LTE FDD室内分布系统关键技术探讨

庞京旭 马哲锐 孙宜军

(1.中国电信股份有限公司河南分公司,河南郑州 450018;2.中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,河南郑州 400052)

LTE FDD室内分布系统关键技术探讨

庞京旭1马哲锐2＊孙宜军2

(1.中国电信股份有限公司河南分公司,河南郑州 450018;2.中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司,河南郑州 400052)

探讨LTE FDD室内分布系统的多种建设方案并对各种方案的优缺点进行了对比分析,最终通过测试分析给出了不同建设方案的应用建议,该研究结论对LTE FDD室内分布系统的设计有一定的参考意义。

LTE FDD MIMO 室内分布系统 双通道

1 引言

相比传统2G/3G网络，LTE网络的优势在于采用MIMO、OFDM等关键技术可以提供更高速率的数据业务[1][2]。为了给用户提供更好的数据业务体验，建设LTE FDD网络分布系统进行室内覆盖将是中国电信4G网络部署的重点之一。LTE室内分布系统建设过程中，面临系列挑战。首先相对于800MHz CDMA网络，采用2100MHz(1920-1935MHz/ 2110-2125MHz)组网的LTE FDD网络链路损耗大，室内更容易出现覆盖盲点。所以室内分布系统建设时需要综合考虑800MHz CDMA网络与2100MHz LTE FDD网络的性能，达到同步覆盖目的。其次，运营商在应用新无线网络技术时都考虑利用现有网络资源快速低成本地完成网络部署建设。然而，利旧CDMA室内分布系统建设新网络可能会带来施工难度的增加并有可能造成多张网络无法独立规划和优化，增加后期网络运行维护的难度。因此，到底是选择独立新建LTE FDD分布系统还是利旧C网分布系统，运营商需要从自身网络的实际情况出发，全面衡量、评估各种建设和改造方案优缺点。面对错综复杂的建设环境和众多的LTE FDD网络分布系统建设方案，如何选取合适的建设方案也是本文研究重点。本文最后选取了典型场景对LTE FDD的网络性能进行了测试验证，测试结论对LTE FDD室内分布系统的规划和建设具有一定的参考意义。

表1 800MHz和2100MHz穿透损耗取值

表2 馈线百米损耗(单位：dB/100m)

表3 室内覆盖链路预算

2 LTE FDD与CDMA同步覆盖分析

800MHz CDMA与2100MHz LTE FDD网络的频段差异将导致信号在馈线传输损耗、空间传播损耗及障碍物的遮挡损耗方面均不一致，影响网络覆盖性能。本小节分析2100MHz LTE FDD网络与800MHz CDMA网络的室内分布系统覆盖差异并对室内分布系统建设给出应用建议。

2.1 空间传播损耗

无线电波在室内建筑物的空间传播损耗如式(1)所示：

其中：PL(d0)为距天线1米处的路径衰减；d为传播距离；n为衰减因子，一般半开放环境取值2.5～3.0，较封闭环境取值3.0～3.5；R：附加衰减因子，指由于楼板、隔板、墙壁等引起的附加损耗，如表1所示。

根据上述计算公式，以距离天线口的10m处为信号接收点，在隔一堵混泥土墙的半开放环境下，2100MHz与800MHz的空间传播损耗相差11.4dB。

2.2 器件及馈线损耗

常温下各种馈线在不同频段的传输损耗值如表2所示，2100MHz频段与800MHz频段信号在百米1/2〞馈线传输过程中损耗相差4.1dB，在百米7/8〞馈线传输过程中损耗相差2.45dB[3]。

2.3 信源功率设置

CDMA导频功率与LTE参考信号功率计算如下：

2.4 典型场景的覆盖分析计算

在隔一堵混泥土墙的半开放环境下，2100MHz LTE FDD与800MHz CDMA的链路预算如表3所示。假设馈线长度为100米，由链路预算得知800MHz CDMA的单天线覆盖半径为21.42m，2100MHz LTE FDD的单天线覆盖半径为7.59米。在信源设备直接合路的情况下，LTE FDD 2100MHz与800MHz CDMA不能实现同步覆盖，其中2100MHz LTE FDD为覆盖受限系统。在同一地点，两系统接收电平差值约33dBm，如图1所示[4]。基于上述分析，若2100MHz LTE FDD与800MHz CDMA网络在室内要实现同步覆盖，可考虑下列两种解决方案：(1)增加室分天线密度：兼顾2100MHz LTE FDD与800MHz CDMA网络的性能，天线间距按照满足LTE FDD 室内覆盖性能的天线间距部署，天线间距约为10米～16米；(2)提高天线口功率：在遵守国家电磁环境标准的前提下，提高LTE FDD天线口功率，具体方法是增加LTE FDD信源，在主干断点合路。

