特殊場景下室內(nèi)分布系統(tǒng)錯層MIMO技術(shù)分析

王家顒，童希文，李 新

（上海郵電設(shè)計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)計建設(shè)過程中未提前進行雙支路設(shè)計，如果后期需要進行雙支路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調(diào)整天線點位，利用同點位天線的錯層覆蓋實現(xiàn)MIMO，在有效提升網(wǎng)絡(luò)速率的同時，大大節(jié)省站點投資。

2 主要原理

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

本方案可實現(xiàn)40%～80%下行速率提升效果，且改造費用僅占普通雙路MIMO方案造價5%以下，真正實現(xiàn)“小改進、大提升”的建設(shè)目標。為驗證室分錯層MIMO實現(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行了可行性驗證：

2.1 上下樓層間信號差值驗證

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)慢衰落標準差有關(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）天線場強預(yù)算為：

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

LTE（2樓）天線場強預(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約為-70～-88dBm，1樓天線在同點位泄漏至2樓的終端附近的覆蓋場強約為-80～-95dBm，兩者差值約為5～15dBm，且兩個天線間的距離大于4個波長λ（約0.5米），保證了兩個天線的不相關(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)進行測試。

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

綜合上述實驗結(jié)果，當主路樓層與副路信號電平差值達到0～22dBm是錯層MIMO的下載速率可以實現(xiàn)50%～90%以上的提升。但主用樓層信號強度若低于-80dBm時MIMO的速率提升效果會有影響。

3 室內(nèi)分布系統(tǒng)錯層MIMO方案

結(jié)合上述錯層MIMO原理與實驗結(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，從而實現(xiàn)MIMO。

根據(jù)上節(jié)測試結(jié)果，錯層MIMO受到2個主要因素影響，第一個是電平差值，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度達到-80dBm以內(nèi)。第二個是主用樓層信號強度，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時仍能夠?qū)崿F(xiàn)MIMO，但提升效果僅20%，但超過-80dBm時可以達到80%。

形成錯層的樓宇必須是相連的樓層，且必須通過相同的RRU進行覆蓋，不同RRU之間的A、B口是無法形成錯層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現(xiàn)錯層MIMO的。

4 實施案例

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為標準平層覆蓋，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，僅需適當改造井道主干和天線點位，保證天線口輸出功率即可，工程量小且協(xié)調(diào)容易。試點證明錯層MIMO在同一RRU情況下是完全可行的，從實驗中也可以推出，錯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)，采用錯層MIMO方案改造后，能解決大量室分雙路建設(shè)需求，同時可達到接近室分雙路的實際使用效果。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，很難實現(xiàn)MIMO雙流。