TD-LTE多场景室内深度覆盖解决方案

常爽

（中国移动通信集团四川有限公司，成都 610041）

2013年12月4日，工信部向三大电信运营商发放了TD-LTE网络运营牌照，标志着中国移动通信进入4G时代。LTE是由3GPP制定的高数据速率、低时延、面向分组域的新一代宽带移动通信标准。LTE分为FDD和TDD两个版本，其中TD-LTE是LTE的TDD版本，它继承了TD-SCDMA的特殊时隙和智能天线等关键技术，是中国主导的4G国际标准。

从3G业务分布规律来看，大约有70%的数据业务发生在室内，室内信号覆盖质量成为影响4G网络质量的关键点。我国TD-LTE运行频率处于2 GHz频段，信号穿透能力和绕射能力较弱。随着城市化进程的加快，大型建筑和高层建筑逐渐成为新型城市建筑的主体，4G室内覆盖建设规模大、造价高、施工难度大，已经成为4G无线网建设的投资重点和难点。目前，除传统的无源分布系统外，也涌现出一些新型的室内覆盖技术，比如光纤分布系统、小基站模式和飞小区（Femtocell或者称为Nanocell）等。因此，我们必须进一步分析室内覆盖场景特征，研究如何运用新技术，系统化室内深度覆盖解决方案，在保障业务质量的前提下，有效降低工程造价水平。

1 我国TD-LTE频谱分配情况

频率是无线系统工作的基础，也是影响其覆盖能力的关键。在国际上，世界无线电大会负责全球频率资源分配的协调。在国内，由工信部负责频率资源的分配。目前工信部已经对中国TD-LTE使用频率进行了划分，具体如表1所示。

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从目前分配的频率来看，中国的4G系统工作在2 GHz频段。该频段传播、绕射和穿透能力都低于GSM900 MHz频段。这给4G的深度覆盖带来较大挑战。

2 室内覆盖场景分类

从建筑物的结构和体量来划分，可以将室内覆盖场景分为两类，一类是简单结构楼宇，主要特征是内部纵深较小、结构较为简单，单层面积较低的建筑，常见的有普通居民小区、中高层居民小区、别墅区、回字形布局的建筑物等。另一类是复杂结构楼宇，主要特点是内部纵深较大、结构复杂，单层面积较大的建筑物，如大型单体建筑、大型高层建筑、大型交通枢纽等。

从建筑物不同区域的业务需求分布来划分，可以将室内覆盖场景分为高业务需求区域、基本业务需求区域、无业务需求区域，以及临时性和过渡性需求区域。高业务需求区域主要是用户驻留且发生大量话音和数据业务的区域，如正常营业时间内的商场、已经入住公司的写字楼楼层、已经投入使用的交通枢纽的用户候车区域等。基本业务需求区域主要是指地下停车场等区域。这些区域用户停留时间很短，通常处于移动状态，业务需求很低。无业务需求区域主要是指在建大楼、尚未出租的写字楼或者楼层，未有或者少量住户入住的居民小区等，这些楼宇或者局部区域在短期内基本没有业务需求。临时性和过渡性需求区域是指用户少量入住，建筑物局部存在业务需求的区域，或者用户在建筑物某处短期集中（如会议室），导致的业务突发区域。

针对不同的建筑物特点和业务需求发展阶段，可以因地制宜地选择最优室内覆盖解决方案。

3 TD-LTE分场景室内深度覆盖解决方案

3.1 TD-LTE室内覆盖的规划指标要求

室内覆盖规划需要同时考虑网络容量和覆盖质量两个方面。网络容量规划主要基于用户和业务预测，通过小区划分和载波配置数量来解决。覆盖规划主要确保目标覆盖区域内的信号覆盖强度和质量。覆盖规划的主要指标包括室内面积覆盖率、RSRP和RS-SINR等。根据测试经验，结合业务质量要求，室内覆盖指标参考取值如下。

面积覆盖率：通常取值为95%。

RSRP：在普通覆盖区域，该值要求大于或等于-105 dBm；在会议室、重要办公区域、营业厅等区域，该值要求大于或等于-95 dBm。

RS-SINR：在普通覆盖区域，该值要求大于或等于6 dB；在会议室、重要办公区域、营业厅等区域，该值要求大于或等于9 dB。

在4G业务发展的初期，室内分布首先需要解决覆盖质量问题。

3.2 简单结构楼宇场景的覆盖方案

对简单楼宇的覆盖优先采用“室外覆盖室内”的方式，即采用室外宏站或者室外分布系统，从外向对建筑物室内区域进行覆盖。该方案需要根据不同的建筑物特点，可采用不同的建设方案。

