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颜涛:浅析TD-LTE室内分布共系统覆盖与建设  

2011-08-16 15:17:12|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                                                                                          独家供稿:移动Labs

                                                                                颜 涛           杨 钰

                                                (中国移动通信集团山西有限公司太原分公司 太原 030001)

  【摘要】 本文系统提出了TD-LTE室内分布系统规划设计思路,并针对TD-LTE室内干扰、链路预算、容量评估、覆盖性能和组网模式选择等关键环节进行了具体解析。其中共分布系统干扰分析更是分别针对不同组网方式提出了不同的规划方法,并与TD-SCDMA、GSM900/1800、WLAN的覆盖性能和链路预算进行了横向对比,可有效指导TD-LTE共室内分布系统规划设计,对TD-LTE室内网络建设有较好的指导作用。

  【关键词】 TD-LTE室内分布系统 干扰隔离度 覆盖链路预算

  引言

  随着3GPP LTE(长期演进)技术的标准化接近完成,LTE的研发和产业化已经进入到关键阶段。我国和国际上的主要移动通信厂商均已开发出TD-LTE或FDD LTE研发样机,并基于这些样机进行了一系列概念验证测试。LTE作为高速数据业务的承载网络,数据业务主要发生在室内,所以在LTE时代室内覆盖是整体无线网络的重要组成部分,建设室内分布系统主要吸收话务量,为高速数据业务提高稳定、高质量的无线信号,提升用户感知,增强用户粘性。在四网融合的业务发展背景下,GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN具备不同的覆盖能力和业务场景,将长期共存。多技术室内分布系统的设计需要统筹考虑,如何使分布系统资源得到充分、合理地利用,避免重复建设、重复施工以及系统间相互干扰影响。

  2、多技术共用分布系统建设总体原则

  室内分布系统使用双路建设方式能充分体现MIMO上下行容量增益,在TD-LTE规模试商用网工程中应根据物业点具体情况综合考虑业务需求、改造难度等因素,分别选择适当比例的新建、改造场景部署双路室分系统。

  TD-LTE室内分布系统建设应综合考虑GSM、TD-SCDMA、WLAN和TD-LTE共用的需求,并按照相关要求促进室内分布系统的共建共享。多系统共存时系统间隔离度应满足要求,避免系统间的相互干扰。

  TD-LTE与TD-SCDMA(E频段)共存时,应通过上下行时隙对齐方式规避系统间干扰。

  TD-LTE室内分布系统应按照“多天线、小功率”的原则进行建设,电磁辐射必须满足国家和通信行业相关标准。

  LTE共系统间干扰

  3.1 主要干扰分类

  3.1.1邻频干扰

  如果不同的系统工作在相邻的频率,由于发射机的邻道泄漏和接收机邻道选择性的性能的限制,就会发生邻道干扰;但这种不同系统分配邻频的情况比较少见,目前最有可能出现邻频干扰的为工作在同一频段的TD-LTE和TD-SCDMA系统;

  3.1.2杂散干扰

  由于发射机中的功放、混频器和滤波器等器件的非线性,会在工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量, 包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等;当这些发射机产生的干扰信号落在被干扰系统接收机的工作带内时,抬高了接收机的噪底,从而减低了接收灵敏度;

  3.1.3互调干扰

  互调干扰主要是由接收机的非线性引起的,后果也是抬高噪底,降低接收灵敏度。种类包括多干扰源形成的互调、发射分量与干扰源形成的互调和交调干扰;

  3.1.4阻塞干扰

  阻塞干扰并不是落在被干扰系统接收带内的,但由于干扰信号过强,超出了接收机的线性范围,导致接收机饱和而无法工作。

  3.2 LTE与其它系统间的干扰分析

  由于TD-LTE与TD-SCDMA都是TDD系统,需要区分两系统同步和不同步两种情况。当两系统上下行时隙完全同步时,只会出现基站与UE之间的干扰;根据仿真结果,此时干扰非常小,可以忽略;当两系统上下行时隙不同步时,除了以上干扰,还存在基站间的干扰和UE间的干扰,其中基站间的干扰最为严重;根据3GPPTD-LTE规范和中移最新的TD-SCDMA企标,两系统间所需的最小耦合损耗(MCL)如表1所示:

