IMP：TD_LTE室内分布设计改造分析

1、【摘 要】文章首先对TD-LTE未来的频谱规划、不同室内场景下单天线的覆盖能力、系统间的干扰进行了分析。在此基础上,根据现有多系统室内分布系统分缆或合缆类型的不同,分别提出了单通道和多通道模式改造的方案及策略,对于今后TD-LTE室内系统的改造有一定的指导意义。【关键词】TD-LTE 室内分布系统 MIMO 单通道 多通道收稿日期:2011-01-13TD-LTE室内分布设计改造分析肖清华 朱东照 华信邮电咨询设计研究院有限公司1 前言TD-LTE 1网络的优势在于能够更好地支持高速数据与多媒体业务,而国内外3G业务的发展规律表明,视频电话、流媒体等高速数据业务70%都发生在室内环境中。作为解

2、决室内覆盖的主要方式,TD-LTE室内分布系统势必成为TD-LTE网络建设的重心。此前,笔者曾就如何建设TD-SCDMA室内分布系统给出了新建和改造的建议2,内容涉及小、中、大型TD-SCDMA室内分布的建设。但由于TD-LTE引入了MIMO(Multiple Input Multiple Output,多入多出技术,它一方面能够有效提高系统容量和小区吞吐量,另一方面又将提高工程实施的难度,使得TD-LTE的室内分布建设要比TD-SCDMA难得多。在现有多系统合建的室内分布系统中,如何进一步将TD-LTE集成,也日益成为移动运营商关注的焦点。2 频率规划由于T D -L T E 尚未商用,工信

3、部并未分配正式的频段。结合3GPP TS36.1043以及在国内试验网的测试状况,可初步得出TD-LTE未来的工作频段,主要包括C频段(2320MHz2370MHz和D频段(2575MHz2615MHz,如图1所示:图1 TD-LTE工作频段频道号分别是:F DL =F DL_low +0.1(N DL -N Offs-DL F UL =F UL_low +0.1(N UL -N Offs-UL 在浙江宁波TD-LTE试验网中,采用C频段的20MHz载波带宽,2320MHz2340MHz的单个频点F0用于室内,2340MHz2370MHz共30MHz用于室外。其中2340MHz2360MHz的

4、单个频点F1用于广覆盖,并同频 组网,如图2所示:图2 宁波试验网的同频组网策略而上海世博会则统一考虑室外工作在D频段,室内工作在C频段。由于2300MHz2400MHz为TD-SCDMA的E频段,且规划为室内使用,考虑到今后室内分布合建及改造的便利性与经济性,可能会更趋向于C频段用于室内,而D频段用于室外,如表1所示:表1 TD-LTE频率规划频段载波带宽应用场景C频段2320MHz2370MHz 20MHz 室内D频段2575MHz2615MHz20MHz室外3 传播模型及干扰对于室内传播模型,目前业界比较推崇I T U -R.P.1238模型。该模型把室内场景分为视距(LOS和非视距(N

5、LOS两种,所用公式分别为:PL LOS =20lg f +20lg d -28dB+X (1PL NLOS =20lg f +N *lg d +L F(n -28dB+X (2其中,f 为频率,单位为MHz;d 为终端与发射机之间的距离,单位为m,d >1m;N 为距离损耗系数;L F(n 为环境损耗附加值;X 为慢衰落余量,取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关。由此可知,只要确定了各种典型场景下的L F(n 、N 、X 、发射天线增益G t 、发射天线入口电平P t 、最小接收电平P r 等参数,即可得出典型场景下的覆盖能力,如表2所示:需要说明的是,TD-LTE与其它系统不同,

6、其覆盖能力与业务的RB配置、小区承载用户数、频率复用系数、发射功率、GP配置和PRACH配置等相关。为表述方便,本文统一以功率进行核算。在实际的多系统室内分布建设时,应该尽量保证“同心圆”覆盖,即各系统单天线下的覆盖范围尽量相近。但由于频段的差异性,TD-LTE与其它系统还是存在一定差距,如表3所示。这体现在系统集成时,TD-LTE 需要更多地依靠后端合路的方式。 除此之外,在系统合路时,还需要考虑系统间存在的干扰,包括杂散、阻塞及互调。这方面的具体要求可参见笔者之前的研究4,限于篇幅,在此只罗列相关结 论,详见表4:表2 TD-LTE单天线覆盖参考半径典 型 场 景P t (dBmP r (

7、dBmG t(dBi环境损耗附加值(dB慢衰落余量(dB距离损耗指数(dB单天线覆盖半径(m写字楼8-852207287 商场超市8-852* 会展中心8-852* 会议中心8-852* 室内体育场馆8-852* 民航机场8-852* 宾馆酒店8-85222728 6 娱乐场所8-85222728 6 地下停车场8-852* 电梯8-85102572216注:根据试验网的经验数据,建议取TD-LTE天线出口功率为8dBm10dBm。表3 不同系统室内分布的链路损耗无线系统TD-SCDMA CDMA WCDMA GSM DCS1800PHS WLANTD-LTE天线出口功率(dBm05-5305

8、-53-538121015810发射功率(dBm2733333740241533边缘信号电平(dBm-85-85-85-85-85-71-75-80最大允许路径损耗(dB1121181181221259590113表4 TD-LTE与其它系统的干扰要求(dB系统杂散干扰阻塞干扰互调干扰最终干扰TD-LTE与GSM12.23 38.02 0.00 38.02TD-LTE与DCS12.23 46.02 0.00 46.02 TD-LTE与CDMA12.23 30.02 0.00 30.02 TD-LTE与WCDMA14.00 59.87 0.00 59.87 TD-LTE与TD-SCDMA20.9

