LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案研究[圖]

0 前言

LTE是由3GPP主導(dǎo)的新一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步扁平化，被視作從3G向4G演進(jìn)的主流技術(shù)。

LTE網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于能夠更好地提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，國(guó)內(nèi)外3G業(yè)務(wù)的發(fā)展規(guī)律表明，70%的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中，作為解決室內(nèi)覆蓋的主要方式，LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)成為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。LTE引入MIMO多天線技術(shù)作為一項(xiàng)必選技術(shù), 其實(shí)質(zhì)是充分利用空間信道的多徑，將用戶數(shù)據(jù)流分解為多個(gè)并行的數(shù)據(jù)流進(jìn)行發(fā)送和接收，有效提高系統(tǒng)容量和小區(qū)峰值速率。因此，在LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中如何引入MIMO將是運(yùn)營(yíng)商需要考慮的一個(gè)重要問題。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)概述

1.1 室內(nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

室內(nèi)分布系統(tǒng)是LTE室內(nèi)覆蓋的重要實(shí)現(xiàn)方式，典型的室內(nèi)分布系統(tǒng)組網(wǎng)形式如圖1所示。

室內(nèi)分布系統(tǒng)主要由信源和信號(hào)分布系統(tǒng)組成，信源可以分為宏基站、微蜂窩基站、分布式基站、射頻直放站、光纖直放站等。信源需結(jié)合室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋區(qū)域分擔(dān)的業(yè)務(wù)類別、容量等因素進(jìn)行選取。信號(hào)分布系統(tǒng)主要包括無源分布系統(tǒng)、有源分布系統(tǒng)、泄漏電纜分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)及混合分布系統(tǒng)等，信號(hào)分布系統(tǒng)需綜合考慮覆蓋面積、建筑結(jié)構(gòu)等因素來選取合適的分布系統(tǒng)形式。

1.2 室內(nèi)覆蓋天線類型

目前2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)中最常用的天線類型是單極化全向吸頂天線，同時(shí)，隨著移動(dòng)通信天線技術(shù)的發(fā)展和室內(nèi)業(yè)務(wù)覆蓋需求的增長(zhǎng)，雙極化全向吸頂天線也得到了越來越多的關(guān)注。雙極化全向吸頂天線組合了2副極化方向相互正交的天線并同時(shí)工作在收發(fā)雙工模式下，在室內(nèi)覆蓋中實(shí)現(xiàn)空間分集和空間復(fù)用時(shí)，全向雙極化天線方式要比全向單極化天線方式更加節(jié)省安裝空間，而且根據(jù)目前產(chǎn)品的仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果，使用雙極化天線的MIMO與使用單極化天線的MIMO性能基本一致。不過，目前全向雙極化天線產(chǎn)品還不是非常成熟。

1.3 LTE室內(nèi)分布建設(shè)模式分析

LTE室內(nèi)分布建設(shè)可分為2種模式。模式一：?jiǎn)瓮ǖ滥Ｊ�，即LTE基站僅輸出一路，下行形成 1×2 SIMO系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求不高的樓宇，在LTE室分建設(shè)時(shí)可以優(yōu)先考慮該模式以實(shí)現(xiàn)覆蓋。模式二：雙通道模式，即通過兩路獨(dú)立饋線和天線構(gòu)成2×2 MIMO系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的熱點(diǎn)地區(qū)，可通過引入雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)，以體現(xiàn)MIMO雙流對(duì)系統(tǒng)容量的提升，提高用戶感知度。雙通道模式既可以采用單極化天線也可以采用雙極化天線實(shí)現(xiàn)。

通過對(duì)典型室內(nèi)環(huán)境下LTE系統(tǒng)3個(gè)用戶的2×2 MIMO與1×2 SIMO的性能進(jìn)行測(cè)試，得到如表1所示結(jié)果。

從測(cè)試結(jié)果來看，開啟雙通道后，小區(qū)吞吐量對(duì)比單通道會(huì)有較大提升。

a） 近點(diǎn)雙流具有一倍的增益。

b） 中點(diǎn)具有50%左右的增益。

c） 遠(yuǎn)點(diǎn)基本無增益。

因此，在進(jìn)行LTE MIMO部署時(shí)，應(yīng)綜合考慮覆蓋區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)需求、建設(shè)和改造難度，選擇合理的MIMO部署方案。