表1 两系统间所需的最小耦合损耗

杂散干扰

阻塞干扰

TD-S对TD-L

30dB

30dB

TD-L对TD-S

30dB

30dB


  可见,两系统保证30dB的MCL即可共站,由此计算的天线间距如表2所示(单独满足水平距离或垂直距离即可) :

  表2 LTE与TD天线隔离距离

 

水平距离

垂直距离

65度定向天线,平行放置

0.4m

0.17m

全向天线,增益11dBi

4.7m

0.17m

  如这两个系统共用一个双频或宽频天线,所用异频合路器的带外抑制也只需30dB即可。与GSM900/1800系统间的干扰由于TD-LTE为TDD系统,GSM900/1800为FDD系统,它们之间一直存在着基站到基站的干扰;根据3GPP的TD-LTE规范和GSM规范,两系统间所需的两系统间所需的最小耦合损耗(MCL)如表3所示:

  表3 两系统间所需的最小耦合损耗

 

杂散干扰

阻塞干扰

TD-LTE对GSM900/1800

28dB

35dB/43dB*

GSM900/1800对TD-LTE

81.2dB

33dB

  GSM900需35dB的MCL,GSM1800需43dB的MCL;

  可见,GSM对TD-LTE的杂散干扰为两系统间干扰的主导因素,需保证81.2dB的MCL才可共站,如在GSM基站发射输出增加滤波器,将其杂散功率抑制30dB,则天线间距可缩小,如表4所示:

  表4 GSM与LTE天线隔离要求

 

水平距离

垂直距离

65度定向天线,平行放置,增益18dBi

3.7m

0.5m

全向天线,增益11dBi

46m

0.5m

  WLAN工作于2400~2483.5MHz,为不需要License的ISM频段,而根据目前信息看,TD-LTE可能工作于2320~2370M,与WLAN尚有30M隔离带,不存在邻频干扰;由于WLAN和TD-LTE都为TDD系统,但上下行时隙不同步,它们之间一直存在着基站到基站的干扰;根据TD-LTE规范和WLAN规范,两系统间所需的最小耦合损耗(MCL)如表5所示:

  表5 LTE与WLAN最小耦合损耗

 

杂散干扰

阻塞干扰

TD-LTE基站对WLAN基站

86dB

66dB

WLAN基站对TD-LTE基站

86dB

42dB

  可见由于没有特殊保护,WLAN与TD-LTE间的杂散干扰为两系统间干扰的主导因素,需保证86dB的MCL才可共站;当两系统分用室分系统时,假设天线增益3dBi,LTE分布式系统的损耗为33dB,WLAN分布式系统的损耗为17dB,由此计算的天线间距,全向天线,增益3dBi,水平距离至少1M以上。

  在TD-LTE与WLAN共室分情况下,需用异频合路器合路两个系统,考虑到WLAN采用末端合路方式,TD-LTE到合路器的一个端口时已经衰减了16dB,因此合路器的隔离度只要达到90-16=74dB;可见在室内环境下,TD-LTE和WLAN可以通过异频合路器或分室分系统来实现所需要的隔离度。

  4、TD-LTE系统与其他系统的隔离要求

  当独立建设分布系统时,TD-LTE系统与其他系统的CDMA 1x、GSM900、DCS1800、CDMA EV-DO、WCDMA等系统的天线应保持1米以上的隔离距离;当共用分布系统时,通过选用隔离度满足合路器/POI满足系统隔离要求。

