大值，不如基站直接覆蓋效果來的好，當然如果是盲弱區，RSRP，SINR得到顯著改善，則下載速率肯定優于基站直接覆蓋。

5 總結

LTE無線數字直放站的主要優點是投資較低、覆蓋更靈活有針對性、可以滾動使用、建設周期短；不足之處是不能增加系統容量、可能會對宏站造成干擾、維護手段有限、建設場景有限、自身抗干擾性較差、覆蓋效果有限。

但隨著設備的不斷升級換代和LTE無線組網技術的發展，在相當數量的合理使用場景中，LTE無線數字直放站應該可以發揮不小的作用。為TD-LTE運營商快速組網提供了一種新的方式，是TD-LTE運營商打造精品網不可或缺的一種技術手段。