多頻段室外覆蓋室內穿透損耗研究

張炎炎

1 引言

隨著各運營商LTE建設速度的加快和中國移動互聯網業務的快速發展，未來無所不在的通信將成為無線通信的普遍需求。一方面，數據業務已經在無線通信中的比重越來越大，而大部分的數據業務發生在室內，但TD-LTE組網頻段較高，空間傳播損耗和穿透損耗相對較大，不利于室內深度覆蓋，因此室內覆蓋的性能將影響運營商的收益。此外，從業務發展來看，未來VoLTE將全面替代CSFB承載語音業務，因此需要VoLTE達到同現網2G/3G的CS業務同覆蓋。但是，通過對運營商的現網數據進行測試可以發現，深度覆蓋能力和網絡需求相比仍存在一定差距。

如圖1所示，從某運營商某城市的4G駐留時長占比測試可以看出，該城市“LTE路測占網時長占比”已接近100%，但4G時長駐留比僅占到80%～90%，表現出其4G室外覆蓋能力遠遠高于全網平均覆蓋能力，即室內深度覆蓋存在較大不足。

圖1 4G駐留時長占比

對于蜂窩移動通信網絡，室外宏蜂窩基站是實現一個地區覆蓋的主要手段，但由于移動業務主要在室內，無線信號從室外向室內傳播時會有損耗，為保證到達室內的信號能夠保證移動業務的質量，一是可以通過增加基站數量，減小基站站距的方法減少信號在室外傳播的損耗；二是建設室內分布系統直接解決室內覆蓋。但是由于室內分布系統只能保證個別樓宇的室內覆蓋，所以總體來說，室外基站在宏觀上更有效，因此室外信號對室內深度覆蓋研究很重要。

為提升LTE的深度覆蓋能力，采用低頻段的LTE FDD制式進行網絡覆蓋是一種方案。但是，基于已有的GSM及TD-LTE，如何設定網絡規劃指標，以達到在具有較好的深度覆蓋能力的基礎上，盡量減少由于過覆蓋帶來的同頻干擾及投資浪費，成為LTE FDD/TDLTE融合組網網絡規劃中的重要問題。

為解決以上問題，對FDD/TDD不同系統不同頻段進行合理有效的室外覆蓋室內穿透損耗評估成為重要的研究內容之一。本文針對傳統室外覆蓋室內穿透損耗測試方法的局限性提出了一種新的測試方法，該方法應用大數據分析的思想，利用室內外大量移動測試數據的直接對比，得出室外覆蓋室內穿透損耗。同時，為支撐LTE FDD/TD-LTE融合組網，本文利用所述方法對FDD 900 MHz/1800 MHz，TDD F頻段、D頻段分別進行了多處測試，用于指導LTE網絡規劃指標設計及規劃方法研究。

2 傳統室外覆蓋室內穿透損耗的測試方法分析

傳統室外覆蓋室內穿透損耗的測試方法是通過定點測試，在室外選取站點后尋找視距范圍內建筑物，在建筑物內進行好中差點的定點測試，將室外直射點RSRP同室內定點測試的RSRP測試結果進行對比。圖2為一種典型的傳統室外覆蓋室內穿透損耗測試的方法，可以看出，測試選取了11個測試點，并分別根據測試用例的要求將其定義為好點、中點和差點，以獲取不同深度覆蓋要求下的室外覆蓋室內穿透損耗值。

圖2 一種典型的傳統室外覆蓋室內穿透損耗測試方法

傳統測試方法對于差點的選取符合深度覆蓋的定義，但是由于差點較難尋找，測試條件要求高，測試場景選取困難，難以有效遍歷常見的深度覆蓋場景，而且定點測試RSRP等值變化很大，所尋找的“差點”可能會發生變化。因此還要結合更全面的，更準確的方法來反映網絡的覆蓋問題、質量問題。

3 一種新的室外覆蓋室內穿透損耗測試方法

為對不同測試目標進行測試結果輸出，本文提出的測試方法分為宏觀測試方法和微觀測試方法。其中宏觀測試方法是對整個測試區域（一般建議20個站點覆蓋范圍）的穿透損耗進行統計，得到的結果用于計算所測場景下的室外覆蓋室內穿透損耗指標分析。微觀測試方法是針對某種特定的穿透介質，如常見的玻璃幕墻、混凝土墻等進行穿透損耗測試，得到特定介質的穿透損耗，用于進行如3D規劃仿真中的建筑物參數輸入等。

3.1 宏觀測試方法

如上所述，宏觀測試方法是對整個測試區域（一般建議20個站點覆蓋范圍）的穿透損耗進行統計，得到的結果用于計算所測場景下的室外覆蓋室內穿透損耗指標分析。該測試方法可描述如下：

（1）進行室外精細道路測試，道路長度同測試區域面積的比例達到一定要求；

（2）在測試區域內進行室內步行測試；

（3）將以上室內外測試結果進行統計求差，進行不同頻段室外覆蓋室內電平差計算。

對于宏觀測試方法來說，其室外精細化測試的道路長度同測試區域面積的比例是一個重要參數。如表1所示，通過對深圳某區域的精細化道路測試和主干道測試進行對比，可以發現主干道測試結果明顯高于精細化道路測試結果，反映了網絡對主干道的覆蓋一般會優于對普通道路的覆蓋。通過對不同里程面積比進行統計分析，一般取里程面積比為8:1。

