TD-SCDMAtdlte室内覆盖链路预算

TD-LTE室内覆盖链路预算

目录

1 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1. 1 链路预算概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.2 TD-LTE网络概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1.3 TD-LTE室内分布系统概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

2 TD-LTE室内覆盖组网方案介绍. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2

2. 1 分布式系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2. 1. 12G传统方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2. 1.23G和TD-LTE主流方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

2.2 泄漏电缆系统. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2.3 特殊场景的PICOENODEB、 PICORRU和FEMTO ENODEB. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

2.4 TD-LTE室分系统的特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

3 TD-LTE室内无线传播模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

3. 1 空间的电磁波传播. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

3.2 KEENAN-MOTLEY室内传播模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

3.3 ITU M.2135模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3.4 ITU-R P. 1238模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7

3.5 各模型计算结果对比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

4 覆盖分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

4. 1 TD-LTE与TD室内链路预算对比. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

4. 1. 1上行链路预算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

4. 1.2下行链路预算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

4.2 TD-LTE覆盖指标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

4.3 链路预算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

4.4 TD-LTE覆盖半径. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.5 天线口功率测算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.6 天线口输出功率规划. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

4.7 信源功率匹配测算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.7. 1一级合路功率匹配预算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

4.7.2二级合路功率匹配预算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

1 概述

1.1 链路预算概述

无线链路预算是移动通信网络无线规划中的重要内容。室外链路预算目标就是在满足业务质量需求的前提下计算出信号在传播中的允许最大路径损耗系统链路预算然后根据合适的传播模式计算出到基站的覆盖范围。室内分布系统链路预算分为有线传输部分和无线传输部分根据信号边缘场强的要求在一定的覆盖半径下选择合适的室内传播模型计算出分布系统中天线口功率的大小通过合理功率分配最终达到室内覆盖要求。

1.2 TD-LTE网络概述

市场需求永远是技术革新的源动力。移动互联网的快速发展推进了TD-LTE标准的制定和成熟。与传统的GSM、 TD-SCDMA系统相比 TD-LTE的物理层配置显得更加灵活OFDM技术取代传统的CDMA技术也让TD-LTE更适应宽带化的发展性能上 TD-LTE将支持传统无线通信系统无法比拟的高速数据业务。毫不夸张地说 TD-LTE带来了移动无线数据通信的革命。

在中国 目前已规划的TD-LTE网络的工作频段为2.3GHz和2.5GHz两个频段相比GSM和TD-SCDMA系统 TD-LTE的空间以及穿透损耗更大由于地形、建筑等因素影响室外无缝覆盖更困难在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。 同时 TD-LTE性能的发挥需要需要环境有更好的SINR值。因此建设高质量的TD-LTE的网络需要。

1.3 TD-LTE室内分布系统概述

室外无线网络信号在大型建筑物的低层、地下商场和停车场等环境 由于过大的穿透损耗形成了网络的盲区和弱区在建筑物的中间楼层 由于来自周围过多基站信号的重叠产生乒乓效应是网络的干扰区在建筑物的高层 由于受基站天线的高度限制产生孤岛效应是网络的盲区。另外在有些建筑物内用户密度大基站信道拥挤是网络的忙区。建筑物电磁环境模型如图1-1所示

图1-1 建筑物电磁环境模型

移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。 网络覆盖、 网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平是所有网络优化工作的主题。由于室外宏覆盖很难满足室内用户的服务需求并且TD-LTE又是一个数据网络而数据业务绝大部分是发生在室内环境中 因此我们更期望在建筑物内采用室内分布系统来解决其网络覆盖和移动互联网需求提高用户感知度。

室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。其原理是利用室内覆盖式天馈系统将基站的信号均匀分布在室内每个角落从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。

