LTE 2×1T1R RRU覆盖技术及其应用建议

魏坚，吕文斌，江海波

（中国电信广东无线网络运营中心惠州分中心，广东 惠州 516003）

1 引言

不断提高空中接口吞吐率是无线制式发展的动力和目标，而MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）技术是LTE大幅提升吞吐率的物理层关键技术。MIMO是一种多天线技术，可以根据不同的系统条件和变化的无线环境采用不同的工作模式，包括单天线工作模式、开环发射分集、开环空间复用、闭环空间复用、多用户空间复用、RANK=1的闭环发射分集和波束赋形等，其中单天线工作模式是MIMO的一种特例，即在具备多天线的物理条件下使用常规的单天线工作模式。LTE 2×1T1R RRU就是使用单天线工作模式的设备，将原有单个2T2R RRU配置为2个1T1R独立扇区使用，为网络建设和投资带来较大的灵活性，可以根据不同地市、不同建设场景充分发挥覆盖和容量的组合优势。

2 LTE 2×1T1R RRU技术覆盖效果评估

要正确使用LTE 2×1T1R RRU技术，首先要评估在其他条件相同的情况下，2×1T1R和2T2R模式在覆盖效果上的差异。

测试评估环境为独立单站点验证，将某个周边无其他基站的独立单站点分别使用2×1T1R和2T2R模式，使用DT（Drive Test，路测）软件进行测试对比评估，测试主要指标包括RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）、SINR（Signal to Interference plus Noise Ratio，信噪比）和上下行速率。

2.1 RSRP

从图1的测试对比中可以发现，在分别使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的前向覆盖强度总体相当，2×1T1R模式下略微偏弱。

2.2 SINR

从图2的测试对比中可以发现，在分别使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的前向覆盖信噪比总体相当，2×1T1R模式下略微偏弱。

2.3 上下行速率

从图3的测试对比中可以发现，在分别使用2T2R和2×1T1R模式下，基站的上下行速率存在一定差异，2×1T1R模式下速率较低。

2.4 测试对比小结

从表1中可以发现，使用2×1T1R模式时，基站的前向覆盖强度比2T2R模式略低但基本可比，由于2×1T1R模式放弃了空间复用，因此下行速率约有40%的降幅。

表1 2T2R和2×1T1R模式下的主要指标测试对比

图1 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的RSRP对比

图2 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的SINR对比

图3 2T2R（左）和2×1T1R（右）模式下的上下行速率对比

总结上述测试对比结果可知，LTE2×1T1R RRU技术具备以下特点：

优势：节省主设备资源；节省主设备对应的纤芯资源；网络用户数容量可比；节能减排。

劣势：无法使用MIMO技术获得高峰值速率；基站小区边缘覆盖强度有所降低。

根据上述特点，2×1T1R方案一般能够适用于无法使用MIMO模式、对峰值速率要求不高和资源受限等场景。

3 LTE 2×1T1R RRU技术应用场景和建议

3.1 单缆单通道室内分布系统

（1）应用范围概述

目前中国电信LTE网络大部分采用C+L共站址建设，原有CDMA室内分布系统均为单缆单通道室内分布系统，LTE网络合路后如不投资进行双缆改造将无法采用2T2R MIMO技术，因此现网大部分LTE室内分布系统自有条件天然适应了LTE 2×1T1R RRU缺乏MIMO高速率的短板，但却能将单个2T2R RRU配置为2个1T1R独立扇区使用，从而节省出1台RRU的设备资源和1对纤芯资源，提高了设备资源和传输资源利用率。与此同时，LTE 2×1T1R RRU还能在单缆单通道室内分布系统上实现和双通道可比的网络带宽能力。如图4所示。

（2）场景要素

室内分布系统、单缆单通道、C+L合路。

（3）应用意义

◆提高主设备资源利用率：对于单缆单通道室内分布系统，LTE 2×1T1R RRU技术可以使RRU资源利用率提升100%。

◆提高传输资源利用率：对于单缆单通道室内分布系统，LTE 2×1T1R RRU技术可以使纤芯资源利用率提升100%。

◆提供了与双通道室内分布系统可比拟的容量能力：LTE 2×1T1R RRU能够在单缆系统上实现和双通道室内分布系统相比的网络上下行带宽，只是放弃了双通道MIMO技术带来的高速率峰值。

（4）应用建议

图4 单缆单通道室内分布系统使用LTE 2×1T1R RRU技术

◆对于单缆室内分布系统（常见于C+L合路），主设备信源RRU数量在1个以上的室内分布系统中才有使用LTE 2×1T1R RRU技术的意义。

◆对于主设备信源RRU数量在1个以上的C+L合路单缆室内分布系统，如原有CDMA主设备信源RRU均集中在一起，则基本无需无源改造就可以使用LTE 2×1T1R RRU技术进行合路，在室分系统信源设备RRU安装处直接使用1台LTE 2×1T1R RRU与CDMA两台RRU接入的室内分布系统天馈进行合路。