  4.1TD-LTE系统与其他系统(除TD-SCDMA(E频段)系统、WLAN系统)的隔离要求

  当不共用分布系统时,TD-LTE系统与GSM900、DCS1800、TD-SCDMA等系统的天线应保持1米以上的隔离距离;

  当共用分布系统时,通过选用隔离度满足上表要求的合路器/POI满足系统隔离要求。

  TD-LTE系统与TD-SCDMA(E频段)系统的隔离要求

  采用与TD-SCDMA(E频段)独立RRU时,通过电桥实现合路,并通过上下行时隙对齐方式规避系统间干扰。

  采用与TD-SCDMA(E频段)共模RRU时,需通过上下行时隙对齐方式规避系统间干扰。

  TD-LTE系统WLAN系统的隔离要求

  当TD-LTE与WLAN同区域覆盖时,应优先考虑WLAN与TD-LTE共室分系统组网,此时可以通过提高合路器的隔离度至88dB以上或采用WLAN末端合路方式,通过分布系统间的损耗进行干扰规避。

  如二者采用独立建设方式,应根据工程条件保证尽量大的空间隔离距离,在空间隔离无法满足系统共存要求时,可在TD-LTE信源端和WLAN AP端增加滤波器(带外抑制度应根据具体情况核算)。

  5、TD-LTE系统容量核算

  需根据楼宇用户数及移动用户渗透率及2G、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN业TD-LTE系统

  TD-LTE主要承载高速数据业务(>500kbps),并具备承载语言业务的能力。TD-LTE数据速率覆盖要求如下:在室内单小区20MHz组网情况下,要求单小区平均吞吐量满足DL40Mbps/UL10M;若实际隔离条件不允许,可以按照单小区10MHz、双频点异频组网规划,要求单小区平均吞吐量满足DL20Mbps/UL5M /10MHz。

  LTE容量估算的方法不同于传统的容量估算方法,影响LTE容量估算的因素较多,包括环境、多天线技术、干扰消除、调度算法、设备性能等因素,因此不能简单的利用公式来进行计算。目前,业界主要通过系统仿真和实测统计数据的方法获得各种无线场景下、网络和UE各种配置下的小区吞吐量和小区边缘吞吐量;在实际规划时,根据规划地的具体情况,查表确定LTE的容量。

  6、TD-LTE共室分系统无线链路预算

  链路预算能够获得网络覆盖范围,评估无线通信系统的覆盖能力,是网络建设初期的

  重要任务。链路预算的结果直接影响到网络建设成本和运营性能,对无线网络规划具有重要的指导作用。

  TD-LTE系统采用了OFDM和MIMO等新技术,在覆盖特性与规划等方面,与GSM和TD-SCDMA相比,带来了很多新的变化:TD-LTE覆盖目标业务为一定速率的数据业务;用户分配的RB(Radio Block)资源数将影响覆盖;多样的调制编码方式对覆盖的影响更复杂;天线类型对覆盖的影响更复杂;系统帧结构设计支持更大的覆盖极限。TD-LTE系统采用了OFDM和MIMO等新技术,在覆盖特性与规划等方面,与GSM和TD-SCDMA相比,带来了很多新的变化:TD-LTE覆盖目标业务为一定速率的数据业务,数据业务速率越高,覆盖能力越弱; 用户分配的RB(Radio Block)资源数(尤其是上行方向)将影响覆盖,上行方向用户占用RB个数越多,覆盖能力越弱;TD-LTE中增加了64QAM高阶调制方式,且引入更丰富编码率,调制编码方式对覆盖的影响更复杂;

  系统帧结构设计支持更大的覆盖极限。TD-LTE系统,特殊时隙内的DwPTS和UpPTS时间宽度、保护间隔GP的位置和时间长度可调, 最大极限可支持到100公里左右。根据初步的链路预算结果,TD-LTE的上下行覆盖能力如下:TD-LTE上行覆盖受限:相同速率,下行覆盖距离高于上行;相同调制编码时,上行业务信道的覆盖速率目标越高,覆盖半径越小;相同调制编码时,下行业务信道的覆盖速率目标提高,覆盖距离变化较小;当TD-LTE采用超过2个的接收天线时,相同边缘数据速率下的覆盖能力将比TD-SCDMA有较大提升。

