多频段室外覆盖室内穿透损耗研究

张炎炎

1 引言

随着各运营商LTE建设速度的加快和中国移动互联网业务的快速发展，未来无所不在的通信将成为无线通信的普遍需求。一方面，数据业务已经在无线通信中的比重越来越大，而大部分的数据业务发生在室内，但TD-LTE组网频段较高，空间传播损耗和穿透损耗相对较大，不利于室内深度覆盖，因此室内覆盖的性能将影响运营商的收益。此外，从业务发展来看，未来VoLTE将全面替代CSFB承载语音业务，因此需要VoLTE达到同现网2G/3G的CS业务同覆盖。但是，通过对运营商的现网数据进行测试可以发现，深度覆盖能力和网络需求相比仍存在一定差距。

如图1所示，从某运营商某城市的4G驻留时长占比测试可以看出，该城市“LTE路测占网时长占比”已接近100%，但4G时长驻留比仅占到80%～90%，表现出其4G室外覆盖能力远远高于全网平均覆盖能力，即室内深度覆盖存在较大不足。

图1 4G驻留时长占比

对于蜂窝移动通信网络，室外宏蜂窝基站是实现一个地区覆盖的主要手段，但由于移动业务主要在室内，无线信号从室外向室内传播时会有损耗，为保证到达室内的信号能够保证移动业务的质量，一是可以通过增加基站数量，减小基站站距的方法减少信号在室外传播的损耗；二是建设室内分布系统直接解决室内覆盖。但是由于室内分布系统只能保证个别楼宇的室内覆盖，所以总体来说，室外基站在宏观上更有效，因此室外信号对室内深度覆盖研究很重要。

为提升LTE的深度覆盖能力，采用低频段的LTE FDD制式进行网络覆盖是一种方案。但是，基于已有的GSM及TD-LTE，如何设定网络规划指标，以达到在具有较好的深度覆盖能力的基础上，尽量减少由于过覆盖带来的同频干扰及投资浪费，成为LTE FDD/TDLTE融合组网网络规划中的重要问题。

为解决以上问题，对FDD/TDD不同系统不同频段进行合理有效的室外覆盖室内穿透损耗评估成为重要的研究内容之一。本文针对传统室外覆盖室内穿透损耗测试方法的局限性提出了一种新的测试方法，该方法应用大数据分析的思想，利用室内外大量移动测试数据的直接对比，得出室外覆盖室内穿透损耗。同时，为支撑LTE FDD/TD-LTE融合组网，本文利用所述方法对FDD 900 MHz/1800 MHz，TDD F频段、D频段分别进行了多处测试，用于指导LTE网络规划指标设计及规划方法研究。

2 传统室外覆盖室内穿透损耗的测试方法分析

传统室外覆盖室内穿透损耗的测试方法是通过定点测试，在室外选取站点后寻找视距范围内建筑物，在建筑物内进行好中差点的定点测试，将室外直射点RSRP同室内定点测试的RSRP测试结果进行对比。图2为一种典型的传统室外覆盖室内穿透损耗测试的方法，可以看出，测试选取了11个测试点，并分别根据测试用例的要求将其定义为好点、中点和差点，以获取不同深度覆盖要求下的室外覆盖室内穿透损耗值。

图2 一种典型的传统室外覆盖室内穿透损耗测试方法

传统测试方法对于差点的选取符合深度覆盖的定义，但是由于差点较难寻找，测试条件要求高，测试场景选取困难，难以有效遍历常见的深度覆盖场景，而且定点测试RSRP等值变化很大，所寻找的“差点”可能会发生变化。因此还要结合更全面的，更准确的方法来反映网络的覆盖问题、质量问题。

3 一种新的室外覆盖室内穿透损耗测试方法

为对不同测试目标进行测试结果输出，本文提出的测试方法分为宏观测试方法和微观测试方法。其中宏观测试方法是对整个测试区域（一般建议20个站点覆盖范围）的穿透损耗进行统计，得到的结果用于计算所测场景下的室外覆盖室内穿透损耗指标分析。微观测试方法是针对某种特定的穿透介质，如常见的玻璃幕墙、混凝土墙等进行穿透损耗测试，得到特定介质的穿透损耗，用于进行如3D规划仿真中的建筑物参数输入等。

3.1 宏观测试方法

如上所述，宏观测试方法是对整个测试区域（一般建议20个站点覆盖范围）的穿透损耗进行统计，得到的结果用于计算所测场景下的室外覆盖室内穿透损耗指标分析。该测试方法可描述如下：

（1）进行室外精细道路测试，道路长度同测试区域面积的比例达到一定要求；

（2）在测试区域内进行室内步行测试；

（3）将以上室内外测试结果进行统计求差，进行不同频段室外覆盖室内电平差计算。

对于宏观测试方法来说，其室外精细化测试的道路长度同测试区域面积的比例是一个重要参数。如表1所示，通过对深圳某区域的精细化道路测试和主干道测试进行对比，可以发现主干道测试结果明显高于精细化道路测试结果，反映了网络对主干道的覆盖一般会优于对普通道路的覆盖。通过对不同里程面积比进行统计分析，一般取里程面积比为8:1。

