付 威 譚 展 中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司

1 引言

LTE作為未來通信發(fā)展的大趨勢，各大運(yùn)營商都先后加大了對(duì)LTE的投資與研究力度，一些發(fā)達(dá)國家目前已開始或即將部署LTE網(wǎng)絡(luò)。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于能更好地支撐高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與多媒體業(yè)務(wù)。國內(nèi)外3G業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)律表明，視頻電話、視頻流媒體以及在線游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)70%都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中[1]，TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)勢必成為TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。因此，本文就TD-LTE室內(nèi)覆蓋建設(shè)的解決方案進(jìn)行了研究。

2 TD-LTE室內(nèi)建設(shè)方案需求分析

LTE與2G、3G存在同樣的問題是高層覆蓋的質(zhì)量問題及底層弱覆蓋問題。2G/3G主要通過室外基站覆蓋室內(nèi)和室內(nèi)分布系統(tǒng)兩種方案來解決；在LTE系統(tǒng)中，由于快衰落和空間損耗等問題，使MIMO系統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋很難通過室外基站實(shí)施覆蓋，因此TD-LTE室內(nèi)覆蓋最佳的解決思路是采用室內(nèi)分布系統(tǒng)來進(jìn)行覆蓋。具體的TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)需要綜合考慮成本、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、建設(shè)與后續(xù)優(yōu)化維護(hù)的難度以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等多方面的需求，同時(shí)還要考慮盡量降低對(duì)現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營的影響。

3 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)方式

根據(jù)上述LTE建設(shè)需求分析，室內(nèi)分布系統(tǒng)考慮單通道和雙通道兩種建設(shè)方式[2]，其中雙通道模式下可考慮采用單極化天線或雙極化天線。

3.1 單通道建設(shè)方式

單通道建設(shè)方式是指通過合路器將TD-LTE系統(tǒng)饋入現(xiàn)有單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)。該模式工程改造量小，施工成本低。由于采用單通道，實(shí)現(xiàn)的天線模式較少，因此雖然能夠提高系統(tǒng)吞吐量，但相比雙通道模式無法提升UE峰值速率。單通道模式系統(tǒng)框圖如圖1所示：在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，如果用于TD-LTE系統(tǒng)的頻譜資源豐富，則可考慮不引入MIMO雙通道方式，只改造單通道室內(nèi)分布系統(tǒng)引入TD-LTE；尤其是已存在室內(nèi)分布系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求并不高的樓宇，可以優(yōu)先考慮該模式。

圖1 單通道模式系統(tǒng)框圖

3.2 雙通道建設(shè)方式

根據(jù)業(yè)界大量研究表明，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益?？紤]到與現(xiàn)有通信系統(tǒng)2G/3G共用基礎(chǔ)設(shè)施，TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)雙路建設(shè)時(shí)有新建和改造兩種方案。

（1）新建兩路

在不改動(dòng)原分布系統(tǒng)天饋線的基礎(chǔ)上，額外增加兩路天饋線系統(tǒng)；LTE獨(dú)立使用新建天饋線。建議僅在合路時(shí)存在嚴(yán)重多系統(tǒng)干擾且具備新增兩路天饋線條件的場景應(yīng)用。

（2）新建一路，改建一路

TD-LTE一路室分與其他系統(tǒng)（如GSM、TD-SCDMA等）共用，另一路室分主要為TD-LTE使用。共用的一路室分按照TD-LTE系統(tǒng)性能需求進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)；另外一路也應(yīng)通過饋線（型號(hào)及路由）、無源器件（如功分器和耦合器等）的選擇確保TD-LTE系統(tǒng)在不同MIMO通道中的功率平衡。

4 TD-LTE室內(nèi)覆蓋解決方案

TD-LTE室內(nèi)組網(wǎng)方式包括基于分布式基站的方式以及采用FemtoCell、Pico的方式等。在實(shí)際的室內(nèi)組網(wǎng)中，主要采用基于分布式基站的方式[3]；而FemtoCell、Pico主要應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)通信速率、質(zhì)量要求較高且難以覆蓋的盲點(diǎn)區(qū)和陰影區(qū)，以滿足小范圍覆蓋和低容量的需求。

TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式，能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益?；诜植际交窘M網(wǎng)方式，下文給出了具體的雙路室分系統(tǒng)建設(shè)方案建議。

4.1 基于分布式基站組網(wǎng)方式的室分系統(tǒng)建設(shè)

考慮到TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)有新建和改造兩種方案，在工程中可根據(jù)實(shí)際情況選擇單極化天線或雙極化天線。

（1）新建室內(nèi)分布系統(tǒng)

對(duì)于新建的室內(nèi)分布系統(tǒng)，建議采取以下具體解決方案：

1）對(duì)于覆蓋區(qū)域面積相對(duì)較小的場景，建議采用BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)來進(jìn)行覆蓋。一個(gè)BBU可以連接多個(gè)RRU，BBU+RRU方案對(duì)于容量配置非常靈活，可按照容量需求，通過BBU控制給該區(qū)域的RRU分配足夠的容量，從而解決容量問題。其示意圖如圖2所示：

圖2 BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)

2）對(duì)于覆蓋面積中等甚至較大的場景，建議采用BBU+RRU+MIMO中繼器+無源分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，從而解決覆蓋的問題。

◆當(dāng)可新增兩路主饋線時(shí)，建議采用兩個(gè)通路進(jìn)行傳輸，即采用雙饋線MIMO中繼器，從而保證室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋質(zhì)量。其示意圖如圖3所示。

◆當(dāng)多根饋線安裝受限，只能通過一根饋線傳輸時(shí)，建議采用單饋線MIMO中繼器（分近端單元和遠(yuǎn)端單元）。其示意圖如圖4所示。

（2）改建室內(nèi)分布系統(tǒng)

對(duì)于在原有2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改建TD-LTE的共享室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，建議采取以下具體解決方案：

1）對(duì)于覆蓋區(qū)域面積相對(duì)較小的場景，建議采用BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)來進(jìn)行覆蓋。其示意圖如圖5所示。

2）對(duì)于覆蓋面積中等甚至較大的場景，建議采用BBU+RRU+MIMO中繼器+無源分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，從而解決覆蓋的問題。

◆可新增主饋線電纜時(shí)的解決方案（加雙饋線MIMO中繼器）如圖6所示。

◆不能新增主饋線傳輸電纜時(shí)的解決方案（加單饋線MIMO中繼器）如圖7所示。

（3）MIMO中繼器介紹

室內(nèi)區(qū)域的特點(diǎn)是人流密度大，業(yè)務(wù)量隨時(shí)間變化。其覆蓋的主要方式為基站+干線放大器+室內(nèi)分布系統(tǒng)。使用干線放大器可以靈活便捷地對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)末端進(jìn)行功率補(bǔ)償，提高室內(nèi)覆蓋的信號(hào)質(zhì)量，為室內(nèi)高端用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。同時(shí)也降低了室內(nèi)覆蓋建網(wǎng)成本，避免了室內(nèi)分布系統(tǒng)中小區(qū)過多現(xiàn)象的出現(xiàn)[4]。

圖3 采用雙饋線MIMO中繼器覆蓋方式

圖4 采用單饋線MIMO中繼器覆蓋方式

圖5 BBU+RRU+無源分布系統(tǒng)覆蓋

圖6 可新增主饋線電纜時(shí)的解決方案

圖7 不能新增主饋線傳輸電纜時(shí)的解決方案

TD-LTE MIMO中繼器的作用相當(dāng)于2G/3G系統(tǒng)中的干放，其信號(hào)直接通過饋線從基站耦合。TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中下行最高支持2×2 MIMO，上行支持1×2 MIMO，因此TDLTE MIMO中繼器也只考慮2×2 MIMO。TD-LTE中MIMO技術(shù)的使用，使TD-LTE中繼器需要解決的首要問題是如何處理基站過來的MIMO信號(hào)，實(shí)現(xiàn)在中繼器發(fā)射端MIMO信號(hào)的獨(dú)立發(fā)送。根據(jù)TD-LTE中繼器對(duì)基站過來的MIMO信號(hào)處理方式的不同，可將其劃分為雙饋線MIMO中繼器和單饋線MIMO中繼器。