（1）对于连续规则排列的居民住宅，包括高层住宅楼宇，可使用“RRU+特型天线”，采用从低向上覆盖、从高向下覆盖和两楼之间相互对打的覆盖方式（如图1所示）。RRU主要采用双通道RRU。特型天线包括伪装天线（如射灯天线）、壁挂板状天线等。

图1 规则排列居民住宅覆盖方式

图2 独栋高层建筑物覆盖方式

（2）对于纵深较浅的独栋高层建筑物，可采用“BBU+多个RRU+定向天线”上倾覆盖方案，从建筑物的多个角度进行深度覆盖（如图2所示）。

（3）该方案造价低，布局灵活，业主协调难度较低。对于局部覆盖不足的区域，如电梯、地下停车场等，可辅以分布系统加特型天线进行补充覆盖。

3.3 结构复杂楼宇场景的覆盖方案

对于结构复杂的大型楼宇、高层楼宇，“室外覆盖室内”方式已经不能满足覆盖纵深和质量的要求，因而只能采用室内分布系统进行覆盖，主要采用的技术手段包括常规无源分布系统、光纤分布系统以及小基站模式等。

（1）常规无源分布系统。该方案利用合路器将2G/3G/4G信号馈入，通过馈线传送射频信号，利用功分器、耦合器分配信号功率，通过吸顶天线等来发射和接收信号。无源分布系统是目前应用最广的室内覆盖方案。对于已有2G/3G分布系统的楼宇，可利旧改造现有分布系统，或者独立新建一套分布系统，实现TD-LTE的覆盖。考虑到双路由造价高、双路信号功率不易平衡、MIMO性能提升存在不确定性等限制条件，除大型体育场馆、重要交通枢纽等对容量要求较高，以及营业厅等对数据速率较高的场所之外，原则上不推荐建设TD-LTE双路分布系统。

（2）光纤分布系统。是传统分布系统厂家推出的一种较为新型的分布系统。该系统由信号接入单元、扩展单元和远端功放组成，采用光纤和网线传输数字信号，使用小功率功放（10～15 dBm）进行点状精确覆盖，可以实现2G/3G/4G等多种制式的融合覆盖。该系统的组网如图3所示。该分布系统主要的优点有两方面，一是可以大大节省2G/3G/4G主设备的RRU，二是远端功放采用放装方式、POE供电,大大降低建设难度。但该分布系统单位面积造价远高于传统的无源分布系统，主要适用一些需要同时新建2G/3G/4G覆盖的重要场所。在进行建设方案选择时，需要结合主设备造价进行综合比较。

（3）小基站模式。由基带单元BBU、rHUB和pRRU组成，通过光纤和网线传送基带信号，可以支持GSM/TD-SCDMA/TD-LTE等制式。该系统是光纤分布系统的进一步发展，其在继承了光纤分布系统固有优点的基础上，融合了分布式基站的优势。pRRU的发射功率大约在100 mW水平，支持LTE 2×2 MIMO。与光纤分布系统的远端单元相比，pRRU本身带有容量。该系统可根据覆盖区域用户分布情况，通过网管远程对pRRU进行小区配置，比如合并或者分裂小区，从而实现容量的动态控制，具有很高的灵活性。该系统的组网如图4所示。

图3 光纤分布系统示意图

图4 小基站模式组网示意图

3.4 对于临时性和过渡性区域的覆盖

对建筑物内部临时性、过渡性或者突发性覆盖需求，以及局部区域的热点覆盖需求，可以采用飞小区解决。

Nanocell是一种微微基站，其支持PTN、有线宽带、PON等灵活的传输接入方式，实现快速灵活布网，有效吸收业务的作用。Nanocell的发射功率大约在125mW水平，可以有效解决局部热点的覆盖。考虑目前每一个nanocell均需配置一个GPS天线用于同步，因此，它不可能像光纤分布系统或者小基站模式一样对建筑物进行全面、系统的覆盖。该系统可以作为网络补点优化的一种手段。

4 结束语

我国正处于加速城市化进程的中期。随着TD-LTE网络的迅速建设和4G用户业务的迅猛增长， TD-LTE室内覆盖在4G无线网络中的地位将越来越重要，投资占比越来越高。随着铁塔公司从2015年初开始运营，地铁、机场、车站、大型场馆、大型商住楼和党政机关建筑楼宇室内覆盖的建设将由铁塔公司承担，后续还应进一步研究不同场景下，多运营商、多系统之间的隔离问题，实现模板化的设计方案，在覆盖质量提升的同时，进一步控制和降低造价。

[1]刘建华, 李新, 沈寒冰, 等.TD-LTE室内分布系统关键技术研究[C]//中国通信学会信息通信网络技术委员会2011年年会论文集（下册).北京：中国通信学会, 2011.

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