基于TD—LTE双流分布系统覆盖优化的研究

张海宁　吴志宏

【摘 要】TD-LTE作为新一代移动通信技术，引入了MIMO等一系列新技术，有效地满足了调整数据需求，但也给室内分布系统提出了更高的要求。本文研究从实际站点建设开展，开始尝试寻找双流建设替代方案，先从新建双流分布系统分析，然后有针对性地寻找新的替代方案，以达到本文的研究目的。

【关键词】室内分布系统；双流；LTE

1、TD-LTE双流室分系统方案设计

本工程采用基带拉远型（BBU+RRU）设备双流建设的方式，BBU在更衣室内挂墙安装，由业主提供就近供电方式，采用1台RRU，每通道的机顶发射功率为20W，即单通道最大发射功率为43dBm，在1F更衣室内，供电由BBU引接供电电缆。

室内站点的TD-LTE系统中，用户资源分配的最小单位是RB（Resource Block）。TD-LTE系统中每个RB由十二个15 kHz带宽（频带宽度共180 kHz左右）的子载波组成。在20MH的带宽内，1200个子载波的总量就是一个单载波功率。根据单载波的最大发射功率，我们假设这1200个子载波平均共享10dBm的功率，计算出天线输入端TD-LTE单子载波最大发射功率：P=10-10lg（1200）= -20.8dBm；如果这1200个子载波平均共享的是15dBm的功率，再代入前面的公式，可以计算出单载波的最大发射功率已经有改变：P=15-10lg（1200）=-15.8dBm。

由此可以看出，分配到越多的RB数给终端用户，就会有越高的数据速率让用户体验，同时该用户占用的频带总带宽也越高。

2、变频双流原理

变频系统的原理是通过对TD-LTE RRU的一个通道进行变频，实现在一路天馈系统中传输两路信号，以达到TD-LTE双流传输的目的。

数字变频的作用在于将上/下行接收链路中ADC输出的已调制的LTE 数字中频实信号进行混频、下/上采样、滤波得到 LTE 数字复基带信号，使对接收信号的后续处理可以在一个比较合适的速率上。一个无线电信号可以用式①来表示：s （t）=a（t）cos（ωt+?（t）） ，其中ω为载波频率，数字上变频就是将基带信号从零频搬移到该频率，将其进行数字化可得式②：s（n）=a（n）cos（ωn+?（n）），然后对s（n）进行正交分解，可得式③：s（n）=I（n）cos（ωn）+Q（n）sin（ωn），其中，I（n）、Q（n）分别为复基带解析信号的同相分量和正交分量，同相分量和正交分量不具有复共轭对称性，因此不能单独表示基带信号的调制特性。对于基带过来的 I、Q 分量，可以分别与两个相互正交的本振 cos（ωn）、sin（ωn）相乘，然后求和，就可以得到调制信号。

通过在信源端增加一台主机实现对信号的移频功能，在分布系统末端天线口增加一个从机（RAU）对异频信号进行解调，输出至两个吸顶天线。有源合路器通过获取来自TD-LTE设备RRU的2×2的MIMO信号，其中一路TD-LTE信号经过有源合路器的放大、频谱搬移至另外一个频率之后与另外一路直通的TD-LTE信号合路。在有源天线端，通过分频器将两路信号分开，已经进行过频谱搬移的一路TD-LTE的信号进行反搬移，回复成原始的TD-LTE的射频信号，進入有源天线有源支路端，另一路未经变换的信号经过滤波后进入有源天线的无源旁路端。

3、变频双流方案设计核心技术与难点

变频系统设备由主机和从机组成。其中，主机可以和多系统合路器集成；从机可以和室内分布系统天线集成。

首先，在TD-LTE RRU输出的位置安装主机（变频模块），这个模块包括变频单元、合路器、远程供电单元等，通过模块可以将RRU输出的其中一路信号进行变频，频率选择在710MHz-760MHz（支持50MHz带宽，在室分器件支持的情况下，尽可能地降低了分布系统的损耗，在这里选择的频段是考虑到并规避了与其他系统间的杂散、互调及阻塞干扰）。由于双流TD-LTE使用不同频率的两条信号链路，两路信号相互独立互不干扰，在室分系统相同馈缆中各不相干，传输信号非常可靠，如下图所示：

图1 新增有源设备集成图

在天线输出端，需要将被进行过变频的那一路TD-LT信号反变换恢复至原频点，才能通过天线将两路信号发射出来。为确保空中信道的相互独立性能，系统将采用极化方式不同的双极化天线。由于要再次进行变频，天线侧也需要安装变频单元并要对其进行供电，这种天线就定义为有源天线。室内使用的绝大多数是无源天线，有源天线是在无源天线的基础上增加有源器件，使其能对信号进行处理。有源就是存在需要供电的电路，变频模块中的馈电器通过馈线对有源天线进行远程供电。

4、变频双流难点

双通道变频方案也带来一些新的问题，主要体现在：1）系统稳定性问题。目前传统的室内分布系统都是无源分布系统，无源分布系统的稳定性要优于有源系统。变频方案引入了变频器件，增加了有源设备，对系统的稳定性带来了一定的挑战，因此在方案设计阶段需充分考虑系统稳定性因素；2）链路平衡的问题。LTE的两路信号通过变频传输后，由于引入插入损耗以及不同的频段传输损耗的不同会造成2条链路的不平衡性，而链路的不平衡对LTE的MIMO性能有较大的影响，在方案设计阶段进行规避。

5、优化结论

变频双流系统在下行吞吐量与常规室分双流系统相差8%以内，上行吞吐量略好于常规双流系统。有源部分上行噪声约<8dB，由于放大器前置，有源系统比传统室分中分配损耗带来的30dB载干比约有20多dB的提升，会带来上行改善，实验测试结果一致，没有影响系统驻波，驻波比保持在1.5以下。相对于常规双流系统变频双流系统未引入明显时延，变频双流系统时延约<1us，比系统要求值<5us要低。受限于器件功放能力，变频双流系统覆盖能力略弱于常规双流系统。变频双流系统施工周期相对于常规室分改造双流较短，本次中山三路营业厅站点规模较小，未能明显体现出来；对天花板改造较少，物业协调简单。

6、结语

本文针对传统单路室内分布系统建设双流TD-LTE覆盖改造难度较大的场景，采用室分有源天线改造方案，在基站输出端利用有源控制器将其中一路TD-LTE信号移频，再与另一路TD-LTE信号合路，合路后的信号通过原有的分布系统传输到室分天线，在室分天线前加装一个有源模块，该模块将原有的两路信号分离，并通过双极化天线发射出去，实现TD-LTE完整的MIMO特性。