◆对于主设备信源RRU数量在1个以上的C+L合路单缆室内分布系统，如原有CDMA主设备信源RRU分布零散，没有两台及以上RRU集中放置的情况，则需要无源改造方可使用LTE 2×1T1R RRU技术进行合路，对要合路的两台分散CDMA RRU之间的路由需要新增馈线连接，此时需要比较新增馈线费用和节省出的1台RRU费用两者间的投资差异。

◆对于新建LTE室内分布系统，可直接使用1台LTE 2×1T1R RRU接入需2个扇区接入的室内分布系统天馈，节省1台RRU资源和相应的纤芯资源。

3.2 非热点话务区域

（1）应用范围概述

LTE 2×1T1R RRU相比LTE 2T2R RRU，放弃了MIMO的高速率上限，但是带来了用户数容量和资源使用量的优势。非热点话务区域对速率峰值的要求不高，由于LTE 2×1T1R RRU技术能够提供与2T2R RRU相比的网络带宽和更多的用户数容量，因而此类场景采用LTE 2×1T1R RRU技术几乎并不会对用户感知造成影响。此类非热点话务区域场景常见于城市郊区、农村、高速公路、铁路等。

（2）场景要素

话务稀疏区、非热点话务区、道路连续覆盖。

（3）应用意义

◆提高主设备资源利用率：LTE 2×1T1R RRU在不功分的情况下，2个RRU即可提供4扇区的覆盖能力，对于常用的3扇区室外基站建设，一般2个LTE 2×1T1R RRU即可满足3扇区的覆盖需求，使RRU资源利用率提升33%。

◆提高传输资源利用率：对于常用的3扇区室外基站建设，使用2个LTE 2×1T1R RRU即可满足3扇区的覆盖需求，使纤芯资源利用率提升33%。

（4）应用建议

◆对于部分本地网大量采用的2T4R RRU，其扇区分裂应用原理同2T2R RRU，2T4R RRU分裂成2个1T2R扇区后，每个扇区仍具备接收分集的增益，因此一般建议在室外站上可使用2T4R RRU进行分裂，而在单缆单通道室内分布系统上使用2T2R RRU进行分裂（单缆单通道室内分布系统仅有一路通道，无法使用1T2R的两路接收分集）。

◆道路覆盖是LTE 2×1T1R RRU应用的经典场景，现网的大部分非城区道路覆盖场景，如高速公路、铁路和县道等都大量经过人烟稀少的山村地区，这类场景下网络覆盖通常仅需2个扇区，尤其是隧道覆盖更是如此。对比常规的2个RRU两扇区的覆盖方式，使用LTE 2×1T1R RRU仅需1个RRU和1对纤芯即可满足道路覆盖需求，此时主设备资源和纤芯资源利用率均提升了100%。

◆LTE 2×1T1R RRU技术放弃了MIMO带来的高峰值速率，但同样保证了相当的网络覆盖，通常可用于话务稀疏区和用户移动使用的场景。话务稀疏区受限于网络覆盖强度，移动使用场景中受限于多普勒频移（LTE 15kHz级别的子载波间隔对多普勒频移更敏感），加之这类场景本身并不强调LTE网络的峰值速率使用，因此使用LTE 2×1T1R RRU技术能够有效节省设备资源和传输资源，较好地发挥LTE 2×1T1R RRU的技术优势。

◆对于使用LTE 2×1T1R RRU建设室外3扇区基站，需要使用到2个LTE 2×1T1R RRU，其中1个LTE 2×1T1R RRU分别接入2个不同覆盖方向的天线，另外1个LTE 2×1T1R RRU单独接入第3面天线。

◆使用LTE 2×1T1R RRU技术，还可以在非热点话务区域仅使用两台LTE 2×1T1R RRU就实现4扇区4面不同方向天线的覆盖效果，更好地兼顾复杂地理环境的覆盖需求，比如十字路口的四方向覆盖。

3.3 潮汐效应话务区域

（1）应用范围概述

潮汐效应典型的应用范例是商业办公区和学校。商业办公区通常在工作日时段话务繁忙，此时使用2T2R方式提供更高的网络速率和带宽容量，而在非工作日和晚上则使用1T1R方式，每个扇区方向关闭一组天馈和射频信号，此时天线的射频功耗降到50%，起到了节能减排的效果；学校则刚好相反，学校通常是移动通信用户密集区域，但话务时段性特征明显，学校用户通常在白天上课时段内呈低话务态势，而晚上则表现为话务爆发时段。

