TD-SCDMA室内覆盖解决方案.pdf

100 TelecommunicaTions Technology 2007 7 T D 论坛 1 引言 蜂窝通信的迅速发展使得室内的业 务需求量迅速上升 特别是许多大城市 高楼密集 建筑物内的移动用户相对较 多的地方 业务量需求更大 单靠室外宏 蜂窝基站已经不能满足T D S C D MA 系统对 网络覆盖 容量和业务质量的要求 1 覆盖效果 一方面 T D S C D MA 网络工作在2 G H z 频段 与工作在9 0 0 MH z 的 GS M网络相比 其穿透能力和绕射能力相 对较差 另一方面 现代建筑大量采用混 凝土和金属材料 对无线电信号造成了屏 蔽和衰减 容易产生信号的弱区或盲区 如在建筑物电梯间 地下停车场和地铁 等 2 容量要求 由于大量数据业务 TD SCDMA 室内覆盖解决方案 李 磊 宋晓勤 鼎桥通信技术有限公司 北京 1 0 0 1 0 2 摘要 从T D S C D MA 室内覆盖的拓扑结构入手 对P C C P C H 最大 发射功率 边缘场强 最小耦合损耗 多系统隔离度要求 室内分 布系统的损耗估计和覆盖等设计中需要考虑的问题进行详细分析 并根据不同情况 得出新建和利旧系统的设计方案 并给出完整的 室内覆盖解决方案 关键词 T D S C D MA 室内覆盖 基带处理单元 远端射频单元 室 内分布系统 发生在用户相对静止或慢速移动的情况 下 因此室内环境对容量的要求较高 不同类型的室内场所对T D S CDMA 业 务量的要求也不相同 例如 在大型商 场 超市 会议中心等建筑物内 由于 用 户 密 度 大 会 出 现 局 部 网 络 拥 塞 现 象 3 业务质量 由于同频干扰 C DMA 系统的自干扰 导频污染 边缘场 强过低等因素 容易引起接收信号不稳定 以及频繁切换的乒乓效应等 使得业务质 量下降 为了解决上述问题 有必要对 T D S C DMA 系统制定合理的室内覆盖解决方 案 以扫除盲区 提高业务接入能力 改 善业务质量 从而提高T D S C D MA 网络的 T D 论坛 101 整体服务水平 以下重点讨论采用 鼎桥通信技术有限公司的T B B P 5 1 0 R R U 作为信号源的室内覆盖解 决方案 主要涉及对室内覆盖进 行设计的一些基本原则和分析方 法 2 室内覆盖的拓扑结构 单通道T D S C D MA 室内覆盖的 核心思想是将基站 N o d e B 的基 带处理部分和射频部分相分离 基 带处理单元 B a s e B a n d P r o c e s s i n g Un i t B B U 集中放置在室内 通过光纤与分布在建筑物内或附 近的远端射频单元 R e mo t e R a d i o Un i t RRU 相连 再通过I DS I n d o o r D i s t r i b u t e d S y s t e m 室内 分布系统 实现室内覆盖 室内分 布系统包括干线放大器 功分器 宽频多系统合路器 分路器 耦合 器 分布式天线 电缆等 采用射 频拉远的B B U R R U 接I D S 的方案 具有站点选择灵活 馈线损耗小 对承重能力要求低 施工简便等优 势 因此成为T D S C D MA 室内覆盖 产品的主流 3 室内分布系统的参数设 计要求 3 1 P C C P C H 最大发射功率 P C C P C H 的最大发射功率应该 从两方面考虑 一是控制信道与业 务信道的链路平衡角度 二是T S 0 时隙所能允许的最大发射功率 从链路平衡角度 即在P C C P C H 的 覆盖与业务信道的覆盖相平衡的情 况下 P C C P C H 双码道的最大功 率为2 6 d B m 这是基于UE 的最大 发射功率 2 4 d B m 以及业务信道 和控制信道的接收灵敏度计算得到 的 此处需要注意的是 由于不能 采用智能天线 与室外宏蜂窝产品 相比 用于室内分布的信号源产品 的上行接收灵敏度要差很多 TS 0 时隙所能允许的最大发 射功率与产品的能力相关 如果 在T S 0 时隙配置如下控制信道 2 个 码 道 P CCP CH 4 个 码 道 S C C P C H 2 个码道P I C H 和1 个码 道F P A C H P C C P C H 和F P A C H 信 道的功率设置为绝对值 S C C P C H 和P I C H 