大型综合场所LTE室内覆盖解决方案探讨

陈孟阳

【摘 要】

首先分析目前LTE深度覆盖的现状和难点，阐述了大型综合场所LTE覆盖对网络建设广度和深度的迫切，需采用多方案多途径综合覆盖，而后结合工程实践分析弱覆盖和干扰分析排查，总结大型综合场所LTE覆盖需要深度规划、多种方式结合、因地制宜及灵活处理，以提高网络覆盖和网络质量。

【关键词】

LTE 室内覆盖 深度覆盖 大型场馆

1 网络覆盖背景

现今大型场馆都是装修复杂、分隔结构不规则，特别是大型商贸楼宇，单层面积大、装修高档精致、人流量大、单个小区覆盖不够，面对LTE技术的进步创新和物联网高科技产品的应用，LTE网络建设在人流集中、通信业务繁重、面积巨大的场馆的要求更高更严。这些大型场所往往是重大聚集人群所在地，其场地单层面积大、容纳人数众多，通讯的特点为密度高、话务量大、业务流量集中，仅依靠覆盖室外的宏站难以解决这些矛盾，必须运用深度的室内覆盖手段加以解决。

大型场馆区LTE信号覆盖普遍存在的问题：覆盖区信号弱，信号分区难以控制到位，干扰严重，金属天花衰减严重并且反射厉害，总的问题症结有两个：一是场馆内存在弱覆盖或盲区；二是干扰复杂，LTE的业务速率不达标。对此本文接下来将探讨一下哪些策略可以加强和改善大型场馆区LTE信号深度覆盖，并分析所提出的应对解决方案。

2 针对弱覆盖或盲区的解决方案

商场的单层面积大、管线井道不够、信源功率有限、金属材质装修、屏蔽阻挡多以及场内商铺物业协调难度大，这些都影响到LTE的信号覆盖效果。在常规室内分布系统解决不到的地方可以借助新型设备。

2.1 采用新型设备进行补充覆盖

目前几大核心设备厂家都有新型设备推出和应用。爱立信早在全球100多家通信运营商试用或商用了其“RDS”（Radio Dot System，无线点系统）。爱立信“点系统”是补充宏站的弱项、精准小区域覆盖的基础设备，克服了安装环境和物业难题，可满足在室内提供高质量通信业务的广泛需求，如用来提高室内APP应用覆盖率。如图1所示，爱立信无线点系统的外形是小圆盘形状，分为上下两个部分。上面部分是有源天线，可以根据不同网络制式及不同频段进行换用，下面部分底座是连接五类线的，这两个部分组成的圆盘，再连接上室内射频单元和数字单元及天馈系统，就是一个完美的微小基站。爱立信无线点系统是目前最小巧的微小基站，扩展和演进都可靠，因此可以满足大型场所室内不同场景的需求，一条网线加上馈电就能建站，快速帮助运营商建设优质的室内分布系统。

图1 爱立信Radio Dot System系统

如图2所示，华为针对室分系统研发出LampSite的新架构，组成分为三部分：pRRU（Pico Remote Radio Unit，远端射频单元）、RHUB和BBU（Building Baseband Unit，室内基带处理单元）。pRRU支持多模多载波制式；BBU基带共享资源，通过一根多模光纤就能承载载波；pRRU的室内安装可采用PoE（Power over Ethernet，有源以太网）馈电，供电和数据传输通过一根网线或光纤来实现，施工简便同时能满足多种应用场景需求。华为LampSite在不同场景覆盖中既能提高网络容量，又能改善网络覆盖质量。华为LampSite具有布放简便、聚合载波、多入多出、容量大、多模多载波和易维护等优点，可满足大型场馆多用户高要求的需要。新的LampSite2.0同时支持运营商语音和数据业务能力，可以以数据业务为中心，兼顾其他业务需求，建设满足高端用户的通信网络。

图2 华为LampSite系统

如图3所示，中兴通讯开发的Qcell数字室内覆盖系统也具有集成度高、容量大、连续覆盖、部署简便、可持续演进、维护方便，多模多载波等优势。中兴通讯Qcell系统一般由pRRU、pBridge和BBU组成。pRRU可支持多模多载波；pRRU和pBridge之间通过光纤或网线连接，一般采用标准网线组网和馈电，可实现共享多载波资源，与传统宏站共网管系统，Qcell系统小区裂变或聚合扩容简易可行。

以上几类新型设备虽然优点很多，功能也强大，但是在大型场馆全部采用这类设备覆盖，难免造价太高，系统庞大且小区规划多而杂，所以一般建议用作小区域内覆盖或补盲和重点加强覆盖等。常规还是以传统DAS（Distributed Antenna System，分布式天线系统）方式为主、新型设备为辅，以节约资源和降低建设成本。