表1 不同精细化测试结果对比

3.2 微观分析方法

微观测试方法是针对某种特定的穿透介质，如常见的玻璃幕墙、混凝土墙等进行穿透损耗测试，得到特定介质的穿透损耗，用于进行如3D规划仿真中的建筑物参数输入等。微观测试方法的主要原理同宏观测试方法相似，主要区别在于该方法主要针对某单一建筑物的室内室外进行打点测试得到该建筑物穿透介质的穿透损耗。

由以上分析可以看出，新的测试方法较传统测试方法有以下优点：

（1）测试范围广，测试场景丰富，选点方便，测试难度低；

（2）测试结果可用性高，符合实际用户感知；

（3）测试数据量大。

因此，通过采用本文提出的方法进行室内外穿透损耗测试具有较强的实用性和合理性，对提升网络规划的准确性具有较强的指导作用。

4 TDD/FDD多频段穿透损耗研究

为指导网络规划指标的制定和LTE FDD/TD-LTE融合组网规划，本文采用所提出的方法对LTE FDD 900 MHz/1800 MHz，GSM 900MHz/1800 MHz，TD-LTE F频段及D频段进行了穿透损耗测试。其中，测试区域为江苏苏州的古城区和越溪区，受GSM Refarming频段的影响，古城区仅测试了LTE FDD 900 MHz，越溪区仅测试了LTE FDD 1800 MHz，因此无法在相同地点进行同比测试。

测试中，将FDD功率与TDD功率配置对齐，三部UE能力相同的LTE终端同时做下行fullbuffer业务，一部GSM终端做语音拨打，室外围绕建筑进行GPS打点拉网测试，记录GPS打点、RSRP/SINR/THP等。此后，室内步行打点拉网测试，尽可能走到脱网的区域（对于高层建筑，选择低中高层分别测试）记录GPS打点、RSRP/SINR/THP等。分别选择不同材质的建筑（木质、钢结构、混凝土、玻璃）测GSM900、FDD900、FDD1800、TD-LTE F频段的穿透损耗。

本次测试共对9个建筑物进行了穿透损耗测试，以下首先对其中一个典型建筑物的测试结果进行分析，然后对所有测试结果进行统计分析。

4.1 国美电器大厅

国美电器大厅由钢筋混凝土与外部隔开，以步行的方式进行室内外对比测试，测试其穿透损耗性能，选点的平面图如图3所示。

根据室内外终端接收信号，记录电平、SINR、速率，各网络室内外测试平均值记录如表2所示。

根据以上测试结果可以看出，在国美电器大厅的玻璃墙阻隔下，TD-LTE F频段穿透损耗为14.2 dB，LTE TDD D频段的穿透损耗为15.06 dB，LTE FDD的穿透损耗为12.1 dB，GSM 900M穿透损耗为11.53 dB，GSM 1800M的穿透损耗为13.12 dB，FDD 900M频段损耗与GSM 900M基本相同，TDD频段损耗略大于GSM 1800M，TDD D频段损耗大于TDD F频段，TDD F频段损耗大于FDD。

图3 国美电器大厅测试示意图

4.2 玻璃门墙场景下的测试结果分析

各玻璃门隔断建筑物，包括国税办税厅、苏州银行、光大银行测试结果如表3所示。由于测试场景限制，该测试仅包括FDD 900M，无FDD 1800M频段。

通过对以上数据进行分析，各系统频段穿透损耗如图4所示，可以看出GSM 900M穿透损耗略小于FDD 900M。

4.3 混凝土场景下的测试结果分析

各混凝土隔断建筑物，包括国美电器、久久酒店、五星电器、体育中心、职业大学、全家超市，其测试结果如表4所示，该测试场景包含FDD 900M和FDD 1800M，因此其结果分析更具广泛性。

表2 国美电器测试结果

表3 玻璃隔断下多频段室外覆盖室内穿透损耗测试 dB

表4 混凝土隔断下多频段室外覆盖室内穿透损耗测试 dB

图4 多频段玻璃隔断平均穿透损耗

通过对以上数据进行分析，各系统频段穿透损耗如图5所示，可以看出GSM900穿透损耗略小于FDD 900M，GSM 1800M同FDD 1800M相当，FDD 1800M穿透损耗小于TD-LTE F频段。

图5 多频段混凝土隔断平均穿透损耗

5 结束语

本文针对LTE深度覆盖网络规划中需测试室外覆盖室内穿透损耗的问题，提出了一种新的覆盖室内穿透损耗测试方法，并利用该方法对LTE FDD 900M、LTE FDD 1800M、TD-LTE F频段、TD-LTE D频段、GSM 900M以及GSM 1800M频段进行了测试。测试结果可以看出，频段越高则穿透损耗越大，同时可以看出，GSM系统穿透能力略高于LTE FDD系统，此外，FDD 1800M系统穿透损耗略大于TD-LTE F频段。需要说明的是，由于测试环境搭建、测试终端协调等原因，仅协同部分厂家在少数场景下进行了相关测试，因此测试数据仅代表相关测试的结果并仅作为研究参考数据，不代表作者所在单位对该技术的官方结论。

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