汪穎 程日濤 張海濤

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京 100080）

1 研究背景和意義

目前移動通信行業(yè)競爭日趨激烈，為了應對新的業(yè)務發(fā)展要求和競爭環(huán)境，國際運營商加速了網(wǎng)絡的升級與演進。31個國家的64個運營商承諾在2012年以前部署LTE，Top50的運營商中有60%的運營商確定在2012年前部署LTE。中國政府大力支持TD發(fā)展，推動扶持TD發(fā)展政策不斷得到落實， TD-LTE是TDSCDMA網(wǎng)絡演進的方向，目前中國移動已經(jīng)開始積極進行試驗網(wǎng)的建設部署。

根據(jù)NTT DoCoMo的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，手機用戶70%以上的話務需求發(fā)生在室內(nèi)，加上TD-LTE高速數(shù)據(jù)業(yè)務的定位對信號質量要求較高，因此加大室內(nèi)覆蓋力度是保證TD-LTE網(wǎng)絡建設質量的重要手段。

由此看來，在迎來TD-LTE大規(guī)模發(fā)展和建設的前夕，透徹研究和分析TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)設計思路及方法是非常有必要的，對指導TD-LTE網(wǎng)絡建設意義重大。

2 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設計思路

TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設計思路具體見圖1。

圖1 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設計思路

以下章節(jié)將對TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設計中的關鍵環(huán)節(jié)，包括干擾分析、覆蓋性能分析和建設模式選擇等方法思路分別進行具體解析。

3 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)干擾分析

3.1 TD-LTE與其他系統(tǒng)工作頻段

本文主要考慮TD-LTE與以下無線系統(tǒng)共址共存情況。

3.1.1 中國移動各系統(tǒng)工作頻段

GSM900：890～909MHz，935～954MHz；DCS1800：1710～ 1730MHz，1805～ 1825MHz；TD-SCDMA：1880～1900MHz（F頻段）；2010～2025MHz（A頻段）；2320～2330MHz（E頻段）；

TD-LTE（規(guī)模試驗網(wǎng)使用）：室內(nèi)：2350～2370MHz；室外：2570～2620MHz頻段。

3.1.2 中國聯(lián)通各系統(tǒng)工作頻段

GSM900：909～915MHz，954～960MHz；DCS1800：1745～ 1755MHz，1840～ 1850MHz；WCDMA：1940～1955MHz，2130～2145MHz。

3.1.3 中國電信各系統(tǒng)工作頻段

cdma 1X：825～835MHz，870～880MHz；cdma EV-DO： 1920～ 1935MHz，2110～2125MHz。

3.1.4 WLAN

WLAN屬于開放頻段，目前較成熟的標準有802.11b、802.11g和802.11a等3個標準，分別工作在2.4GHz和5GHz頻段；另外802.11n是最新的WLAN標準，可以工作在2.4GHz或5GHz頻段。其中2.4G頻段頻率范圍為2.400～2.4835GHz；5GHz頻段頻率范圍為兩段，一段為5.150～5.350GHz，另一段為 5.725～5.850GHz。

3.2 干擾分類分析

在進行室內(nèi)分布系統(tǒng)間的干擾分析時，主要應考慮鄰頻干擾、雜散干擾、阻塞干擾和互調干擾情況。

3.2.1 鄰頻干擾

鄰頻干擾指由于干擾臺鄰頻道功率落入接收鄰頻道接收機通帶內(nèi)造成的干擾。干擾抑制主要取決于發(fā)射機的鄰道泄漏比和接收機的鄰道選擇性性能。

目前TD-LTE室內(nèi)擬使用的頻率為2350～ 2370MHz，TD-SCDMA使用2320～2330MHz（中間預留20MHz，根據(jù)業(yè)務發(fā)展情況確定使用方案），存在鄰頻干擾。當二者采用共模RRU時，需通過上下行時隙對齊方式規(guī)避系統(tǒng)間干擾。

3.2.2 雜散干擾

雜散干擾是指干擾設備發(fā)射的帶外噪聲落入被干擾接收機的接收頻帶內(nèi)，形成對有用信號的同頻干擾。雜散發(fā)射包含諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調產(chǎn)物及變頻產(chǎn)物。