9、9 61.02 0.00 61.02实际使用的合路器或POI(Point of Interface,多系统合路平台,带外抑制能力一般都能达到80dB以上,满足TD-LTE与其它系统并网建设的要求。4 MIMO模式及改造4.1 MIMO模式由于MIMO多天线发送接收的信号既可以来自多个数据流,也可以来自一个数据流的多个版本,涉及空间分集、波束赋形、空间复用和空分多址等种类。因此,从实际建网角度出发,既可以考虑采取单通道模式,也可以采取多通道模式。单通道模式:通过合路器将TD-LTE系统馈入现有室内分布系统。多通道模式:将TD-LTE一路通道通过合路器馈入现有室内分布系统,另外再新增一路单独通道。

10、根据使用天线极化性质的不同,双通道可分为双通道单极化与双通道双极化。前者每路通道均使用单极化天线,改造后的天线数量翻倍;而后者采用一副双极化天线替换两副单极化天线,天线数量与单通道模式一致。两者的区别详见表5:表5 TD-LTE室内分布系统改造模式改造优点缺点单通道模式改造量小,施工成本低,能够提高终端峰值速率无法提升系统容量双通道模式在提高终端峰值速率的同时,也能提升系统容量改造量较大,施工难度高仿真表明,在采用多通道单极化模式时,如果双通道天线的间距较小,会导致信道角度扩散较大,信道相关性较小,如图3所示:图3 不同角度扩散下信道相关性与天线距离的关系实际配置室内天线时,建议两副单极化天线

11、距离不小于3(为波长。在此前提下,测量的单通道和双通道小区吞吐量如图4所示:图4 单双通道小区吞吐量测试由此可见,相比单通道而言,TD-LTE双通道的小区吞吐量在不同的场景下均有60%以上的提升;但对无线环境比较敏感,波动幅度较大。为此,对室内分布的不 同场景,采取改造的原则建议如表6所列:表6 TD-LTE进行MIMO改造的原则典型场景MIMO改造写字楼建议商场超市不建议会展中心建议会议中心建议室内体育场馆建议民航机场建议宾馆酒店考虑娱乐场所考虑地下停车场不建议电梯不建议4.2 改造方案鉴于现有室内分布系统或采用上下行合缆,或采用上下行分缆的布线方式,改造方案也需因地制宜。由于单通道模式改造

12、量不大,在此不作过多表述,下文将主要对双通道模式进行探讨。(1现有室内分布系统采用上下行合缆1双通道单极化改造图5 TD-LTE上下行合缆的双通道单极化改造将T D-L T E的一个通道采用末端合路的方式与原分布系统合路,另外再单独新增一个TD-LTE通道及一副单极化天线来实现SU(Single User,单用户-MIMO。此方案改造难度相当于新建一套室分系统,改造量较大,工程成本较高,新增天线与原有天线存在距离上的要求。2双通道双极化改造图6 TD-LTE上下行合缆的双通道双极化改造将TD-LTE的一个通道与原系统末端合路,并单独新增一个TD-LTE通道,将原天线更换为双极化吸顶天线,实现S

13、U-MIMO。此方案仅需更换天线类型,无需增加天线布设,大大降低工程施工量,但工作量仍等同于新建一套分布系统。(2现有室内分布系统采用上下行分缆考虑到双通道对无线环境的敏感性,如果对数据速率要求不高,改造方案可以充分利用现有的上下行分缆,以减少施工难度,否则建议增加新的通道。总体考虑如下:1双通道单极化的利旧现缆改造(图7将TD-LTE MIMO的两个通道信号分别与分缆方式室分系统的Tx(Transmit,发送端与Rx(Receive,接收端进行末端合路。此方案无需对现有室内分布系统进行任何改动,成本较低,但Rx一路在TD-LTE上行时隙 受多系统下行信号影响,互调干扰比较严重。图7 TD-L

14、TE上下行分缆的双通道单极化利旧现缆改造参考文献1胡宏林,徐景. 3GPP LTE无线链路关键技术M. 北京: 电子工业出版社, 2008.2肖清华,楼隼,疏俊,等. 新建和改造环境下的TD-SCDMA室内分布系统J. 通信世界,2008(18.33G P P T S 36.104 V 9.4.0, 3r d Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Networks; Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA; Base Sta

15、tion(BS radio transmission and ReceptionS. 2010.4肖清华,朱东照. 共建共享模式下TD-LTE与其它系统的干扰协调J. 移动通信,2011,35(6. 【作者简介】肖清华:高级工程师,博士毕业于浙江大学,现任华信邮电咨询设计研究院有限公司网研院副总工程师。一直从事无线网络规划与设计,在3G移动通信领域的网络规划、优化、工程设计方面有丰富的经验。已发表论文数十篇,出版专著一本。朱东照:教授级高工,政府特殊津贴获得者,硕士毕业于清华大学,现任华信邮电咨询设计研究院有限公司副总经理。一直从事移动通信网络的咨询、规划、设计和优化工作。发表论文十余篇,出版专著一 本。2双通道单极化的新增通道改造(图8将TD-LTE的一个通道采用末端合路的方式合路于下行Tx分缆,另外单独新增一路TD-LTE通道及一副单极化天线。此方案与前一方案相比,系统间干扰较小,但系统改造量较大,成本较高。3双通道双极化改造(图9将TD-LTE的一个通道采用末端合路方式合路于下行Tx分缆,另外单独新增一路TD-LTE通道。将原Tx的单极化天线更换为双极化天线,分别接入两路TD-LTE通道中。 此方