  7、各室内分布系统覆盖能力分析

  影响各系统覆盖能力的主要因素有天线口的发射功率、边缘场强要求、空间传播损耗及穿透损耗等。室内覆盖环境相对室外比较复杂,和建筑物的结构及材质有较大的关系,信号从信源出发要受到主干及平层的各级线路损耗、分配损耗,还要考虑各种有源、无源期间的插损,各系统天线口的输出功率一般控制在0-15dbm左右。一般情况下,各系统关键指标要求如表6:

  表6:室内分布各系统关键指标要求

 

GSM

TD-S

WLAN

CDMA

LTE

WCDMA

无线信道呼损

2%

2%

-

2%

2%

2%

边缘场强要求(dBm)

一般场所≥-80;重点场所≥-75

一般场所≥-85;重点场所≥-80

接收信号电平≥-75

前向接收功率≥-82

-105

≥-80

C/I、Ec/Io(dB)

12

0

10

-10

0

-8

天线口输出功率(dBm)

5~8

0~8

10~20

0~5

0~5

0~6.5

BLER Target

12.2kbps

1%

1%

 -

3%

1%

1%

  考虑自由空间损耗及穿透损耗,同一假设场景下各系统的空口发射功率及覆盖半径的理论关系如表2,说明在考虑穿透一堵墙的情况下,WLAN的覆盖半径在8米以下,TD-E半径在10米以下,TD-A半径在13米以下,TD-F半径在15米以下,GSM和LTE的覆盖较大,可以达到25米以上。从覆盖半径和穿透损耗的关系来看,在环境相同的情况下,WLAN的穿透能力最小,典型场景天线覆盖半径为9米的情况下,各系统允许的穿透损耗依次为35.4、31、30.4、29.1、27.8,因此多系统共用室内分布系统,为了确保各系统同覆盖,需要根据墙体的具体结构、材质来确定天线的覆盖半径。

  8.多系统合路的常用组网方式

  (1)优选方式1经过两级合路:第一路为2G+ TD-LTE,第二路为TD-LTE+ TD-SCDMA。WLAN在末端馈入GSM一路。

  (2)优选方式2 经过一级合路:第一路为2G+ TD-LTE+WLAN,第二路为TD-LTE+ TD-SCDMA,(此种情况各系统需要单独布放主干线缆,在楼宇内弱电竖井预留空间能满足线缆或器件布放、安装的情况下优选)。

  (3)优选方式3经过两级合路:第一路为2G +TD-SCDMA+ TD-LTE,第二路为TD-LTE。(改造情况下建议优先选择此方式,不改动原有的2G、TD系统,WLAN采用馈入+单独布放AP的方式)。

  10、总结

  本文基于目前各运营商多技术共用室内分布系统的现状,从各系统间的干扰、隔离度、覆盖能力、容量和可行的组网方案等方面分析了多技术共用室内分布系统需要考虑的因素,对运营商进行室内覆盖的部署有一定的指导。当然多技术共用室内分布系统还涉及到频率干扰、合路器隔离度、天线及无源器件频段要求等技术方面的问题,在组网方式上也会遇到多系统的分区方式、合路方式、室外信号泄露、天线点间距等问题,TD-LTE的引入使得容量和覆盖的关系更加复杂,如何做到高质量的多技术室内分布系统建设还需要根据TD-LTE试验网的建设做进一步的探讨。


颜涛发表在移动Labs的原文链接:http://labs.chinamobile.com/mblog/797662_140716

相关博文:

TD-SCDMA不对称传输模式的实现设想
TD-LTE网络中的多天线技术浅析


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