如果兩個基站之間沒有足夠的隔離或干擾基站的發(fā)送濾波器沒有提供足夠的帶外衰減，則落入被干擾基站接收帶寬內(nèi)的寄生輻射很強，導致接收機噪聲門限的增加，接收機靈敏度降低，造成性能損失。因此雜散干擾分析主要考慮的是如何保證各發(fā)射系統(tǒng)對各個接收系統(tǒng)的雜散干擾在可以容忍的范圍內(nèi)。在分析雜散干擾時有一個原則，即在分析一個系統(tǒng)所受到的雜散干擾時，主要考慮其他系統(tǒng)的帶外雜散落到本系統(tǒng)帶寬內(nèi)的功率與本系統(tǒng)帶寬內(nèi)的空間熱噪聲功率的關系，雜散功率越接近于空間熱噪聲功率，系統(tǒng)靈敏度所受影響越大。

3.2.3 阻塞干擾

任何接收機都有一定的接收動態(tài)范圍，在接收功率超過接收動態(tài)允許的最大功率電平時，會導致接收機飽和阻塞。阻塞干擾是指被干擾接收機接收頻帶外的強信號干擾，使得接收機靈敏度惡化。當較強功率加于接收機時，導致接收機過載，使鏈路中的有源器件飽和進入非線性區(qū)所引起的放大增益被抑制，引起的接收飽和失真造成的干擾。

阻塞干擾的隔離度計算以規(guī)范規(guī)定的阻塞干擾信號指標為準，將干擾系統(tǒng)在天線口的發(fā)射功率與規(guī)范規(guī)定的阻塞干擾信號指標相減，即得到避免阻塞干擾所需要的隔離度。

3.2.4 互調干擾

互調（IM）或互調失真（IMD）是兩個以上單頻信號通過一個非線性系統(tǒng)/設備/器件時，在時域失真，在頻域產(chǎn)生的一系列基本頻率分量的組合。這些互調產(chǎn)物如果正好落在某個通信系統(tǒng)的上行通道內(nèi)，因與上行信號頻率相同，無法用濾波器濾除而造成干擾，從而降低接收機的性能。

當無線通信系統(tǒng)中系統(tǒng)的數(shù)量比較少時，互調產(chǎn)物與高次諧波干擾接收系統(tǒng)的可能性就小很多，但是當無線通信系統(tǒng)數(shù)量很多時，無源互調產(chǎn)物與高次諧波干擾接收系統(tǒng)的可能性就大很多。這種干擾落入接收機的帶內(nèi)，將沒有辦法利用濾波器把這種干擾進行濾除，因此需要對融合的系統(tǒng)間的互調產(chǎn)物是否會落在接收系統(tǒng)的帶內(nèi)進行分析。對于互調干擾而言，首先要看是否存在落入帶內(nèi)的互調信號，而且只有奇數(shù)階和低階互調對被干擾系統(tǒng)性能存在較大影響，即在分析互調干擾隔離之前，需要先分析兩個干擾和被干擾系統(tǒng)之間是否存在對性能指標影響的奇數(shù)和低階互調。

對于LTE使用2350～2370MHz頻率的情況，經(jīng)過分析計算，不會與GSM、DCS和TD系統(tǒng)產(chǎn)生互調干擾，因此互調干擾不再考慮。但如分布系統(tǒng)中同時合路的系統(tǒng)較多（一般認為大于等于5個時），此時系統(tǒng)間的干擾組合非常多，已經(jīng)不能通過簡單的干擾分析來判斷，則建議采用POI收發(fā)分纜系統(tǒng)進行干擾規(guī)避。

3.3 TD-LTE與其他系統(tǒng)的干擾隔離要求

在計算TD-LTE與其他系統(tǒng)干擾隔離要求時，采用各個系統(tǒng)的協(xié)議指標，具體如下：

GSM（DCS）：3GPP TS 05.05 V8.20.0 （2005-11）；

WCDMA：3GPP TS 25.104 V9.2.0 （2009-12）；

cdma 1x：YD-T 1029～ 1999800MHz CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)設備總技術規(guī)范基站部分；信部無[2002]65號；

cdma EV-DO：YD-T 1556～ 20072GHz cdma2000數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)設備技術要求：基站子系統(tǒng)；