2 TD-LTE室内覆盖组网方案介绍

目前常用的室内覆盖组网方案主要是分布式系统它又包括以下4类

1. 宏蜂窝分布式系统

2. 微蜂窝分布式系统

3. 直放站分布式系统

4. BBU-RRU分布式系统

前3类在传统的2G网络比如GS M室内覆盖中应用最为普遍第4类则成为3G网络室内覆盖比如TD-SCDMA的主流。

对于一些特殊场景 比如隧道、长廊等还可以采用泄漏电缆系统方式。

对办公类环境新型室内覆盖解决方案还有PicoNodeB、 PicoRRU对于家庭用户和室内数据业务热点区域还可以考虑Femto覆盖方式。

TD-LTE支持上述所有的组网方案。当然 BBU+RRU+室内分布系统的组网方式由于其性能、成本、施工、灵活性等各方面的优势突出依然成为LTE系统室内覆盖解决方案的首选。

2.1 分布式系统

该方式为基站信号通过无源器件进行分路经由馈线将无线信号分配到每一付分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上从而实现室内信号的均匀分布。在某些需要延伸覆盖的场合使用干线放大器对输入的信号进行中继放大达到扩大覆盖范围的目的。

该系统主要包括射频同轴电缆、功分器、耦合器、 电桥、天线等器件。

2.1.1 2G传统方式

在2G系统最普遍的室内覆盖解决方案包括宏基站无源有源分布式系统方案、微蜂窝无源有源分布式系统方案、直放站无源有源分布式系统方案 由于技术的革新这些传统的解决方案在3G系统中已使用较少取而代之的是BBU-RRU无源分布式系统。在TD-LTE系统中主流的解决方案仍然是BBU-RRU无源分布式系统。

2.1.2 3G和TD-LTE主流方式

该方式信号源为由RRU Radio Remote Unit和BBU Base Band Unit组成。 RRU与BBU分别承担基站的射频处理部分和基带处理部分各自独立安装分开放置通过电接口或光接口相连接形成分布式基站形态。它能够共享主基站基带信道资源根据话务容量的需求随意更改站点配置和覆盖区域。

在3G网络中大规模采用的BBU+RRU方案它与传统方式的优势在于

1. BBU和RRU之间采用光纤连接减少馈线损耗。

2. 室内分布系统中根据不同的面积需要采用不同数目的通道采用BBU+RRU组网

BBU可以灵活连接多个RRU方便灵活组网。当BBU连接多个RRU时 RRU可以尽

量靠近天线减少馈线损耗。

3. BBU的基带容量充分共享适应话务分布不均匀的场景并且可以提高系统稳定

性。

4. 小型的BBU RRU都可以实现挂墙安装方便室内覆盖的工程应用。

5. 由于BBU RRU之间采用光纤连接可以将多个RRU放置在附近的多个建筑物中

方便组网并且降低组网的成本。

6. 通过工程设计 BBU+RRU解决室内覆盖时可以不采用干放从而避免干放的引

入对系统造成的干扰。

由于该组网方式优势明显在TD-LTE系统的室内覆盖解决方案中它依然是我们解决覆盖的首选方案。在TD-LTE系统中 RRU实际上只是eNodeB的一种类型是对常用eNodeB信号覆盖的一种深层应用对室分系统天馈组网没有明显的变化。组网示意图如图2-1所示

图2-1 RRU分布系统

2.2 泄漏电缆系统

该方式为基站信号通过泄漏电缆直接覆盖。泄漏电缆具有均匀的带状孔集信号发射和接受于一体。该系统主要包括基站、干线放大器、泄漏电缆其优点是覆盖狭长区时信号覆盖均匀适用于隧道、长廊、 电梯井等特殊区域。缺点是造价高。

2.3 特殊场景的PicoeNodeB、 PicoRRU和Femto eNodeB

PicoeNodeB、 PicoRRU可应用于办公类环境室内覆盖解决方案。其核心是小功率的PicoRRU设备的广泛部署和应用。该方案节省发射功率、方便安装、适合多系统共存设计 同时还具有成本低、覆盖大、方便升级扩容的优势。

