基于TD-LTE的室内分布系统设计研究

刘艳 屈秀敏

【摘要】本文首先介绍了分布系统、需求分析、系统建设相关物理元器件，并以实际小区的室内分布系统设计为例，介绍了其TD-LTE室内分布系统的设计及采用的各种物理元器件，选择分布式基站系统作为信源，即直放站、BBU（室内基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）相连组成的信源。最后，在建设完成后，对整个系统的实际工作进行了简单的测试。

【关键词】室内分布系统;系统的测试

随着移动通信技术的发展，移动通信的重点从语音业务逐渐转向数据传输业务。作为最新的移动通信技术的标准，TD-LTE技术也已迈入了成熟期和大规模网络规划建设的阶段。TD-LTE为第四代移动通信标准，即4G。而随着LTE时代的即将到来，整个移动通信的速率得到了很大提高，视频、游戏、直播等高速率、高帧率业务已成为人们平时使用手机时最常用的业务。

1. 分布系统的介绍

分布系统是通信系统中用于信号区域覆盖的组网方式，通常由信源系统、天馈系统、有（无）源设备、天线等组成。用于解决高层建筑、居民小区、地铁、高铁等场景信号覆盖较弱问题。

室内分布系统主要由信源、各种有源设备和天线输入接口组成。如下图2-1所示：

信源连接各种有源设备，然后信号经过有源设备的传输，最终传导到各个天线接口上。

2. 需求分析

随着 4G 用户的爆发式增长，越来越多的业务发生在室内，数据业务所占比例也越来越大。随着城镇化的进行，建筑密度大，高度高，信号遮挡严重，室外宏站选址难度大。所以为了满足更多的业务需求，信号覆盖较弱的问题需要通过室内分布系统解决。

2.1 室内分布系统的干扰问题

现在室内分布系统之间的干扰主要有三大类：杂散干扰类、阻塞干扰类和互调干扰类。其中互调干扰相对于其他两种干扰来说是影响最小的，所以我们主要对杂散干扰和阻塞干扰这两种干扰进行介绍。

（1）杂散干扰是一种加性干扰，它主要产生于发射机单元。杂散干扰对被干扰系统影响可以概括为使被干扰系统的底噪抬高，从而导致灵敏度的降低，影响被干扰系统的通信质量。所以，为了降低杂散干扰对被干扰系统的影响，就必须防止接收机的灵敏度过度恶化。

（2）阻塞干扰是指系统频带范围外的一个强干扰信号的加入使接收机链路中的滤波器、功率放大器、混频器等这些非线性器件达到饱和状态，产生非线性失真从而形成的干扰。为了规避阻塞干扰的产生，就需要让强干扰信号在输入接收机之前就必须衰减至阻塞电平要求以下。

2.2 室内分布系统的覆盖问题

覆盖分析，就是在进行室内分布系统设计的时候，考虑信号的总体覆盖情况，统的网络覆盖质量受边缘覆盖场強大小的直接作用。

（1）边缘覆盖场强的指标值设置过高

指标值设置过高会使信号外泄，室内外信号重叠的地方就会出现接入失败、切换失败以及掉话等通信失败的现象。

（2）边缘覆盖场强的指标值设置的过低

指标值设置过低说明室内区域的覆盖太小，出现弱覆盖或者覆盖盲区，达不到目标要求。

3. 室内分布系统建设相关物理元器件

室内分布系统可分为两部分：信源和天馈分布系统。

3.1 室内分布系统的信号源

室内分布系统的信号源是一种产生无源信号的器件。信号源的种类有很多，如：微蜂窝基站或使用直放站即室内基带处理单元+射频拉远单元相结合的模式（BBU+RRU模式）。

微蜂窝是利用微蜂窝技术实现微蜂窝小区覆盖的移动通信系统，优点是体积小，且不需要独立的机房，小范围内实现高话务量。若将一般的微蜂窝基站看作是集中式的基站，而射频拉远单元（RRU）和基带处理单元（BBU）则组成分布式基站，可以做到基带信道资源与主基站之间的资源共享，能够更好的利用基带信道资源，提供一定的网络容量。

3.2 分布系统所用到的设备

在LTE室内分布系统所用到的设备主要有天线、功分器、耦合器、合路器等物理元器件。

（1）天线

天线是一种变换器，可以把传输的导波变成电磁波，用来发射或者接收。

（2）功分器

功分器即功率分配器，它能够将输入信号进行平等分配，将单路信号变为多路信号，并且有着极广的频率范围。

（3）耦合器

耦合器也是将信号进行分配的元器件，但不是平均分配。耦合器也有腔体合器和微带耦合器两类，它只有两个输出口，在性能上来说，腔体稱合器的性能要优于微带功分器。

（4）合路器

合路器是将几路不同频率的信号合成一路进行输出。在TD-LTE室内分布系统的设计中多与信源相连接，通过合路器将不同信源的信号，如GSM和WLAN，合路后输出到天馈系统中。