2 LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案

在考慮LTE室分覆蓋方案時(shí)，可以采取2種思路：LTE獨(dú)立建設(shè)或者LTE利舊2G/3G網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)。從投資效益最大化的角度來說，運(yùn)營(yíng)商在應(yīng)用一項(xiàng)新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)，往往都希望能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源來部署建設(shè)，但同時(shí)也要注意到，利舊2G/3G網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)帶來施工難度的增加，并有可能造成幾張網(wǎng)絡(luò)無法獨(dú)立進(jìn)行規(guī)劃和優(yōu)化，從而增加后期網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)的復(fù)雜度。因此，到底是選擇獨(dú)立建設(shè)還是選擇充分利舊，運(yùn)營(yíng)商需要從自身網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況出發(fā)，全面衡量、評(píng)估各種建設(shè)和改造方案優(yōu)缺點(diǎn)。

目前，室內(nèi)分布系統(tǒng)天線多為全向單極化天線，饋線為單通道。因此，在引入LTE時(shí)，可能會(huì)面臨以下幾個(gè)方面的選擇。

a） 使用單通道還是雙通道。

b） 獨(dú)立建設(shè)天饋還是利舊。

c） 使用單極化天線還是雙極化天線。

基于這些因素，筆者制定了以下6種室分建設(shè)方案。

2.1 LTE單通道獨(dú)立建設(shè)方案

單通道獨(dú)立建設(shè)方案是指在原2G/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，LTE采用單通道設(shè)置，新增1路饋線、射頻器件和天線，不實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，采用獨(dú)立的天饋系統(tǒng)，如圖2所示。

由于LTE室分與2G/3G室分物理上完全隔離，因此在建設(shè)和改造過程中均不會(huì)影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行，而且可以對(duì)LTE系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行規(guī)劃優(yōu)化。由于單通道的性能不如雙通道系統(tǒng)，因此該方案適用于非熱點(diǎn)區(qū)域。

2.2 LTE與2G/3G單通道共用建設(shè)方案

單通道共用建設(shè)方案是指LTE采用單通道設(shè)置，使用1路射頻單元，不實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G共用天饋系統(tǒng)，如圖3所示。

LTE與現(xiàn)有2G/3G系統(tǒng)共用室分系統(tǒng)，不會(huì)增加天線數(shù)量，不容易引起業(yè)主抵觸，而且節(jié)省饋線投資。在分布系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需要更換現(xiàn)有室分系統(tǒng)中所有射頻器件和天線以支持LTE頻段，改造成本高，合路引入的插入損耗可能對(duì)現(xiàn)有室分系統(tǒng)的性能有一定影響。同樣，由于單通道的性能不如雙通道系統(tǒng)，因此該方案適用于非熱點(diǎn)區(qū)域。

2.3 LTE雙通道單極化天線獨(dú)立建設(shè)方案

雙通道單極化天線獨(dú)立建設(shè)方案是指LTE采用雙通道設(shè)置，使用2路射頻單元，實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G獨(dú)立建設(shè)，采用獨(dú)立的天饋系統(tǒng)且LTE每路射頻通過單極化天線的方式進(jìn)行覆蓋，如圖4所示。

在該方案中，為L(zhǎng)TE獨(dú)立建設(shè)室分系統(tǒng)，需要增加2路饋線和2套無源器件（包括功分器和耦合器等），由于LTE需要2路射頻且通過單極化天線實(shí)現(xiàn)，因此需要增加2倍的天線數(shù)量。由于LTE室分與2G/3G室分物理上完全隔離，因此在建設(shè)和改造過程中不會(huì)影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)的獨(dú)立規(guī)劃優(yōu)化。且實(shí)現(xiàn)雙通道MIMO，能夠帶來較好的用戶體驗(yàn)與容量。但是，該方案完全不能利舊原有室分系統(tǒng)，造價(jià)較高。同時(shí)，新增2套天線需要占用大量天花板的天線安裝空間，容易導(dǎo)致業(yè)主的抵觸。