表1 不同精細化測試結果對比

3.2 微觀分析方法

微觀測試方法是針對某種特定的穿透介質，如常見的玻璃幕墻、混凝土墻等進行穿透損耗測試，得到特定介質的穿透損耗，用于進行如3D規劃仿真中的建筑物參數輸入等。微觀測試方法的主要原理同宏觀測試方法相似，主要區別在于該方法主要針對某單一建筑物的室內室外進行打點測試得到該建筑物穿透介質的穿透損耗。

由以上分析可以看出，新的測試方法較傳統測試方法有以下優點：

（1）測試范圍廣，測試場景豐富，選點方便，測試難度低；

（2）測試結果可用性高，符合實際用戶感知；

（3）測試數據量大。

因此，通過采用本文提出的方法進行室內外穿透損耗測試具有較強的實用性和合理性，對提升網絡規劃的準確性具有較強的指導作用。

4 TDD/FDD多頻段穿透損耗研究

為指導網絡規劃指標的制定和LTE FDD/TD-LTE融合組網規劃，本文采用所提出的方法對LTE FDD 900 MHz/1800 MHz，GSM 900MHz/1800 MHz，TD-LTE F頻段及D頻段進行了穿透損耗測試。其中，測試區域為江蘇蘇州的古城區和越溪區，受GSM Refarming頻段的影響，古城區僅測試了LTE FDD 900 MHz，越溪區僅測試了LTE FDD 1800 MHz，因此無法在相同地點進行同比測試。

測試中，將FDD功率與TDD功率配置對齊，三部UE能力相同的LTE終端同時做下行fullbuffer業務，一部GSM終端做語音撥打，室外圍繞建筑進行GPS打點拉網測試，記錄GPS打點、RSRP/SINR/THP等。此后，室內步行打點拉網測試，盡可能走到脫網的區域（對于高層建筑，選擇低中高層分別測試）記錄GPS打點、RSRP/SINR/THP等。分別選擇不同材質的建筑（木質、鋼結構、混凝土、玻璃）測GSM900、FDD900、FDD1800、TD-LTE F頻段的穿透損耗。

本次測試共對9個建筑物進行了穿透損耗測試，以下首先對其中一個典型建筑物的測試結果進行分析，然后對所有測試結果進行統計分析。

4.1 國美電器大廳

國美電器大廳由鋼筋混凝土與外部隔開，以步行的方式進行室內外對比測試，測試其穿透損耗性能，選點的平面圖如圖3所示。

根據室內外終端接收信號，記錄電平、SINR、速率，各網絡室內外測試平均值記錄如表2所示。

根據以上測試結果可以看出，在國美電器大廳的玻璃墻阻隔下，TD-LTE F頻段穿透損耗為14.2 dB，LTE TDD D頻段的穿透損耗為15.06 dB，LTE FDD的穿透損耗為12.1 dB，GSM 900M穿透損耗為11.53 dB，GSM 1800M的穿透損耗為13.12 dB，FDD 900M頻段損耗與GSM 900M基本相同，TDD頻段損耗略大于GSM 1800M，TDD D頻段損耗大于TDD F頻段，TDD F頻段損耗大于FDD。

圖3 國美電器大廳測試示意圖

4.2 玻璃門墻場景下的測試結果分析

各玻璃門隔斷建筑物，包括國稅辦稅廳、蘇州銀行、光大銀行測試結果如表3所示。由于測試場景限制，該測試僅包括FDD 900M，無FDD 1800M頻段。

通過對以上數據進行分析，各系統頻段穿透損耗如圖4所示，可以看出GSM 900M穿透損耗略小于FDD 900M。

4.3 混凝土場景下的測試結果分析

各混凝土隔斷建筑物，包括國美電器、久久酒店、五星電器、體育中心、職業大學、全家超市，其測試結果如表4所示，該測試場景包含FDD 900M和FDD 1800M，因此其結果分析更具廣泛性。

表2 國美電器測試結果

表3 玻璃隔斷下多頻段室外覆蓋室內穿透損耗測試 dB

表4 混凝土隔斷下多頻段室外覆蓋室內穿透損耗測試 dB

圖4 多頻段玻璃隔斷平均穿透損耗

通過對以上數據進行分析，各系統頻段穿透損耗如圖5所示，可以看出GSM900穿透損耗略小于FDD 900M，GSM 1800M同FDD 1800M相當，FDD 1800M穿透損耗小于TD-LTE F頻段。

圖5 多頻段混凝土隔斷平均穿透損耗

5 結束語

本文針對LTE深度覆蓋網絡規劃中需測試室外覆蓋室內穿透損耗的問題，提出了一種新的覆蓋室內穿透損耗測試方法，并利用該方法對LTE FDD 900M、LTE FDD 1800M、TD-LTE F頻段、TD-LTE D頻段、GSM 900M以及GSM 1800M頻段進行了測試。測試結果可以看出，頻段越高則穿透損耗越大，同時可以看出，GSM系統穿透能力略高于LTE FDD系統，此外，FDD 1800M系統穿透損耗略大于TD-LTE F頻段。需要說明的是，由于測試環境搭建、測試終端協調等原因，僅協同部分廠家在少數場景下進行了相關測試，因此測試數據僅代表相關測試的結果并僅作為研究參考數據，不代表作者所在單位對該技術的官方結論。

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