2.2 Small Cell/Nanocell破解室内覆盖难题

Small Cell/Nanocell是低功率的无线接入节点，一面世就凭借体积小、智能化设计、安装部署快捷简易、组网比较灵活等优势备受室内覆盖系统建设的宠爱，只要有网线就可作为回传并通过互联网接入电信运营商核心网，满足用户的无线语音及数据业务需要，成为室内信号覆盖的又一重要设备和手段。

Small Cell/Nanocell可以说是为解决室内小范围的覆盖难题而生。Small Cell/Nanocell无线接入点的发射功率一般都比较低，它的回程是通过宽带接入网络，灵活地用于在天馈系统布放困难而信号差的室内，以在改善室内的无线信号覆盖的同时提高网络容量，并且建网快速。目前Small Cell/Nanocell的产品在实际应用中还有待改进和完善的地方，诸如自适应、室内外协同、干扰控制等。相对于宏站而言，Small Cell/Nanocell的SON（Self-Organized Network，自组织网络）还不很完善，Small Cell还有待大力发展和提高SON技术。Small Cell因为融合了Picocell、Femtocell、Microcell等多种技术，目前已经成为新型设备中最能有效解决弱覆盖和盲区的手段之一，并得到广泛应用和推广。

2.3 DAS+室内美化天线加强室内覆盖

传统的DAS一般以同轴电缆等天馈设备系统为主，由许多个天线组成，系统分为有源系统和无源系统两类。如用在不同制式网络合路一套分布系统，一般各种制式系统信源功率不很匹配；有源设备和天馈设备都比较多；天馈系统安装的物业协调难度大、建设周期长。

但大型场所的LTE覆盖受建筑结构和安装条件的限制，并不能完美解决大型场所的覆盖。主要受阻的原因还是金属天花和金属装修材料，以及离散分布的小天线数量大，导致物业和商铺都反对安装分布式天线系统。最好的解决方法是使用多种美化隐蔽天线，如：薄片式美化天线、烟感式美化天线及指示（广告）牌美化天线，但是目前美化天线厂家提供的产品还不尽如意，可以加以改进和提升。如图4所示，对于金属天花一般都不是整个大块的，可以考虑把美化天线与金属天花嵌入一体化设计，安装时把整块金属天花更换安装，减小现场施工时间和保证施工质量，大大改进美化隐蔽效果，更容易被大众接受。控制好室内室外和室内多个小区之间的干扰，使得室内覆盖达到最好的覆盖效果，最大程度地提高网络设备的利用率，降低成本和投资。

图4 室内美化隐蔽天线（与金属天花集成更佳）

DAS是目前室内覆盖最通常采用的解决方案，DAS系统覆盖方案的大规模应用为室内覆盖发挥了无可替代的作用，为传统室内覆盖做出巨大贡献。DAS系统覆盖方案如果要继续保持室内覆盖领域的主导优势，只有创新和融合高新技术变革，紧追技术革新的脚步，如与可见光通信技术、宽频带薄片天线、新型多天线阵列传输等新技术融合。

上述3种覆盖方式的比较如表1所示。

3 针对干扰复杂的解决方案

目前大型场所的电磁环境越来越复杂、新型建筑材料使用越来越普遍、通信系统使用的频段越来越多，导致电磁干扰越来越多、越来越严重。

工程建设中可以避免和解决的方案大致可以从3个方面考虑：从网络规划上提前规避；使用高功率高品质的设备降低干扰；因地制宜使用创新产品和方法。

3.1 从网络规划上提前规避

前期勘测规划时要仔细，做足工作，现场扫频电磁环境，重点扫频场馆的对讲寻呼系统、公安消防系统等，并调查业主使用什么频段的无线射频门禁开关和报警系统，搜集现有场馆各家运营商使用的通信系统频段资料。工程建设中经常会碰到诸如公安系统干扰通信系统、业主对讲系统干扰通信系统、酒店商场射频门禁系统干扰通信系统以及运营商同行相互干扰通信系统等情况。针对目前多系统多电磁的环境，前期做好勘测和电磁环境普查很有必要，完全可以避免后期的工程整改和设备更换，避免人力物力财力的浪费。特别是大型场馆的施工环境和施工时间都有很高要求和严格管理，所以工程建设初期的网络勘测、网络规划、网络容量设计、网络继续升级演进预留都值得详尽考虑和做足功课。运用技术手段做网络仿真和实地模拟测试都是可取的。

3.2 使用高功率高品质的设备降低干扰

当两个或者多个信号同时进入通道时，由于非线性作用，信号的组合频率会形成互调信号，其中3阶互调信号最强。如果互调信号落在小区上行带内，那么就会形成互调干扰信号。室分多系统场景中通常有GSM900、LTE、WCDMA与CDMA系统，随着LTE大规模建设，干扰越发严重。其主要干扰有几类：