TD-SCDMA：YD/T 1365～ 20062GHz TDSCDMA數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)；無線接入網(wǎng)絡設備技術要求；

WLAN：關于調整2.4GHz頻段發(fā)射功率限值及有關問題的通知（信部無[2002]353號）；

TD-LTE ：3GPP TS 36.104 V9.3.0 （2010-3）。

同時假設：

TD-LTE的工作頻帶寬度為20MHz；

被干擾系統(tǒng)接收機靈敏度降低1dB為干擾容忍的門限。

分別計算雜散干擾和互調干擾隔離度要求后，取二者的最大值，則TD-LTE與其他系統(tǒng)的干擾隔離度要求如表1所示。

表1 TD-LTE與其他系統(tǒng)干擾隔離度要求

3.4 TD-LTE與WLAN系統(tǒng)干擾解決建議

WLAN工作在2400～2483.5MHz，TD-LTE室內(nèi)工作于2350～2370MHz頻段，兩系統(tǒng)頻段相近，且隔離度要求高（88dB）。因此，當TD-LTE與WLAN同區(qū)域覆蓋時，應優(yōu)先考慮WLAN與TD-LTE共室分系統(tǒng)組網(wǎng)，此時可以通過提高合路器的隔離度至88dB以上或采用WLAN末端合路方式,通過分布系統(tǒng)間的損耗進行干擾規(guī)避。

如二者采用獨立建設方式，則可通過在LTE發(fā)射機端和WLAN AP端增加濾波器（帶外抑制度應根據(jù)具體情況核算），同時保證較大水平隔離距離（建議在2m以上）的方式加以解決。

4 TD-LTE室內(nèi)覆蓋性能分析

4.1 TD-LTE覆蓋特性

受TD-LTE關鍵技術決定，其覆蓋特性具有自身鮮明的特點，其在覆蓋目標業(yè)務、覆蓋影響因素、覆蓋性能提升手段等方面均與TD-SCDMA有較大差別，具體見表2所述。

4.2 TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃方法

根據(jù)TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)新建或改造性質的不同，應采用不同的方法進行覆蓋規(guī)劃。

4.2.1 方法一：由目標邊緣速率估算覆蓋半徑

即根據(jù)系統(tǒng)覆蓋速率目標，確定邊緣用戶資源配置及調制編碼方式等配置，然后通過仿真獲得對應的解調門限，再計算系統(tǒng)發(fā)射機一定的功率配置下可覆蓋的區(qū)域距離。具體規(guī)劃流程如圖2所示。

本方法適用于在TD-LTE獨立新建時進行的覆蓋規(guī)劃。

4.2.2 方法二：已知覆蓋半徑估算邊緣速率

本方法根據(jù)室分已有點位和覆蓋區(qū)域情況，仿真并估算一定功率配置下系統(tǒng)發(fā)射機覆蓋區(qū)域邊緣可達到的用戶質量SINR，再進一步得出對應的上、下行用戶邊緣數(shù)據(jù)速率，并核算是否符合TD-LTE指標要求。具體規(guī)劃流程如圖3所示。

本方法以現(xiàn)有TD系統(tǒng)室內(nèi)覆蓋規(guī)劃為基礎，估算TD-LTE與原有TD室分合路情況下用戶可體驗到的數(shù)據(jù)速率，適用于TD－LTE室分改造場景。

