基于4G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)部署實例及分析

徐德徠

【摘要】 隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，移動通信數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，室內(nèi)覆蓋對運(yùn)營商來說變得至關(guān)重要。本文從三個方面介紹下一代數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)：首先分析了傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)的局限性，其次對兩種新型數(shù)字室分技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后結(jié)合具體實例分析了數(shù)字室分系統(tǒng)的部署及其優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】 移動通信技術(shù) LTE 室內(nèi)覆蓋 數(shù)字室分系統(tǒng)

一、 序言

LTE作為3GPP主導(dǎo)的新一代移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)了3G的空中接口技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步扁平化，能夠更好的提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。國際電信聯(lián)盟（ITU）的業(yè)務(wù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，3G網(wǎng)絡(luò)中70%以上的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，預(yù)計LTE室內(nèi)業(yè)務(wù)占比將增長到90% [1]。因此，室內(nèi)分布系統(tǒng)作為改善建筑物內(nèi)移動通信環(huán)境的一種重要方式，將成為LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。由于室內(nèi)分布系統(tǒng)搭建要求高、規(guī)模大，因此可支持多頻段，覆蓋范圍廣的新型數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)變得尤為重要。

二、傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)局限性

傳統(tǒng)室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將室內(nèi)分布系統(tǒng)搭建作為解決方案，與信源共同完成室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括合路器、功分器、耦合器、饋線及天線等部分。

4G時代，發(fā)生在室內(nèi)的業(yè)務(wù)占比將增長到90%。這給傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)搭建帶來了巨大的困難，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1） 引入MIMO困難：傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)采用的是室內(nèi)分布式天線（DAS）系統(tǒng)，如果引入MIMO就需要新增一套DAS系統(tǒng)形成MIMO，這會引起雙鏈路不平衡，容量擴(kuò)展困難2） 管理優(yōu)化難：傳統(tǒng)室分系統(tǒng)節(jié)點多，節(jié)點老化故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)隱患多。而且傳統(tǒng)分布式天線系統(tǒng)網(wǎng)管無法管理，網(wǎng)絡(luò)問題難以快速定位。

伴隨移動通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單一室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)搭建方式開始向多元化發(fā)展，室內(nèi)站點的覆蓋方式也有了更多的選擇。為了幫助運(yùn)營商更好的應(yīng)對傳統(tǒng)室分在4G時代的挑戰(zhàn)，各設(shè)備商也提出了不同的解決方案。下一節(jié)將對兩種主要的新型數(shù)字室分技術(shù)進(jìn)行介紹。

三、新型數(shù)字室內(nèi)分布技術(shù)

3.1 微小區(qū)技術(shù)

微小區(qū)技術(shù)的數(shù)字室分系統(tǒng)，指在用戶需求地點安裝具有載頻功能的微射頻功率接入設(shè)備，以完成無線接入，并通過公網(wǎng)或者移動終端的自身傳送網(wǎng)來完成回傳網(wǎng)絡(luò)。此種解決方案代表是愛立信公司推出的Radio Dot系統(tǒng)，其主要包括三部分：無線點（Radio Dot），室內(nèi)無線單元（IRU），數(shù)字單元（DU）[2]。主要有以下幾方面優(yōu)勢：1、小型化，便于快速部署，特別適合有物業(yè)困難和施工困難的場景。2、支持MIMO的LTE網(wǎng)絡(luò)，無需進(jìn)行DAS改造，通過疊加點系統(tǒng)快速建設(shè)MIMO室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。3、統(tǒng)一監(jiān)控實現(xiàn)100%網(wǎng)絡(luò)融合。

3.2 光分布技術(shù)

本技術(shù)方案是從基帶單元（BBU）的CPRI接口引入信號，通過rHUB進(jìn)行級聯(lián)或擴(kuò)展處理后發(fā)送到遠(yuǎn)端射頻單元（pRRU）中，pRRU通過內(nèi)置的天線完成室內(nèi)覆蓋。其中，BBU和rHub通過光纜相連，rHub通過網(wǎng)線與pRRU相連。此技術(shù)的代表包括華為的LampSite以及中興的Qcell。

3.2.1 LampSite系統(tǒng)

華為提出的LampSite系統(tǒng)提出了一種綜合性的室內(nèi)覆蓋解決方案，針對不同場景下的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量問題，提供了高性能增益和更好的移動用戶體驗。LampSite整個系統(tǒng)由pRRU、RemoteHUB（RHUB）和BBU三個網(wǎng)元組成[3]。相比于傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)，LampSite系統(tǒng)有以下三方面優(yōu)點：1、小型化便于快速部署：結(jié)構(gòu)簡單，以太網(wǎng)供電傳輸一體化降低了部署難度。2、支持多制式擴(kuò)展：在原有BBU上擴(kuò)容，擴(kuò)容簡便；一個pRRU承載多個制式。3、統(tǒng)一監(jiān)控實現(xiàn)100%網(wǎng)絡(luò)融合：統(tǒng)一網(wǎng)管，簡化運(yùn)維，其獨(dú)立解調(diào)降低底噪，進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)容量和性能，提升了網(wǎng)絡(luò)性能。