（2）场景要素

潮汐效应、话务时段性、学校、商业办公区。

（3）应用意义

通过2×1T1R和2T2R的灵活转换，实现了网络对特定场景的自适应覆盖，减少了天线的射频功耗输出，可起到节能减排和节约电费的效果。

（4）应用建议

◆对于商业集中办公区场景，在工作日09:00—18:00通常采用2T2R方式保证网络的高速率和带宽容量，以满足每个用户的正常通信需求。而在工作日其余时间和非工作日，则可采用1T1R同时每个扇区方向关闭一组同向覆盖天线的方式，此时区域内用户和带宽需求大量减少，通常无需MIMO即可满足区域内用户的网络通信需求。

◆对于学校场景，在周一至周五08:00—18:00通常采用1T1R同时每个扇区方向关闭一组同向覆盖天线的方式，此时学校内虽然用户集中，但通信激活率不高，通常无需MIMO即可满足区域内用户的网络通信需求。而在周六日和每天晚上通常为学校的话务高发期，特别是在晚自习下课后到熄灯前的时间，此时校园用户的通信激活率通常高达70%以上，可采用2T2R方式提升周边基站的高峰值速率和网络带宽，以尽量满足每个用户的正常通信需求。

3.4 应急通信保障区域

（1）应用范围概述

对于应急通信保障场景，通常有容量类或覆盖类，LTE 2×1T1R RRU技术对容量类和覆盖类应急通信保障场景均有较大意义。

容量类应急通信保障场景常见于各种大型会议、演出和体育赛事等，此时周边基站容量通常难以满足集中区域内数万人的网络通信需求，若采用应急通信车和周边基站开启2×1T1R RRU进行扇区分裂的方式，尽管峰值速率有所降低，但此时由于能够有效提升用户数容量，因此可保证每个用户的基本通信需求。

对于弱覆盖应急通信保障场景，LTE 2×1T1R RRU技术能够有效利用有限RRU进行多方向覆盖。

（2）场景要素

应急通信、高用户数容量、扇区分裂、RRU多向覆盖。

（3）应用意义

◆有效提升应急通信保障区域的用户数容量：在大用户数应急保障场景中，由于用户高度集中，基站资源受限，此时确保每个用户的基本语音和数据需求的意义大于部分用户的“高”速率意义，当应急通信车和保障区域周边基站开启2×1T1R方式并进行扇区分裂后，相当于将集中的话务“均衡化”，更有利于确保每个用户的基本通信需求。

◆有效利用有限RRU进行多方向覆盖：在一些应急覆盖场景中，可能会出现RRU设备和光纤资源受限的情况，此时LTE 2×1T1R RRU技术能够有效利用1对纤芯和1个RRU实现双向覆盖。

（4）应用建议

◆对于容量类应急通信保障场景，一般建议通过LTE 2×1T1R RRU技术将基站分裂为6扇区，同时采用水平波瓣宽度为30°或65°（但不宜采用更大波瓣宽度的天线）的定向天线，通过扇区分裂将现场高度集中的话务分割，以提升网络用户数容量，保障网络的高负荷通信需求。

◆对于覆盖类应急通信保障场景，由于现场基本覆盖不足，当RRU设备或纤芯资源受限时，一般采用2×1T1R分方向覆盖的方式，即1个RRU开启2×1T1R模式后，两路1T1R扇区信号分别接入不同覆盖方向的两面天线。

4 结束语

目前三家运营商基站均为传统单个RRU单扇区覆盖模式，因为单个LTE 2T2R RRU在20MHz带宽下可以提供下行150Mbps峰值速率，即使在50%负荷下也具备提供34Mbps以上平均吞吐量能力。而对于实际网络建设中的不同覆盖场景，特别是在室内、道路以及潮汐话务区等覆盖环境具有各自不同的特点，直接采用LTE 2T2R RRU进行单扇区网络规划将出现基站能力冗余的可能性，同时还会增加建设、维护和能源消耗等成本。

本文针对LTE室内、道路和潮汐话务区等典型覆盖场景，建设LTE 2×1T1R RRU覆盖测试对比环境，通过与传统覆盖方案进行网络性能和资源成本的对比评估，分析LTE 2×1T1R RRU覆盖技术的优势及存在问题，并提出该技术方案的应用场景和建议，是对LTE基站应用和覆盖技术方案的有益探索及大胆尝试，为LTE网络规模部署和实际运营提供了有效的技术支撑及决策依据。

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[6] 虹信通信TD-LTE室内覆盖系统解决方案[EB/OL]. (2013-09-23)[2014-04-21]. http://www.c114.net/topic/4131/a795280.html.