图1 LTE FDD与CDMA覆盖差异分析

图2 LTE FDD与CDMA共分布系统单通道建设方案

图3 LTE FDD双通道独立建设方案

图4 LTE FDD与CDMA共分布系统双通道建设方案

3 LTE FDD分布系统设计方案

基于LTE FDD网络建设单通道分布系统还是双通道分布系统及独立新建天馈还是利旧天馈等因素，LTE可以采用三种室内分布系统建设方案，分别如下：

3.1 LTE FDD单通道建设方案

单通道建设方案是指在原800MHz CDMA网络覆盖区域内，LTE FDD采用单通道新增1路馈线、射频器件和天线。单通道建设方案可以分为独立新建单通道室内分布系统和与800MHz CDMA网络共用的单通道室内分布系统。

当独立新建单通道室内分布系统时，LTE FDD室内分布系统与现有的室内分布系统在物理上完全隔离。因此LTE FDD室内分布系统的建设不会影响现有CDMA网络的运行，便于后期对LTE FDD网络独立进行规划优化[4]。

图2为LTE FDD网络利旧CDMA室内分布系统的单通道室内分布系统，该方案易于实施且节省室内分布系统投资。在建设分布系统时，需要更换现有分布系统中不支持2100MHz频段的器件，同时根据实际需求增加天线数量。然而该方案信源合路引入的插入损耗可能对现有室分系统的性能有一定影响[5]。

3.2 LTE FDD独立建设双通道方案

LTE FDD独立建设双通道方案是采用新建双通道分布系统实现MIMO功能，如图3所示。在该方案中，该方案需独立新建2路分布系统，建设过程中不影响现有系统运行，可以实现LTE FDD系统的独立规划和优化，能够带来较好的用户数据业务体验[5]。当采用单极化天线时，两个单极化天线间距应保证不低于4λ，在有条件场景尽量保证两天线间距为10λ，其中λ为波长。

表4 LTE FDD与CDMA同步覆盖测试

表5 LTE FDD分布系统建设方案对比分析

表6 单通道和双通道室分系统性能测试

3.3 LTE FDD与CDMA共分布系统双通道建设方案

LTE FDD与CDMA共用分布系统双通道建设方案是指与CDMA共用1路天馈系统，另一路单独新建天馈系统，通过单极化或双极化天线的方式实现MIMO功能，如图4所示。此方案需要对原有CDMA分布系统的器件进行改造以支持2100MHz频段的要求。

4 LTE FDD分布系统性能测试分析

4.1 LTE FDD与CDMA同步覆盖测试分析

本论文选取空旷区域和混泥土墙等典型场景对LTE FDD与CDMA同步覆盖性能进行测试，测试结果如表4所示。测试结果显示在空旷区域内建设的分布系统，LTE FDD网络的接收电平RSRP与CDMA网络的导频接收电平相差35dB左右；在混泥土墙建筑物内的分布系统，LTE FDD网络的接收电平RSRP与CDMA网络的导频接收电平相差32dB左右，与理论分析一致。

4.2 LTE FDD室内分布系统建设方案分析

表5从技术、工程实现、造价分析、建设周期等四个方面对上述建设方案进行了对比分析，比较了不同建设方案的优缺点并对不同的建设方案给出了典型场景的应用建议。从分析中看出，LTE单通道建设方案的投资低，适用于数据业务低而物业协调难的物业点；LTE FDD独立建设双通道方案的投资高，适用于数据业务高而物业协调低、施工方便的物业点；LTE FDD与CDMA共分布系统双通道建设方案建设投资适中，适用于高数据业务而原有分布系统施工协调难度低的物业点。实际工程建设时需要根据实际场景综合考虑业务需求、方案可实施性、施工难易程度及投资成本等因素，选择最优的室内分布系统建设方案。

4.3 单通道与双通道性能分析

选取典型的写字楼场景对的LTE FDD单通道和双通道室分方案进行测试验证，通过测试得知双通道室分站点上/下行平均吞吐量为46.5Mbps/92.7Mbps，单通道室分站点上/下行平均吞吐量为35.4Mbps/54.5 Mbps，双通道室内分布系统的下行数据速率约为单通道室内分布系统下行速率的1.7倍，如表6所示。

5 结语

本文通过理论和测试对比分析了2100MHz LTE FDD网络与800MHz CDMA网络在室内覆盖的差异，并给出两种网络在室内分布系统的同步覆盖方案。另外本文分析了LTE FDD的室内分布系统多种建设方案及其优缺点，对不同的建设方案给出了应用建议和测试结论，为今后的LTE FDD室内分布系统部署提供重要的决策参考。

[1]3GPP TSG TR 25.913 v9.0.0, Requirements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) and Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN). 2007.

[2]3GPP TS 36.211 V11.1.0, Physical Channels and Modulation(Release 11). December,2012.

[3]米世成.CDMA 800M室内分布系统承载2.1G频段CMDA信号的研究.信息产业.

[4]冯健,苏彦熙,杜杨.CDMA与LTE-FDD室内覆盖混合组网探讨.移动通信,2013年第6期.

[5]薛楠,文博,吴琼.LTE室内分布系统建设方案研究.邮电设计技术,2013年1月.

庞京旭(1976年—),男,工程师,本科,从事移动通信。

马哲锐(1984年—),男,工程师,硕士,从事移动通信、智慧城市。

孙宜军(1984年—),男,工程师,硕士,从事移动通信。