3.2.2 Qcell系統(tǒng)

Qcell數(shù)字室分系統(tǒng)是中興通訊提出的支持多頻多模的4G室內(nèi)有源分布解決方案。Qcell有源數(shù)字室分系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成： BBU、遠(yuǎn)端匯聚單元（Pbridge）、pRRU以及多系統(tǒng)接入單元（MAU，可選模塊）構(gòu)成[4]。Qcell的具體組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

Qcell數(shù)字室分系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)，具有大容量、快速部署、平滑演進(jìn)、可管可控等優(yōu)勢，可以幫助運(yùn)營商快速搭建一個同時具備低成本和高性能的2G/3G/4G多模融合的室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

四、數(shù)字室分系統(tǒng)部署實例及分析

為提高用戶體驗，打造卓越4G+網(wǎng)絡(luò)，鹽城聯(lián)通決定采用中興通訊提供的Qcell系統(tǒng)為聯(lián)通大樓部署雙載波室內(nèi)分布系統(tǒng)，并且進(jìn)行了后續(xù)的測試。鹽城聯(lián)通大樓是一棟6層建筑，其中，1F為營業(yè)廳，2F為機(jī)房，3F為健身房，4F-6F為辦公區(qū)，每層長約30m，寬約16m。

首先，進(jìn)行室分系統(tǒng)部署之前我們對鏈路預(yù)算及覆蓋范圍進(jìn)行了分析。其中，pRRU下行最大功率2*50mW，RB數(shù)為100，信號源（RRU）發(fā)射功率為50mW，天線口Re或?qū)ьl發(fā)射功率為-10.8dBm，天線跳線插損0.5dBm，天花板穿透損耗為6dBm，邊緣參考信號接收功率（RSRP）要求-95dBm，陰影衰落余量8dB，最大允許的空間損耗69.7dB，每層墻壁損耗為10dB。在1800MHz 和2100MHz 頻段非視距環(huán)境及有一道阻隔墻環(huán)境下，中心頻率分別為1850和2165MHz，天線口下1米處路徑損耗分別為37.3和38.7dB，可覆蓋半徑分別為14.3m、6.3m以及12.8m、5.6m。

根據(jù)對鏈路預(yù)算及覆蓋范圍的分析，對聯(lián)通大樓進(jìn)行Qcell數(shù)字室分系統(tǒng)總體部署，其中，1，4，5，6層pRRU數(shù)量為3個，3層pRRU數(shù)量為2個，每層的PB數(shù)為1個，1、3、4、5、6層網(wǎng)線長度分別為157，77，127，112，97，570m。測試對比結(jié)果如下表1所示，下載測試為單載波測試。

從室分系統(tǒng)部署前后的測試結(jié)果可以看出，RSRP的提升比例高達(dá)21%以上， SINR提升比例高達(dá)23%以上，而下載速度更是提升至138.35%以上。

為了在數(shù)字室分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升單用戶峰值速率和系統(tǒng)容量，本次實驗增加了載波聚合（CA）的測試。載波聚合技術(shù)即是將兩個或多個的載波單元（CC）聚合在一起以支持更大的傳輸帶寬（最大為100MHz），其中，每個CC的最大帶寬為20 MHz，CA可以聚合同一頻帶內(nèi)或不同頻帶內(nèi)的載波[5]。本次聯(lián)通大樓測試中，載波聚合使用的是BAND1（下行2150-2170），上行（1960-1980）與BAND3（下行1840-1860，上行1745-1765）之間的20M頻帶進(jìn)行聚合，采用的測試終端為三星NOTE4。其在室分系統(tǒng)下，載波聚合的下載峰值可達(dá)300Mbps。

五、 結(jié)語

本文從LTE時代室內(nèi)覆蓋將面臨的嚴(yán)峻形勢出發(fā)，分析了室內(nèi)覆蓋對于運(yùn)營商來說的重要性。結(jié)合具體實例，研究了新型數(shù)字室分系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)室分DAS系統(tǒng)的優(yōu)越性。可以預(yù)見，新型的數(shù)字室內(nèi)分布系統(tǒng)由于具有大容量、快速部署、平滑演進(jìn)、可管可控等技術(shù)優(yōu)勢，必將成為4G時代解決室內(nèi)覆蓋的有效補(bǔ)充方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] X. Fangtang， X. Weizhu， Z. Qikuai. Wideband slot antenna for LTE indoor distribution on applications[C]. 2014 Antennas and Propagation Society International Symposium， 2014：1841-1842.

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[3] 孫小兵. LampSite室內(nèi)覆蓋解決方案研究[J]. 郵電設(shè)計技術(shù)， 2015 （9）：26-30.

[4] 謝衛(wèi)浩. LTE有源室分部署的無線網(wǎng)規(guī)方法和實例[J]. 移動通信， 2015（8）：256-263.

[5] D. P. sharma， S. Gautam. Distributed and Prioritised Scheduling to Implement Carrier Aggreation in LTE Advanced Systems[C]. 2014 Fourth International Conference on Advanced Computing&Communication; Technologies， 2014：390-392.