4.3 TD-LTE室內(nèi)傳播模型選取

TD-LTE室內(nèi)擬采用2.3GHz頻段（2350MHz～2370MHz），建議采用目前使用較多的衰減因子傳播模型,計算路徑損耗的公式如下：

PathLoss(dB)＝PL(d0)＋ 10×n×lg(d/d0)＋R

其中：

PL（d0）：距天線1m處的路徑衰減，2350MHz時的典型值為39.4dB；

d為傳播距離；

n為衰減因子。對不同的無線環(huán)境，衰減因子n的取值有所不同。

圖2 TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃流程（方法一）

表2 TD-LTE與TD-SCDMA覆蓋特性對比

R：附加衰減因子。指由于樓板、隔板、墻壁等引起的附加損耗。

圖3 TD-LTE室內(nèi)覆蓋規(guī)劃流程（方法二）

4.4 TD-LTE與TD-SCDMA室內(nèi)鏈路預算對比

在進行TD-LTE室分系統(tǒng)改造時，需以現(xiàn)有TDSCDMA室內(nèi)覆蓋規(guī)劃為基礎進行；另外即使完全新建TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)，也應綜合考慮GSM、TDSCDMA的覆蓋需求進行規(guī)劃設計。因此首先需要對比TD-LTE與TD-SCDMA室內(nèi)鏈路預算情況，以掌握二者覆蓋能力的差異。相關指標取定情況如下：

TD-SCDMA：依據(jù)《3G（TD-SCDMA）網(wǎng)絡工程室內(nèi)分布系統(tǒng)建設指導原則（2010年7月）》中規(guī)定的相關指標要求，PCCPCH最小接收電平取-85dBm；天線口PCCPCH信道（雙碼道）功率分別取5dBm和10dBm。

TD-LTE：系統(tǒng)總帶寬20MHz，100RB；系統(tǒng)支持并發(fā)用戶數(shù)10，單用戶10RB；基站單通道發(fā)射功率43dBm，終端最大發(fā)射功率23dBm；依據(jù)現(xiàn)有研究情況，目標邊緣業(yè)務速率取為1Mbit/s，室內(nèi)RSRP取為不低于-105dBm。

具體對比情況見表3所示。

表3 TD-SCDMA與TD-LTE系統(tǒng)鏈路預算對比表

可見在以上指標要求下，TD-LTE理論計算的最大允許路徑損耗為117.2dB，與TD-SCDMA基本相當。且實際工程設計中，TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃中已經(jīng)考慮了為E頻段引入預留的覆蓋余量需求，因此TD-LTE天線點間距可基本參照現(xiàn)有TD-SCDMA系統(tǒng)進行設置。

5 TD-LTE室內(nèi)建設方案分析

5.1 室內(nèi)建設模式分析

TD-LTE室內(nèi)建設可分為兩種模式：

模式一：MIMO雙流建設方式。即通過兩路獨立饋線和天線構成2×2 MIMO系統(tǒng)，通過使用SFBC、空間復用等提高覆蓋和用戶速率。

模式二：SIMO單流建設方式。即TD-LTE基站僅輸出一路，形成 1×2 SIMO系統(tǒng)。

對于以上兩種建設模式，前期分別進行了相關測試以對比峰值用戶速率情況，具體如下：

5.1.1 研究院實驗室測試

（1） 測試條件：載波帶寬20MHz、單用戶、MIMO吸頂天線間距0.5m（4倍波長）、

無室外及室內(nèi)其他干擾。

（2） 測試結果：不支持MIMO的室分系統(tǒng)，實測峰值速率41Mbit/s；MIMO室分系統(tǒng)，實測峰值用戶速率75Mbit/s，是不支持MIMO室分速率的1.83倍。

5.1.2 上海世博信息通信館測試

（1） 測試時間 ：2010年 4月。

（2）測試條件：載波帶寬20MHz、MIMO吸頂天線間距約1.5m。

（3） 測試結果：MIMO室分系統(tǒng)相比單天線系統(tǒng)有大約1.5倍的增益。

可見使用MIMO雙流建設方式用戶峰值吞吐量有較大提升，能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益，而SIMO單流建設方式用戶峰值吞吐量無法提升，無法充分發(fā)揮LTE性能優(yōu)勢。

但從室分系統(tǒng)改造量來講，使用MIMO雙流建設方式的工程改造量、協(xié)調量和投資均較大。

5.2 MIMO雙流分布系統(tǒng)方案分析

5.2.1 建設方式

MIMO雙流天饋線系統(tǒng)具體實施又可分為兩種方案：

5.2.1.1 一路新建，一路合路

（1）方案描述：不改動原系統(tǒng)天饋線的基礎上，新增加一路天饋線系統(tǒng)；TD-LTE一路接入新建饋線，另一路與原室分系統(tǒng)合路。前提是目前室分無源器件的頻段范圍已涵蓋了LTE頻率。

