TD—LTE与GSM、TD—SCDMA室内融合组网的探讨

【摘 要】

从TD-LTE室分组网规划设计的关键点、室内覆盖链路预算等方面对TD-LTE、GSM、TD-SCDMA频段差异引起的自由空间损耗、穿透损耗、馈线损耗、覆盖空间的差异、边缘业务需求不同对覆盖要求的差异等进行研究探讨，总结出室分TD-LTE、GSM、TD-SCDMA、WLAN多系统共存改造融合组网需注意的要点，并给出了新型融合组网的案例及测试验证。

【关键词】

TD-LTE 室分系统 融合组网 GSM TD-SCDMA

中图分类号：TN929.5 文献标识码：B 文章编号：1006-1010（2013）-19-0031-06

收稿日期：2013-09-23

1 引言

室内分布系统作为无线蜂窝网络的重要组成部分，承担热点话务区域或者高价值话务区域的深度覆盖与业务承载，室内分布系统小区的覆盖能力和业务承载效果直接影响整网业务的均衡和用户感知。当前用户70%以上的语音和数据业务均发生在室内，LTE作为以后中国移动数据业务的主要承载网络，其室分覆盖能力的高低将直接决定LTE网络的质量。多年的2G/3G网络建设经验表明，融合是快速部署和降低成本的重要方式，LTE室分如何规划、建设和改造，实现与2G/3G网络的融合，是LTE网络规划建设的重要工作。

2 室分组网规划设计的关键点

中国移动将于今年开始大力推广TD-LTE试验网，而LTE室分试验网频段确定为E频段（2 350～

2 370MHz），与室外宏站异频组网。对于公司来说LTE的室内组网有两种形式：基于现有室分升级改造和新建。结合2G、3G移动通信系统发展趋势和运营的经验，LTE的室内组网方案不仅要考虑新技术的应用，更需要综合考虑业务发展的需求和实际的工程实施与成本，从而确定最终的组网方案。

（1）业务类型区域划分

LTE可以提供多种业务，不同的区域类型要求提供不同的业务，不同的业务其室内覆盖指标要求不一样。因此，要确定室内覆盖指标，首先要划分不同的业务覆盖区域类型。LTE室内边缘业务速率及覆盖区域类型划分如表1所示：

表1 LTE室内业务覆盖区域类型划分

序号 边缘业务

速率 区域类型 区域性质

1 2Mbps

高速业务区 一类区域 运营商办公大楼

2 三星级以上的商务酒店

3 人员集中、甲级的办公写字楼

4 经营IT类产品的大型商场

5 大型展馆、机场、会展中心

6 高档住宅小区

7 1Mbps

中速业务区 二类区域 普通酒店、旅馆、办公写字楼、普通住宅小区

8 娱乐/休闲、餐饮场所

9 大型/客流量大的商场、超市

10 512kbps

低速业务区 三类区域 电梯、停车场

（2）室分边缘覆盖场强设计指标

LTE的覆盖标准由RS导频信道功率RSRP（Reference Signal Received Power）来衡量。根据集团室分建设相关要求：目标覆盖区域内95%以上的公共参考信号接收功率RSRP大于-105dBm，单路室分公共参考信号信干噪比RS-SINR大于6dB，双路室分公共参考信号信干噪比RS-SINR大于9dB。

（3）室内天线设计防辐射保护要求

我国国家环境保护局、卫生部颁发了《电磁辐射防护规定》（GB8702-88）、《环境电磁波卫生标准》等多项技术标准，规定室内覆盖系统的室分天线口功率不高于15dBm；对于大型会展中心等场景，天线口功率可酌情提高，但应满足国家对于电磁辐射防护的规定。

（4）多系统共存隔离度要求

对于合路建设的系统，需要根据各系统间的隔离度要求，结合分布系统的方案选择满足端口隔离段要求的合路器规避干扰；对于独立建设的系统，通过空间隔离度的方式满足隔离度要求。

（5）MIMO天线间距要求

若采用双路室分组网方式，并采用两个单极化全向吸顶天线组网时，需要注意两个天线间距的要求。

通过测试验证，当天线间距为6λ时，上下行的吞吐量都是最高的。所以，如果采用两个垂直单极化天线组网构建具有MIMO性能的双路室分时，建议两路的天线间距取6λ（E频段下约为0.8m），一般不超过10λ（E频段下约为1.28m）。