4. 实际小区的室内分布系统设计

以某小区为例，详细介绍室内分布系统的设计与施工情况，其小区使用的为中国移动的E频段，采用的组网方式为异频组网。

4.1 小区基本情况介绍

该小区一共四栋楼，每栋楼高4层，其建筑方式为老式砖混结构，地下室没有吊顶，其余各层皆用石膏板吊顶，整个小区的常住人口约为一千人左右。对该小区内进行通信环境的测试后发现信号接收功率和信噪比都存在盲区。

4.2 工程设计内容

本次工程在信源上选择分布式基站 BBU+RRU，分布式基站具有设备体积小，维护安装简单，选址灵活，覆盖面积广，处理突发话务的能力较高，损耗小等优点。在天线方面选用泄漏缆，泄漏电缆传输稳定，占用资金较少、维护容易等特点，然后我们在进行小区规划、天线口功率、室分天馈系统等方面的选择。

（1）天线口功率规划

小区房间内天线结合实际覆盖范围，天线口的功率范围大约为4～9dBm，接收机端的天线口测到的信号接收功率大约为-29 dBm ～26dBm。

（2）传播损耗计算

根据第三代移动通信合作伙伴组织的要求，无线路径的传播损耗（PL）一般来讲可由下公式计算：

PL（dB）=32.4+20Logf+20LogD+20logd+P              5-1

式中f为载频频率（MHz），D是接收信号与天线间的垂线距离（单位是m）。P指的是障碍物的损耗，单位是dB。

（3）室分天馈系统的规划与选择

由于该小区TD-LTE用户和需求相对，对无线速率要求也比较适中，之前也有建设2G、3G及WLAN等相关的覆盖工程，所以在对TD-LTE进行覆盖改造时，要用新的天馈系统与原来旧的天馈系统共同构成双通道式MIMO覆盖。

4.3 设计方案

对于小区进行整体合路，所用到用到物理元器件有射频拉远单元（RRU）、耦合器、合路器、终端等，其整体合路的具体状态如下图5-1所示

其中，TD-LTERRU1安装于一楼机房，其设备输出为21.4dBm，通过合路器和耦合器的连接，最终与终端相连。

在整体合路完成后，接着要在各个楼层进行线路的总体布线，所用到的各项物理元器件为：功分器，合路器，耦合器、泄漏电缆。

在每个房间设置一个功分器，在一二层时，由于房间相当对较多，需要在走廊里增加一个耦合器，用来对各个房间里引出来的电缆进行耦合，降低功分器负担，然后合路到机房。在三四层，直接通过功分器連接到电缆上，最后合路得到机房。

4.4 系统的测试及分析

对用户面的平均时延进行测试，如下图5-2所示：

用户面的平均时延进行测试，其ping值测试用户面平均时延30ms，丢包率为0，在很短的时间内就能得到后台的回应，状态良好。

5. 结语

本文从室内分布系统在实际运用中的角度出发，选取了某小区作为案例，选择各种合适的物理元件如天线、功分器、耦合器等进行组网建设，并对工程设计内容进行了说明如：小区规划、天线口功率规划、信源的选取、传播损耗的计算、室分天馈系统的选择。在整个工程建设完成后，对用户面平均时延进行了测试。

参考文献：

[1]Erik Dahlman，4G LTE： LTE-Advanced for Mobile Broadband[M]，北京：人民邮电出版社，2012

[2]陈聃琦，周元元，龙春梅.TD-LTE系统中室内分布系统建设研究[J].电子科学技术，2017，04（05）：90-94.

[3]Erik Dahlman，4G LTE： LTE-Advanced for Mobile Broadband[M]，北京：人民邮电出版社，2012.

[4]吴艳.TD-LTE室内分布系统设计方案研究[J].电子科学技术，2016，03（06）：739-741.

[5]刘洋.TD-LTE室内分布系统规划设计思路和方法解析[J].电子世界，2015，（22）：47-48.

[6]于常庆.高层楼宇Td-LTE室内分布系统设计与优化[D].山东大学.2015.

作者简介：刘艳，河南新乡人，助教，硕士，研究方向为移动通信;屈秀敏，河南新乡人，助教，硕士，研究方向为控制算法、电气控制等。