（2）方案分析：根據(jù)上述章節(jié)的干擾分析和覆蓋性能分析，在合路器隔離度指標滿足要求的情況下，TDLTE與TD-SCDMA合路可以滿足覆蓋要求；另外根據(jù)TD室分建設指導意見要求，天線工作頻率范圍要求為800～2500MHz ，可以直接支持LTE系統(tǒng)。

（3） 優(yōu)勢：本方案充分利用了已有室分系統(tǒng)，較大減少了工程協(xié)調量和投資。

5.2.1.2 兩路新建

（1） 方案描述：在不改動原分布系統(tǒng)天饋線的基礎上，額外增加兩路天饋線系統(tǒng)供TD-LTE使用。

（2） 方案分析：本方案與其他通信系統(tǒng)相對獨立，但對于已有分布系統(tǒng)的建筑，新增兩路天饋線系統(tǒng)實施難度大，涉及的網(wǎng)絡改造量和投資均較大。

（3） 優(yōu)勢：后期如引入更為先進的技術或手段時改造比較方便；另外可通過空間隔離最大限度規(guī)避多系統(tǒng)合路產(chǎn)生的干擾風險。

具體采用哪種建設方案應結合室分物業(yè)點的資源條件和已有系統(tǒng)情況綜合確定。

5.2.2 天線設置

5.2.2.1 單極化天線

采用MIMO天線方案時，對于單極化天線至少需要新增一路天線。

從目前測試情況看，為了保證MIMO性能，建議雙天線盡量采用10λ以上間距，約為1～1.5m，如實際安裝空間受限雙天線間距不應低于4λ（0.5m）。

5.2.2.2 雙極化天線

即采用雙極化天線代替兩副單極化天線，饋線仍需要兩路。對于室分改造場景而言，本方式無需增加天線數(shù)量和改變點位位置，僅需更換天線類型。

目前天線廠家已有室內(nèi)雙極化天線產(chǎn)品，正在進行不同場景條件下的測試驗證，具體應用可視產(chǎn)品成熟度和測試情況確定。

5.3 其他方案分析

以上分析均是基于TD-LTE采用分布式架構的室內(nèi)覆蓋信源進行的，由于其相對于傳統(tǒng)的信源具有組網(wǎng)靈活、可分散分布功率資源、易于組成超級小區(qū)等優(yōu)點，非常適合作為各場景下室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信源。

另外隨著產(chǎn)業(yè)鏈成熟，在Femto基站、Pico基站規(guī)范和技術相應成熟后，也可根據(jù)場景需要選擇微微基站方案作為室內(nèi)覆蓋應用方案。以下為目前Femto室內(nèi)覆蓋方案和Pico RRU 方案的優(yōu)勢及存在問題分析。

5.3.1 Femto室內(nèi)覆蓋方案

（1） 優(yōu)勢：多個Femto可提供更大容量；簡化室內(nèi)布線；增強客戶粘性；體現(xiàn)固定移動捆綁效果；

（2） 存在問題：單個Femto覆蓋范圍較小，較難實現(xiàn)大型建筑物的無縫覆蓋；Femto間的干擾、同步方案較宏站更復雜；開放網(wǎng)絡為運營、維護帶來風險等。

5.3.2 Pico RRU方案

（1） 方案描述：信源采用BBU + Pico RRU方式，且信源自帶天線；

（2） 優(yōu)勢：線纜主要為光纖，布線方便；設備采取線路供電方式，取電較靈活；彈性組網(wǎng)，方便網(wǎng)絡規(guī)劃和優(yōu)化；

（3） 存在問題：設備尚未成熟；有源設備多，不利于維護；不適合在大型室內(nèi)分布場景應用。

[1]王映民, 孫韶輝等. TD-LTE技術原理與系統(tǒng)設計. 北京：人民郵電出版社

[2]徐兆吉, 趙鑫, 芮鶴齡, 陳其銘. TD-LTE技術發(fā)展策略和標準方案項目. 中國移動通信集團2009年聯(lián)合研究項目成果報告

[3]趙旭凇, 張炎炎. TD-LTE覆蓋性能分析. 中國移動通信集團設計院2009年科研專業(yè)項目成果報告