特殊場景下室內(nèi)分布系統(tǒng)錯(cuò)層MIMO技術(shù)分析

王家顒，童希文，李 新

（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 引言

以覆蓋商場酒店賓館為主要目的的平層覆蓋方案由于前期信源為2G、3G，在早先設(shè)計(jì)建設(shè)過程中未提前進(jìn)行雙支路設(shè)計(jì)，如果后期需要進(jìn)行雙支路MIMO改造，則改造成本極高且施工難度極大。

本方案通過改造現(xiàn)有平層室分的井道主干并適當(dāng)調(diào)整天線點(diǎn)位，利用同點(diǎn)位天線的錯(cuò)層覆蓋實(shí)現(xiàn)MIMO，在有效提升網(wǎng)絡(luò)速率的同時(shí)，大大節(jié)省站點(diǎn)投資。

2 主要原理

本方案主要針對室分平層覆蓋進(jìn)行錯(cuò)層MIMO改造，改變過去常規(guī)的高投資普通MIMO平層雙支路設(shè)計(jì)方案，采用奇偶樓層垂直面錯(cuò)層單支路泄漏方案，來實(shí)現(xiàn)立體MIMO效果。

本方案可實(shí)現(xiàn)40%～80%下行速率提升效果，且改造費(fèi)用僅占普通雙路MIMO方案造價(jià)5%以下，真正實(shí)現(xiàn)“小改進(jìn)、大提升”的建設(shè)目標(biāo)。為驗(yàn)證室分錯(cuò)層MIMO實(shí)現(xiàn)的可能性，分別對上下樓層間信號差值、MIMO雙通道功率不平衡的容忍度進(jìn)行了可行性驗(yàn)證：

2.1 上下樓層間信號差值驗(yàn)證

2.1.1 鏈路預(yù)算理論分析

針對室內(nèi)環(huán)境，業(yè)界一般常用《ITU室內(nèi)無線電波傳播規(guī)劃建議ITU-RP.1238》進(jìn)行鏈路覆蓋能力分析。其非視距模型如下：

L=-28+20lg(f)+20lg(d)+Lf+Xσ

式中，L為路徑損耗；f為頻率，單位為MHz；d為距離，單位為m；Lf為墻壁、樓層等的穿透損耗；Xσ為慢衰落余量，取值與覆蓋概率要求和室內(nèi)慢衰落標(biāo)準(zhǔn)差有關(guān)，參考取值8dB。

2.1.2 穿透損耗

表1 各種物體對信號的傳播損耗表

LTE（1樓）天線場強(qiáng)預(yù)算為：

-12dBm-[-28dBm+20lg(2330)+20lg(d)+Lf+8dB]=-60-20lg(d)-Lf

LTE（2樓）天線場強(qiáng)預(yù)算為：

-32dBm-[-28dBm+20lg(2330)+20lg(d)+Lf+8dB]=-80-20lg(d)-Lf

由此可得：1樓天線在終端附近的覆蓋場強(qiáng)約為-70～-88dBm，1樓天線在同點(diǎn)位泄漏至2樓的終端附近的覆蓋場強(qiáng)約為-80～-95dBm，兩者差值約為5～15dBm，且兩個(gè)天線間的距離大于4個(gè)波長λ（約0.5米），保證了兩個(gè)天線的不相關(guān)性。

2.2 MIMO雙通道功率不平衡容的忍度

本方案就MIMO雙通道功率不平衡情況下MIMO下載速率提升能力進(jìn)行過測試研究，在某樓宇食堂內(nèi)搭建測試環(huán)境，對天線安裝在金屬吊頂內(nèi)場景下的分布系統(tǒng)進(jìn)行測試。

當(dāng)功率不平衡差值達(dá)到22dBm以內(nèi)的時(shí)候，即使主路電平強(qiáng)度較弱仍然可以實(shí)現(xiàn)雙流MIMO；當(dāng)功率不平衡達(dá)到22～25dBm以內(nèi)的時(shí)候，雙流MIMO將出現(xiàn)波動(dòng)，但是如果主路層信號強(qiáng)度在-75dBm以內(nèi)，仍可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)雙流MIMO；當(dāng)功率不平衡差值達(dá)到25dBm以上的時(shí)候，雙流MIMO無法實(shí)現(xiàn)。

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)主路樓層與副路信號電平差值達(dá)到0～22dBm是錯(cuò)層MIMO的下載速率可以實(shí)現(xiàn)50%～90%以上的提升。但主用樓層信號強(qiáng)度若低于-80dBm時(shí)MIMO的速率提升效果會(huì)有影響。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)錯(cuò)層MIMO方案

結(jié)合上述錯(cuò)層MIMO原理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將原來傳統(tǒng)平層MIMO雙支路，創(chuàng)新改為垂直面的隔層雙支路，從而實(shí)現(xiàn)MIMO。

根據(jù)上節(jié)測試結(jié)果，錯(cuò)層MIMO受到2個(gè)主要因素影響，第一個(gè)是電平差值，較為優(yōu)質(zhì)的差值需控制在20dBm以內(nèi)，20～25dBm的差值需主用樓層信號強(qiáng)度達(dá)到-80dBm以內(nèi)。第二個(gè)是主用樓層信號強(qiáng)度，本次測試室內(nèi)環(huán)境未測到下限，從測試結(jié)果看-85dBm下電平差值在12dBm時(shí)仍能夠?qū)崿F(xiàn)MIMO，但提升效果僅20%，但超過-80dBm時(shí)可以達(dá)到80%。

形成錯(cuò)層的樓宇必須是相連的樓層，且必須通過相同的RRU進(jìn)行覆蓋，不同RRU之間的A、B口是無法形成錯(cuò)層MIMO的效果的。帶有MIMO功能的MDAS等設(shè)備通過以上連接方式也是可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)層MIMO的。

4 實(shí)施案例

本次研究選取某醫(yī)院樓高20層，層高3.5米，層間間隔為混凝土，吊頂為鋁制板，天線安裝在吊頂內(nèi)。

LTE3設(shè)備安裝在6層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋4F，6F，8F。RRU輸出端口B，覆蓋5F，7F，9F；LTE2設(shè)備安裝在12層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋10F，12F，14F。RRU輸出端口B，覆蓋11F，13F，15F；LTE1設(shè)備安裝在20層弱電間，RRU輸出端口A，覆蓋16F，18F，20F。RRU輸出端口B，覆蓋17F，19F為標(biāo)準(zhǔn)平層覆蓋，所有病房內(nèi)均有天線入室，天線輸出口功率應(yīng)控制在-10dBm～-15dBm范圍內(nèi)。

本試點(diǎn)不涉及平層天饋的大規(guī)模建設(shè)，避免了傳統(tǒng)室分改造需新增的信源、天饋和大量無源器件，僅需適當(dāng)改造井道主干和天線點(diǎn)位，保證天線口輸出功率即可，工程量小且協(xié)調(diào)容易。試點(diǎn)證明錯(cuò)層MIMO在同一RRU情況下是完全可行的，從實(shí)驗(yàn)中也可以推出，錯(cuò)層信號的建立主要依靠下層樓宇天線的向上泄漏與作用樓層主用信號間形成。

5 結(jié)束語

金屬吊頂內(nèi)安裝天線的分布系統(tǒng)，采用錯(cuò)層MIMO方案改造后，能解決大量室分雙路建設(shè)需求，同時(shí)可達(dá)到接近室分雙路的實(shí)際使用效果。但本方案也有其局限性，在其他場景下的分布系統(tǒng)環(huán)境中，功率不平衡差值一般在30dBm左右，很難實(shí)現(xiàn)MIMO雙流。