1）TD-LTE雙饋線MIMO中繼器

雙饋線MIMO中繼器如圖8所示。

下行鏈路：將TD-LTE基站的下行2路信號(hào)通過外接耦合器的方式引入到雙饋線MIMO中繼器下行輸入端口，首先通過施主端的濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，再經(jīng)由環(huán)形器后由功放進(jìn)行射頻放大，出環(huán)形器后就通過重發(fā)端的濾波器出干放進(jìn)入覆蓋區(qū)傳輸電纜中，通過重發(fā)天線發(fā)送TD-LTE信號(hào)，完成下行鏈路系統(tǒng)覆蓋。

圖8 雙饋線MIMO中繼器

上行鏈路：手機(jī)發(fā)射的TD-LTE信號(hào)由外部重發(fā)天線引入，首先進(jìn)入MIMO中繼器重發(fā)端的濾波器濾除TDLTE頻段以外的干擾信號(hào)，減少TD-LTE以外頻段信號(hào)的干擾，TD-LTE射頻信號(hào)通過低噪放模塊進(jìn)行放大，再經(jīng)由濾波器出MIMO中繼器并經(jīng)過基站耦合器進(jìn)入基站接收機(jī)端。

2）TD-LTE單饋線MIMO中繼器

為了解決實(shí)際工程中多根饋線安裝受限的難題，設(shè)計(jì)出一種利用單饋線實(shí)現(xiàn)MIMO傳輸?shù)膯勿伨€MIMO中繼器。該中繼器分為近端單元和遠(yuǎn)端單元，一個(gè)近端單元可以帶多個(gè)遠(yuǎn)端單元。近端與遠(yuǎn)端之間通過一根饋線連接，從而實(shí)現(xiàn)單根饋線的MIMO傳輸。

遠(yuǎn)端單元供電方式可采用遠(yuǎn)程供電和遠(yuǎn)端獨(dú)立供電兩種方式。在采用遠(yuǎn)程供電時(shí)，由于射頻信號(hào)和直流電流的屬性相差甚遠(yuǎn)，以至于在同一條電纜中傳送可以互不影響。遠(yuǎn)程供電實(shí)現(xiàn)方法：在近端單元通過饋電器將射頻信號(hào)和直流電流同時(shí)饋入同軸電纜中，在遠(yuǎn)端單元再通過分電器分離出射頻信號(hào)和直流電流，從而進(jìn)行供電。前期研發(fā)中可先考慮遠(yuǎn)端獨(dú)立供電的方式。

圖9 單饋線MIMO中繼器近端單元原理框圖

圖10 單饋線MIMO中繼器遠(yuǎn)端單元原理框圖

單饋線MIMO中繼器近端/遠(yuǎn)端單元原理框圖分別如圖9和圖10所示。

下行鏈路：將TD-LTE下行兩路信號(hào)通過外接耦合器耦合到單饋線MIMO中繼器近端單元下行兩個(gè)輸入端口，通過近端單元的濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，兩路信號(hào)分別進(jìn)入環(huán)形器后通過變頻器將兩路信號(hào)變到不同頻率上（保證兩路信號(hào)頻率有一定間隔），然后通過合路器將兩路信號(hào)合為一路信號(hào)，再通過環(huán)形器將射頻信號(hào)放大出環(huán)形器，信號(hào)通過主饋線送到遠(yuǎn)端單元；在遠(yuǎn)端單元，信號(hào)通過環(huán)形器，經(jīng)由放大器將信號(hào)放大后由分路器根據(jù)不同頻率分離出兩路信號(hào)，再分別通過變頻還原為原兩路頻率信號(hào)出環(huán)形器，經(jīng)由濾波器將信號(hào)送至天線進(jìn)行發(fā)送。