（6）双通道功率平衡要求

若采用双路室分组网方式时，由于工程原因，尤其是在其中一路利旧、一路新建的情况下，很容易造成两通道的实际功率不平衡，从而影响整个系统的性能。在设计和施工天馈系统时，尽量使两路馈线的走线方式、长度、损耗保持一致，以避免两个通道功率不平衡而影响MIMO性能。在组网设计中双通道组网的功率差异建议尽量控制在5dB以内，避免通道间功率差异造成的性能损失过大。

3 室内覆盖链路预算

3.1 室分链路预算

室内覆盖系统的链路损耗可分为有线部分的分布损耗和无线部分的传播损耗两部分，其中有线部分的分布损耗是指从信号源到天线输入端的损耗，包括馈线传输损耗、功分器耦合器的分配损耗和介质损耗（插入损耗）三部分。信号源（BS）的总发射功率是已知的，天线输入端平均发射功率的预算值也是确定的，由此可得：

分布系统损耗预算值=信号源总发射功率-天线输入端的平均功率 （1）

TD-SCDMA系统与LTE室分频段接近，重点进行对比分析。链路预算如图1所示，链路预算基础取值和相关指标要求如下：

（1）TD-SCDMA：依据《3G（TD-SCDMA）网络工程室内分布系统建设指导原则（2010年7月）》中规定的相关指标要求，PCCPCH最小接收电平取-80dBm；天线口PCCPCH信道（双码道）功率不高于10dBm。

（2）折算到E频段，TD-SCDMA最大允许路径损耗为117dB。

（3）TD-LTE（E频段）：系统总带宽20MHz，室内RSRP不低于-105dBm。

基于以上指标要求进行计算，可看出TD-LTE覆盖能力与TD-SCDMA基本一致。

3.2 天线覆盖半径

考虑到LTE系统会与其他系统合路，此时需要同覆盖，即有相同的覆盖半径。不同频段天线覆盖半径工程经验值如表2所示：

表2 不同频段下的天线覆盖半径（m）

场景

频段/MHz 娱乐

场所 写字楼 超市 酒店 会展/

候机厅 停车场

700 16 19 19 16 100 25

800 16 19 19 16 100 25

900 15 18 18 15 100 25

1 500 13 16 16 14 80 20

1 800 12 15 15 13 60 20

2 100 10 14 14 12 50 20

2 300 10 13 13 12 50 20

2 600 9 12 12 11 50 20

3.3 天线口输出功率规划

目前在室内绝大部分区域，2G/3G网络已经存在良好的覆盖，TD-LTE需要考虑如何合入现有网络，覆盖需要考虑现有系统的覆盖情况。

规划天线口功率时，需要考虑信号穿墙后的覆盖，在室内设计时，一般考虑穿透室内一堵墙，TD-LTE室内典型穿透损耗可参考WCDMA经验，见表3。

根据覆盖半径和室内传播模型，可计算出不同区域类型空口的路径损耗：

Pathloss=20lgf+Nlgd-28dB+穿透损耗 （2）

其中f为频率（MHz），N为距离损耗系数，d为天线覆盖半径。

天线口输入计算如下：

（1）天线口输入功率≥边缘子载波场强（RSRP）+10lg（系统全带宽子载波个数）-室内天线增益-UE天线增益+Pathloss+穿透损耗。

（2）天线口输入子载波RSRP+发射天线增益+LTE硬切换增益-Pathloss≥-105dBm。

根据经验值计算，可得到TD-LTE天线口输入子载波RSRP≥-23dBm，若TD-LTE系统带宽为20MHz，天线口的输入总功率为-23+10lg1200=7.8dBm。