2.4 LTE與2G/3G雙通道單極化天線共用建設(shè)方案

雙通道單極化天線共用建設(shè)方案是指LTE采用雙通道設(shè)置，使用2路射頻單元，實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G共用分布系統(tǒng)，LTE的一路射頻與2G/3G共用1套天饋系統(tǒng)，另一路射頻使用單獨(dú)的天饋系統(tǒng)，LTE 2路射頻通過單極化天線的方式進(jìn)行覆蓋，如圖5所示。

此方案需要對(duì)原2G/3G分布系統(tǒng)的器件進(jìn)行改造（包括無源器件和天線）以支持LTE頻段的要求。同時(shí)，在增加合路后，可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)造成影響，而且需要新增1個(gè)天線端口，增加天線的占用空間。

2.5 LTE雙通道雙極化天線獨(dú)立建設(shè)方案

雙極化天線獨(dú)立建設(shè)方案是指LTE采用雙通道設(shè)置，使用2路射頻單元，實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G獨(dú)立建設(shè)，采用獨(dú)立的天饋系統(tǒng)且LTE 2路射頻通過雙極化天線的方式進(jìn)行覆蓋，如圖6所示。

在該方案中，LTE獨(dú)立建設(shè)室分系統(tǒng)，需要增加2路饋線和2套無源器件（包括功分器和耦合器等），由于通過雙極化天線實(shí)現(xiàn)，因此只需增加1倍的雙極化天線數(shù)量。這種方案在建設(shè)和改造過程中不影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)的獨(dú)立規(guī)劃優(yōu)化，且實(shí)現(xiàn)MIMO，能夠帶來較好的用戶體驗(yàn)與容量。

2.6 LTE與2G/3G雙通道雙極化天線共用建設(shè)方案

雙通道雙極化天線共用建設(shè)方案是指LTE采用雙通道設(shè)置，使用2路射頻單元，實(shí)現(xiàn)MIMO，在室內(nèi)分布建設(shè)中與2G/3G共用分布系統(tǒng)，LTE的一路射頻與2G/3G共用1套天饋系統(tǒng)，另一路射頻使用單獨(dú)的天饋系統(tǒng)，LTE 2路射頻通過雙極化天線的方式進(jìn)行覆蓋，如圖7所示。

此方案中，其中一路LTE需要單獨(dú)建設(shè)天饋系統(tǒng)，新增1路饋線和1套無源器件（包括功分器和耦合器等），同時(shí)將原室分天線更換為雙極化天線。另外，需要對(duì)原2G/3G分布系統(tǒng)的器件進(jìn)行改造（包括無源器件和天線）以適應(yīng)LTE頻段的要求。這種方案需要改造現(xiàn)有室分系統(tǒng)，增加合路后可能會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的性能造成影響，但實(shí)現(xiàn)MIMO，能夠帶來較好的用戶體驗(yàn)與容量。

2.7 LTE室內(nèi)分布建設(shè)方案建議

通過以上LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案的對(duì)比分析，可以看到，如果采用共用原2G/3G室分方式建設(shè)，現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)中的器件均需要進(jìn)行改造（包括無源器件和天線）以適應(yīng)LTE頻段的要求，其實(shí)并不能達(dá)到利舊的目的。因此建議，對(duì)于室內(nèi)業(yè)務(wù)量需求較高的熱點(diǎn)區(qū)域，可優(yōu)先考慮雙通道獨(dú)立建設(shè)方案，非熱點(diǎn)區(qū)域優(yōu)先考慮單通道獨(dú)立建設(shè)方案，對(duì)于天線類型的選擇，則應(yīng)該根據(jù)安裝空間和業(yè)主的實(shí)際情況進(jìn)行考慮。

3 結(jié)束語

建設(shè)LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮覆蓋區(qū)內(nèi)的業(yè)務(wù)需求、原有2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的現(xiàn)狀，選擇合理的建設(shè)方案。本文給出了LTE室內(nèi)覆蓋的多種天饋系統(tǒng)建設(shè)方案，并對(duì)各種方案的特點(diǎn)進(jìn)行了分析討論，可以為今后的LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)部署提供重要的決策參考。

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作者：薛楠 文博 吳瓊 來源：郵電設(shè)計(jì)技術(shù)