（1）下行频段：中国电信CDMA：870—880MHz；中国联通GSM：954—960MHz；中国联通LTE：1840—1860MHz。

1）组合一：1860+960-870=1950MHz，WCDMA受干扰；

2）组合二：1840+954-880=1914MHz，LTE2.1受干扰。

如果将中国电信LTE（1860—1875MHz）考虑进来的话，干扰带在1914—1965MHz，对中国电信2.1G、WCDMA都存在干扰。

（2）二次谐波2f1/2f2：CDMA有源设备产生二次谐波频率1740—1760MHz；无源器件产生二阶互调f1+f2频率1740—1760MHz，对中国联通LTE1.8G造成干扰。

LTE高峰均比信号导致无源器件产生飞弧杂散干扰信号，表现在离LTE下行频段较近的中国电信LTE1.8G、中国联通WCDMA系统干扰较为突出。

针对以上几种干扰类型，可通过更换高性能器件提高互调抑制比，减少上行宽带噪声降低干扰，这部分干扰主要由于器件互调、功率容量满足不了LTE高峰均比要求，特别是在多系统合路中，其干扰特性更具有普遍性。

LTE速率跟干扰关系很大，所以要尽可能降低干扰以提高LTE速率，提高LTE网络质量。

4 因地制宜使用创新产品和方法

随着LTE建设的深度和广度的加大，各类厂家相继推出工程应用的新产品，或是解决多系统合路及邻频干扰的问题；或是解决机房设备空间不够及节约能耗的问题，如双路变频设备就是LTE室内分布系统及其双路变频设备。

双路变频设备包括第一部分和第二部分：第一部分包括第一支路和第二支路；第二部分包括第三支路和第四支路。其中第一支路和第二支路分别用于传输一路发送给另一端的信号；第三支路和第四支路分别用于传输一路从另一端接收的信号。第一支路和所述第二支路的组成结构相同；第三支路和第四支路的组成结构相同。

双路变频设备为支持MIMO的LTE室内分布系统提供了具体的解决方案，又如多载波功放基站放大器不仅大大降低了能耗，也极大节约了机房空间，再如1.8G邻频合路器就是牺牲1M多的带宽而获得近4M的带宽，有效解决DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）与1.8G的LTE合路问题，使LTE在工程中获得20M的带宽应用，又避免与DCS的邻频干扰。

大型场馆覆盖中有时会遇到一些奇怪的现象：如楼上一层能收到楼下一层的射频信号，甚至楼下一层的射频信号还强过楼上本层的射频信号，粗看还以为小区配置错误或链路错误，其实是场馆的新型地板建筑材料和金属天花一致作用的结果。

如图5所示，如果安装在金属天线内的摆放位置偏斜一点，情况更严重，导致这种情况的主要原因是地板的电磁穿透损耗大大小于金属天花的穿透损耗，楼下一层金属天花内的天线发射的射频信号差不多大部分发射到楼上一层，而楼上本层金属天花内的天线发射的射频穿透金属能力很弱。唯一的解决办法就是换掉天线下面的金属天花，避免金属反射射频信号，或是用美化天线外置于金属天花下面。

对于复杂的情况，具体问题还是需要具体分析解决，因地制宜。

图5 楼下反射信号穿透到楼上一层

5 结论

大型场馆室内深度覆盖问题一直是室内通信网络建设的重点，建网初期要充分规划和勘察，兼顾继续演进性，LTE网络规划设计中应要求覆盖和容量并重，灵活选择站型和网络频段，以传统DAS系统为主、其他新型系统为辅，以立体分层、点面结合、内外协调的组网方式进行室内外和室内小区间整体设计。优先考虑建设DAS分布系统，局部区域增加选择微小基站系统、PicoRRU拉远、Picocell等覆盖局部区域的灵活组网方式，合理使用室内美化隐蔽小天线，实现大型场馆的整体良好覆盖。同时针对局部区域或重点区域建设入户布放的Nanocell或Femto基站，有效解决有弱/盲覆盖区域的室内深度覆盖问题。

大型场馆室内深度覆盖因为人流集中、业务集中、用户要求高、流量需求大等问题凸显LTE网络建设的紧要和关键。通过点线面综合发现网络覆盖问题，施工前期从大型场馆的电磁环境入手，避免与有关无线射频干扰，从建筑分布结构合理规划网络使用频段和小区规划，充分预估网络业务量和网络演进性。网络建成初期测试网络，查弱补盲和优化网络，对重点区域和难点区域灵活选用网络设备和方式方法，网络投入使用后定期维护和升级，及时解决网络突发问题和用户诉求，给用户提供可靠优质的LTE网络服务。

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