表3 2GHz频段墙体穿透损耗参考值

墙体类型 频段 参考值/dB 理论值或

业界经验值/dB

信号对电梯门 2GHz 22.6 20～30

室内砖隔墙 7～10 10

钢筋混凝土墙 约20 15～30

薄玻璃（普通玻璃窗上的玻璃） 约2 1～3

厚玻璃墙（玻璃幕墙） 约4 3～5

3.4 单RRU天线数估算

室内覆盖系统分布损耗是指从信号源到天线输入端的损耗：

分布系统损耗预算值=信号源总发射功率-天线输入端的平均功率 （3）

其中，信号源的总发射功率是已知的，天线输入端平均发射功率的预算值也是确定的。

同时，

分布损耗=馈线传输损耗+功分器/耦合器分配损耗+器件插入损耗 （4）

假设单小区下天线个数为M，则分布损耗满足以下等式：

分布损耗=RRU发射功率-天线入口功率

=馈线长度×馈线百米损耗/100+10lgM+单器件插入损耗*lg2M （5）

其中，lg2M表示信号经过M级二功分器。

首先根据具体的应用场景估算平均馈线长度，计算得到平均馈线损耗；然后代入上式即可解出单RRU下天线的个数M，M结果取整。

3.5 覆盖估算结果

估算得到每天线覆盖面积和每小区天线数目后，通过估算覆盖目标的总面积，即可估算出该覆盖目标所需要的RRU数目。

RRU数=（覆盖目标总面积/每天线覆盖面积）/每RRU的天线数 （6）

另外在计算每天线覆盖面积的时候，需要考虑相邻天线需要保留一定的重叠覆盖。重叠覆盖距离取覆盖半径的15%为宜，即重叠覆盖面积占整个覆盖面积的20%～25%。

4 室分多系统共存改造

在原来的2G/3G室分系统下，把TD-LTE信号馈入。天馈器件改造的具体要求如下：

（1）多系统间应满足隔离度要求；

（2）更换不满足LTE频段要求的合路器、功分器、耦合器以及天线；

（3）更换不满足LTE频段要求的馈线。

4.1 合路模式

TD-LTE与GSM、TDS、WCDMA最大隔离度只需满足46dBm，而目前异频合路器隔离度可以满足要求，所以上述系统直接合路即可。而TD-LTE与WLAN之间最大隔离度需为87dB，解决方案有：共用室分系统，一部分隔离度分散到馈线损耗，合路器的隔离度要求可降低到70dB；TD-LTE中心频点尽量远离WLAN系统工作频点，增加系统间的隔离度。

新建系统在合路已有室分系统时，需要考虑合适的信源合路位置，一般分为：信源合路、主干合路、平层合路（又称末端合路）。选取合路位置要考虑的因素有：系统发射功率（RRU出口功率）、满足覆盖指标要求的天线口功率、不同频段产生的馈线损耗。

根据现网经验，GSM天线口功率取10dBm，TD-SCDMA天线口功率取9dBm，TD-LTE（20MHz系统带宽）天线口功率取最大15dBm，WLAN室分系统天线口功率一般取10dBm。各系统在天馈系统允许的分布损耗如表4所示：

表4 各室分系统允许分布损耗

系统 发射功率/dBm 天线口功率/dBm 允许分布损耗/dB

GSM 900MHz 41.5 10 31.5

TD-SCDMA 2 100MHz 40 9 31

TD-LTE 2 350MHz 43 15 28

WLAN 2 400MHz 27 10 17

从表中可以看到，GSM、TD-SCDMA、TD-LTE室分系统允许的分布损耗基本相当，WLAN系统允许的分布损耗较小。但由于频率的差异，馈线损耗较大，导致LTE信号的馈线损耗、空间传播损耗和穿透损耗均比GSM信号大许多。

（1）当LTE与2G共室内分布系统时：需要改造主干，并根据情况增加室分天线密度。与此同时，应该视具体场景降低GSM信号源发射功率；

（2）当LTE与TD-SCDMA系统共室分时，可以共用平层的室分天馈系统；

（3）当LTE与WLAN共室内分布系统时，一般需要采用WLAN在末端合路。

合路位置的选取和目标建筑物的类型也有关系：

（1）中小型楼宇：一般馈线长度在300m以内，GSM、TD-SCDMA、TD-LTE室分系统直接在信源合路，LAN室分系统单独在末端合路；

（2）大型或超大型楼宇：一般馈线长度在300m以上，TD-LTE和TD-SCDMA室分系统在信源合路后，在末端合入已有GSM室分系统，WLAN系统仍然选择单独在末端合路。

4.2 分路模式

分室分场景下，干扰信号从干扰系统RRU机顶口出发，经历的损耗包括：

（1）干扰系统的分布损耗；

（2）系统天线口之间的距离产生的空间损耗；

（3）扰系统的分布损耗。

室分系统的分布损耗典型值按30dB计算，干扰信号在两个独立的分布系统中经历的损耗大约为60dB，系统间的天线距离也形成了一定的空间隔离度，所以，TD-LTE与GSM900、DCS1800、TDS、WCDMA在分缆模式下可以干扰共存。

