浅析LTE室内覆盖延伸技术

摘 要：随着室内4G数据业务不断增长，为保证容量需求，确保用户感知，从LTE室内深度覆盖区域特定环境移动信道特性入手，提出了几种分布式小微基站建设方案，从而实现LTE室内深度覆盖以及网络容量和频谱利用率的提高。

关键词：MIMO；SINR；频谱利用率；分布系统

目前，LTE系统室内业务量约占网络总业务量的90% ，室内通信质量、吞吐量成为移动运营商服务竞争的关键。LTE室内E频段工作频率2320～2370MHz，比3G系统如TD-SCDMA高出400MHz，高频段由于趋肤效应对室分设备提出更高的工艺和成本要求。另外LTE系统中的MIMO（多输入多输出）天线技术的采用， 对已受到业界青睐的室内覆盖技术如射频拉远、光纤分布系统都提出了新的要求。

1 Small Cell移动信道特点

较高的工作频段带来更大的传播损耗，更弱的绕射能力，导致覆盖半径十分有限。在实际移动无线通信中，信号经过移动信道后到达接收端会产生频率选择性衰落和时间选择性衰落。要克服频率选择性衰落和ISI（符号之间干扰），传统的方法采用自适应信道均衡器和Rake接收，但在高速数据的宽带通信中，这些传统方法变得非常复杂且效果不佳。LTE系统中采用的 OFDM（正交频分复用）技术是一种特殊的低速率多载波并行传输技术，可以克服频域的干扰问题，但是由多径造成的ISI问题始终存在。在较小覆盖半径的场景中，移动信道具有以下特性：（1）多径时延扩展小，相关带宽较大，发生频率选择性衰落概率小；（2）因用户的移动性低引起的多普勒频移小，相关时间较长，发生时间选择性衰落概率较小。

LTE系统表征网络覆盖性能指标有SINR（信噪比）、RSRP（参考信号接收功率）。良好的无线信道可以增大SINR，不同SINR对应于不同CQI（信道质量指示）等级，不同的CQI等级对应着不同调制、编码方式（MCS）。较大的SINR，获得实现高阶的调制方式的可能性，确保在相同的传输带宽下提高信息速率，从而提高频谱利用率。同时用于信道估计、帮助解调信道的参考信号（RS）在良好的无线信道条件下可减少发射功率，降低开销，同样也可提高频谱效率，从而提高系统吞吐量。另外载波聚合技术和MIMO技术通过提高带宽来提高数据吞吐量，载波聚合其根本思想是增加传输带宽，即将数个独立的较小带宽的载波（20MHz）整合为一个大带宽的载波，支持载波聚合功能的终端可以同时在多个载波上进行上下数据传输，大大提高速率。MIMO技术相对于传统的接收分集等技术的特点在于发射端和接收端均采用了多副天线，利用空间维度资源让每个天线发送独立的数据流，其本质是提供多个并行传输信道来提高空中链路的带宽，从而提高系统的吞吐量和频谱效率。

2 室内覆盖延伸技术

目前，室内延伸覆盖解决方案大致有：（1）通过室外穿透覆盖室内区域，即采用室外宏站和微站相结合，将室外信号打入室内，实现室内覆盖。（2）建设传统的分布系统，多天线分布系统是目前应用较广的无源系统，但是随着工作频段的提高，传统室分中采用的大量无源器件（耦合器、功分器等）存在设计难度大，复杂度高，后期维护困难等问题。（3）室内部署小微基站，如Nanocell。通过以上移动信道特性分析，室内部署小微基站方案在频谱利用率和容量方面具有优势。下面主要分析几种室内小微基站以实现室内环境深度覆盖。