上行鏈路：終端發(fā)射的TD-LTE信號(hào)由單饋線MIMO中繼器的兩根重發(fā)天線引入，兩路信號(hào)經(jīng)由濾波器濾除TD-LTE頻段以外的雜散干擾信號(hào)，之后進(jìn)入環(huán)形器，出來的兩路信號(hào)通過合路器合為一路信號(hào)（TD-LTE上行支持1×2 MIMO，因此引入的兩路信號(hào)為同一信號(hào)，可以直接合路，不需要加變頻），然后由放大器將信號(hào)放大出環(huán)形器送至近端單元；在近端單元，信號(hào)首先通過環(huán)形器，再由功分器將信號(hào)均分為兩路信號(hào)出雙工器，然后兩路信號(hào)分別經(jīng)濾波器出近端單元，由耦合器耦合到基站進(jìn)行接收。

4.2 TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中天線的解決方案

天線的選擇和安裝是否合理直接影響到室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋性能。在實(shí)際工程中，不同場景下選擇何種類型天線、天線距離如何等是TD-LTE室分系統(tǒng)建設(shè)關(guān)注的重要問題。對(duì)于室內(nèi)某一指定區(qū)域，若考慮實(shí)現(xiàn)MIMO，則采用兩（套/通道）吸頂天線覆蓋為宜，基于不同的極化方向，可分為單極化吸頂天線和雙極化吸頂天線。

天線選擇原則：開闊場景（走廊、樓道）時(shí)單極化天線/雙極化天線均可滿足MIMO應(yīng)用，由于雙極化天線可以降低雙路天饋線系統(tǒng)中天線部分的建設(shè)難度，因此根據(jù)工程安裝需求盡可能選擇雙極化天線；封閉場景（會(huì)議室、辦公室）時(shí)雙極化天線與單極化天線相比性能下降明顯，在工程安裝允許的條件下，優(yōu)先采用單極化天線（天線間距1m～2m）[2]。

單極化吸頂天線間距要求：對(duì)于兩套單極化吸頂天線而言，希望通過增大天線間距以達(dá)到雙天線通道低相關(guān)性的要求。開放場景（走廊、樓道）天線間距配置為4倍波長（0.5m）以上；封閉場景（會(huì)議室、辦公室）天線間距為10倍波長（約1.25m）以上[2]。

TD-LTE天線頻段要求：TD-LTE系統(tǒng)需至少支持E頻段，與GSM/TD-SCDMA/WLAN系統(tǒng)共用需支持800MHz～2500MHz頻段[3]。

5 結(jié)束語

本文主要針對(duì)當(dāng)前的TD-LTE室內(nèi)覆蓋熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分析研究，為TD-LTE室內(nèi)建設(shè)提供了一定的指導(dǎo)意見。根據(jù)對(duì)TD-LTE室內(nèi)建設(shè)需求的分析，提出了單通道和雙通道兩種建設(shè)方式，并基于TD-LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用雙路建設(shè)方式能充分體現(xiàn)MIMO上下行容量增益，給出了相應(yīng)的建設(shè)方案建議。

[1]趙經(jīng)緯. 鎖定70%業(yè)務(wù)區(qū) 專家解析3G室內(nèi)覆蓋策略[J].通信世界, 2008(37).

[2]梁晉仲. TD-LTE室內(nèi)多天線模式探討[J]. 電信技術(shù),2010(12): 32-35.

[3]中國移動(dòng)通信集團(tuán)公司. TD-LTE網(wǎng)絡(luò)工程室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)指導(dǎo)原則V0.6[S]. 2011.

[4]中國移動(dòng)通信企業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)TDD-LTE無線子系統(tǒng)輔助設(shè)備規(guī)范直放站分冊(cè)V1.0[S].

[5]沈嘉. 3GPP長期演進(jìn)（LTE）技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京: 人民郵電出版社, 2008. ★