Femto eNodeB可应用于家庭类环境室内覆盖解决方案。其优势在于没有站址选取和建设维护方面的投入大大降低运营商在网络建设方面的投资。

需要说明的是对于办公环境和家庭环境的室内覆盖 目前我们的主流解决方案依然是BBU+RRU。

2.4 TD-LTE室分系统的特点

与传统的GSM室内分布系统和TD-SCDMA室内分布系统相比TD-LTE室内分布系统的一些差异值得我们在规划和建设中重点关注。

1. 工作频段带来的差异

目前 GSM系统采用900MHz和1800MHz两个频段 TD-SCDMA系统工作在1.9G和2G频段。 TD-LTE已规划2320-2370MHz用于室内覆盖建设。无线通信系统工作频段不同造成它们在室内分布系统中的馈线损耗、穿透损耗及空间传播损耗计算的差异。工作频段越高其路径损耗就越大。 以1/2和7/8馈线的100米损耗为例

天线口1米处各频段空间传播损耗如下

因此在LTE室内覆盖中我们更需要考虑好路径损耗偏大对全局规划和覆盖效果的影响合理规划好RRu输出功率和各个天线口输出功率。

2. 异系统干扰的考虑

在中国规划的TD-LTE的工作频段与WLAN系统非常接近因此不同于GSM和TD-SCDMA系统 WLAN系统成为了TD-LTE干扰分析最主要的对象。在工程设计和建设中为了保证服务质量就要采取有效手段尽量规避TD-LTE与其他系统的系统间干扰特别是与WLAN系统的系统间干扰。

3. AMC技术引入带来的差异

AMC技术的引入最早是在HSPA系统中。 由于AMC技术的引入使得信号质量好的区域的用户感知度明显好于信号质量差的区域的用户感知度 因此对采用了AMC技术的TD-LTE系统来说如何提升覆盖区域特别是室内覆盖的边缘区域的SINR在LTE室内覆盖中需要重点考虑。

4. 下行MIMO技术引入带来的差异

多天线技术在TD-LTE室内覆盖其主要应用有 SU-MIMO、 MU-MIMO、 Diversity。其中在理论上能使单用户最大吞吐量和小区最大吞吐量翻倍也直接影响网络建设成本的就是SU-MIMO。

下行MIMO 多输入多输出技术的引入是采用BBU+RRU组网的LTE室内分布系统与GSM室内分布系统和TD-SCDMA室内分布系统最大的区别。 LTE为了实现SU-MIMO要求其不同通道的输出信号覆盖同一区域。这就要求在设计和施工中对同一区域至少要传输2条不同通道的信号。 SU-MIMO技术的使用给室内分布系统建设提出了更复杂的要求。

5. 空分复用技术引入带来的差异

空分复用技术是利用空间隔离将用户分割构成不同的通道根据用户在不同通道上的功率电平值计算用户间的隔离度选择隔离度足够大的用户进行无线资源重用从而提高系统总吞吐能力。

在没有建设双路室分系统的场景各RRU通道覆盖区域应合理规划之间的隔离度应尽可能的高利于空分复用技术的使用

3 TD-LTE室内无线传播模型

3.1 空间的电磁波传播

当电磁波在自由空间传播时其路径可认为是连接收发信机的一条射线可用Ferris公式计算自由空间的电磁波传播损耗

Pr/Pt=Gt*Gr*/4R2 

式中

Pr是接收功率

Pt是发射功率

Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益

R是收发信机之间的距离功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。上面公式可以用对数表示为

Ploss=Gr+Gt+20log(4R/)

式中

Ploss指发射机发射信号电平—接收机接收信号电平

Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益dB 

R是收发天线之间的距离

λ是波长。

3.2 Keenan-Motley室内传播模型

研究表明影响室内传播的因素主要是建筑物的布局、建筑材料和建筑类型等具有两个显著的特点其一室内覆盖的面积小的多其次室内传播环境变化更大。