TD-LTE与WLAN分缆共存时，根据测试结果，干扰共存需要满足如下条件：

（1）当TD-LTE使用室分系统，WLAN也采用分布式系统时，损耗为17dB，由此计算的天线间距为1m；

（2）当TD-LTE使用室分系统，而WLAN AP单独部署时，天线间距如下：WLAN 2 412MHz与TD-LTE 2 360MHz，7.2m；WLAN 2 412MHz与TD-LTE 2 310MHz，0.8m。

因此为避免TD-LTE与WLAN之间的干扰，可以使两天线间距在一定距离，或者使TD-LTE中心频段尽量远离WLAN工作频点（推荐后者）。

4.3 馈线改造

馈线部分改造方案主要可以分为两种：

（1）前端合路：LTE和现有2G/3G共用主干路由；

（2）后端合路：LTE系统新建主干路由，在平层和2G/3G合路共用分布系统。

前端合路方式主要用于中、小型建筑物，不需对馈线做大的改造，即能满足LTE系统要求。后端合路主要用于中型、大型建筑物，该方式对现有2G/3G影响较小，且调整灵活。

馈线在2 400MHz的损耗与900MHz的损耗相差较大，在E频段一般不采用8D和10D馈线，建议馈线改造按以下要求：

（1）原系统平层馈线中长度超过5m的8D/10D馈线均需更换为1/2馈线；主干馈线中不使用8D/10D馈线；

（2）原系统平层馈线中长度超过50m的1/2馈线均需更换为7/8馈线；主干馈线中长度超过30m的1/2馈线均需更换为7/8馈线。

4.4 器件改造

（1）根据工作频率范围、驻波比、插损选取合适的功分器、耦合器；工作频率范围包含800～ 2 600MHz；在全频段内驻波比≤1.3；功分器插损≤0.1dB（不包含分配比）。

（2）根据工作频率范围、隔离度、插损、驻波比选取合适的合路器；工作频率范围包含800～2 600MHz；

合路器插损≤0.6dB；在全频段内驻波比≤1.5；引入TD-LTE室分系统对合路器隔离度的要求。

5 新型融合组网案例

除传统的分布系统建设方案外，还可以使信源端将LTE双路信源融合进新的RAS系统信源，内部实现双路信源合并，与GSM/TD-SCDMA内部合路作为新的输入信源，远端仍采用普通的分布系统单元。与新增一路LTE室分相比，该方案明显降低了工程改造量，却仍能获得相同的系统性能。

选取贵阳白云师大校区作为试点区域，采用汉铭RAS新一代LTE系统对白云师大体育系和经管系教学楼进行覆盖。从LTE-RRU引入两路射频信号输入到主单元，GSM和TD分别引入一路射频信号输入主单元，主单元将射频信号转换成光信号，通过光缆传输至扩展单元；扩展单元将光信号传至各远端单元，并为各远端单元提供集中供电；远端单元再将信号转换成射频信号，最终通过平层天馈系统将信号均匀地辐射到相应的覆盖区域。组网示意图及系统原理图见图2。

试点效果证明，LTE/TD-SCDMA/GSM覆盖能力满足要求，三网测试性能达到良好效果。具体情况如下：

（1）LTE的平均RSRP值为-79dBm、平均SINR为31.69dB，Cat 3类终端的平均下载速率为74.55Mbps；

（2）TD-SCDMA的平均RSCP值为-50dBm、平均C/I为26dB，HSDPA平均下周速率为1.39Mbps；

（3）GSM的平均覆盖电平为-78dBm，Rxquality为99.2%。

6 结束语

LTE室分规划和组网，需要以保障现网2/3G覆盖和质量为基础，抓住LTE室分链路预算和覆盖质量需求重点，以及LTE性能双路能力重点，实施2G/3G/4G的融合规划和改造及建设，获得质量和投资效益的均衡。

参考文献：

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[2] 孙镜华. TD-LTE与其他系统室内分布干扰分析探讨[J]. 数学技术与应用， 2012（7）.

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[5] 李楷，袁泉. GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE共室分系统干扰分析[J]. 数字技术与应用， 2013（6）.

[6] 刘成军. 分析TD-LTE无线网络的覆盖特点[J]. 科技风， 2013（9）.

作者简介

翟德怀：工程师，硕士毕业于北京邮电大学，现任中国移动通信集团贵州有限公司贵阳分公司副总经理，长期从事移动无线网络管理和维护优化工作。