2.1 多业务数字分布系统

数字分布系统由接入控制单元、近端扩展单元、远端射频单元组成，接入控制单元允许接入的信源有：2G、3G、4G蜂窝移动系统、WLAN（无线局域网）和固网宽带，并完成数字处理转化为光信号输出。近端扩展单元提供多个网口/光端口分别连接远端射频单元，实现远端射频单元信号传输和远程供电，一般最远距离可达100米。支线末端的远端单元安装于目标覆盖区，可集成双极化天线、支持双通道功率独立可调输出，满足 MIMO技术应用部署需求。这种以全数字化的方式传输多制式系统、多业务信号的系统集成EPON（以太网无源光网络）、固网和中继器功能，在抗多系统干扰和系统同步稳定性方面具有显著优势。

2.2 BBU+picoRRU

信号源方式BBU（基带资源单元）+RRU（射频拉远单元）其组网方式灵活，RRU靠近天线安装从而减少馈线损耗而得到广泛应用。为了满足室内深度覆盖和热点覆盖，提出了微RRU（picoRRU），微RRU可选择独立的BBU或者与宏站共用基带资源池，一个BBU可以带多个微RRU，它们之间可以用光纤或五类双绞线连接。功耗低且覆盖半径小，容易实现电源远供。多个微RRU通过不同连接方式实现小区分裂和合并的功能。

传统的单个RRU配置一个双极化天线，要实现MIMO双流模式提高系统吞吐量，可以直接利用双通道微RRU设备，也可以通过2路独立馈线和天线构成2*2 MIMIO系统。即利用同一个BBU下挂的2个相同的单通道RRU，每个RRU带1路室分天线，通过双拼（其中星形连接时同级双拼，链形连接时相邻双拼）形成2路共同覆盖同一个区域。微RRU设备含有射频单元，多点分布覆盖时必须注意支路信号平衡度和隔离度，在正常情况下，允许通道间功率差不超过5dB ，通过调整多天线布放间距或提高双极化天线端口隔离来提高支路信号隔离度，从而充分发挥MIMO性能的优越性。在一些场景中可增加RHUB（射频集线器）来实现稍大范围的覆盖。传统的RRU级联会引起系统底噪的增加，但是由于picoRRU具有picoNodeB优点，适合多系统共存设计，因此对其数量并未进行限制。

2.3 Small Cell模式

Small Cell是低功率无线接入节点，属于微功率基站，覆盖单元通过系统网关与LTE核心网连接，实现S1 接口信令和数据加密。（1）Small Cell在网络中的等级和功能与LTE eNODEB（增强型基站）相同，因此它不仅可以延伸信号覆盖，还能提供容量覆盖。（2）具备自组织网络功能，基站分布密度的增加将不可避免地导致越区切换通过自动配置参数，实现终端用户在微基站和宏站之间切换流程和切换关系，同时有效分流数据流，实现网络负载的动态调配，使负荷均衡。（3）小区和宏区之间的干扰可通过异频组网逐步优化，小区间干扰协调（ICIC）技术可避免相邻小区间的干扰，实现小区间高效协作。（4）分布式天线技术导致基站密度不断攀升，协同多点（CoMP）传输可以很好地进行无线站之间的协同，实现网络同步。（5）小区增强技术（CRE）提升了微基站吸收热点话务的能力，增大移动终端驻留服务小区的概率，达到负载分流的作用，保证小区分裂增益的最大化。

3 结束语

室内数据用户数目增加的同时，用户对信息传输速率、时延、可靠性提出更高的要求。宏微结合的方式为当前不断增长的无线数据提供了一种切实有效的组网方式，通过宏基站和小基站的多层级分层次部署，利用小微基站完善室内深度覆盖，保证用户享受良好网络下载体验，提升室内覆盖投资效益比。

参考文献

[1]京信通信系统（中国）有限公司.新型光纤分布系统综合解决方案[Z].2012.

[2]刘金科，黎建波.LTE微基站应用分析[J].移动通信，2015，39（7）：32-36.

[3]周代卫，周宇，孙向前.Small Cell Enhancement物理层关键技术研究[J].移动通信，2015，39（3/4）：36-41.

[4]何红，雷许斌.新型光纤分布系统解决方案[J].移动通信，2013（10）：41-45.