信道的功率设置为2 个码道 P C C P C H 的相对值 根据链路平衡 得到双码道P C C P C H 功率最大为 2 6 d B m 根据上述配置 T S 0 时隙 的总发射功率为3 3 4 d B m 2 1 8 W 考虑到并不是所有信道连续 发送 从控制信道所在时隙T S 0 所 要求的总功率来看 室内信号源产 品的功率放大器至少需要2 W 从上述分析引申出两个问题 一是 如果信号源功率 2 W 是 不是P C C P C H 功率可以配置的更 大 二是 何时增加干线放大器 对于第一个问题 信号源功率增 加主要是基于容量需要的考虑 P C C P C H 的最大功率是基于控制 面和业务面的平衡考虑 因此单 纯的增加下行控制信道的功率而 没有改善上行 会造成某些区域 的UE 虽然能够接收到P C C P C H 信号 但是不能建立业务连接 对 于第二个问题 严格地讲 根据分 布系统实际传输损耗计算出来的 P C C P C H 功率 若 2 6 d B m 就 需要采用干线放大器或R R U 予以解 决 实际中可以放宽1 d B 即可以 2 6 d B m 的P C C P C H 功率配置在以 2 7 d B m 设计的I D S 的合路上使用 3 2 边缘接收场强 室内边缘接收场强是指在室内 覆盖边缘U E 接收端所要求的最小接 收场强 边缘接收场强过低 则会 在窗口 建筑物入口等室内外覆盖 交叠处造成大量的乒乓切换或频繁 的小区重选 容易引起掉话或接入 失败 并降低系统性能以及增加优 化的难度 室内覆盖的边缘接收场 强见公式 1 Mi n R x L e v S e n s i t i v i t y U E s l o w f a d i n g i n t e r f e r e n c e m a r g i n O u t d o o r T o I n d o o r 1 其中 O u t d o o r T o I n d o o r 是室内 覆盖与室外覆盖的隔离要求 由公式 1 可知 室内覆盖 的边缘接收场强仅需要考虑接收机 的灵敏度和余量 与N o d e B 的发射 功率无关 根据该公式 可以计算 出室内P C C P C H 的边缘场强为 8 5 d B m 3 3 最小耦合损耗 手机和基站之间的最小耦合 损耗 Mi n i mu m C o u p l i n g L o s s MC L 可以表示为 MC L 手机到天线的自由空间 损耗 天线到基站接收机的天馈系 统损耗 手机到天线的最小空间损耗通 常取1 m 处的自由空间损耗 典型值 为3 8 4 d B 天馈系统损耗主要包括 馈线传输损耗 器件分配损耗等 考虑到基站噪声系数 T D S C D MA 基站底噪为 1 0 8 d B m U E 的 最小发射功率为 4 9 d B m 那么 当MCL 4 9 1 0 8 5 9 d B 时 处于天线近端 1 m 的 U E 在发射功率降至 4 9 d B m 时 内环功率控制已经无法再进一步降 低其发射功率 此时该U E 将导致基 站的底噪抬升 还会降低基站的灵 敏度 并引起该小区内其他U E 的发 射功率的抬升 基站底噪抬升对灵敏 度的影响见表1 由于在T D S C DMA 系统中采 用了联合检测技术 基站能够消 除大部分UE 发射所引起的底噪抬 升 若取联合检测的干扰消除因子 为0 9 即9 0 的干扰被消除 102 TelecommunicaTions Technology 2007 7 T D 论坛 基站灵敏度下降的要求为 0 8 d B 则取MC L 5 6 d B 当U E 为 4 9 d B m发射时 到达基站的底噪 为 4 9 1 0 5 6 1 1 5 d B m 为验证T D S C DMA 系统联合 检测技术可以降低室内设计中MC L 的要求 在某个建筑物的楼层搭 建一个室内系统的试验环境 测 试结果表明 即便在传输损耗 1 0 d B 传播损耗 1 m 处为3 8 4 d B MC L 5 6 d B 的情况下 I S C P 几乎没有变化 在接近天线 1 m处 UE 以高功率发射的情况 下 远端UE 的发射功率也几乎 没有变化 与WC D MA 系统不同 T D S C DMA 的系统性能 容量和 R R M算法与I S C P 而不是R T WP 相关 得益于T D S C DMA 系统联 合检测技术 9 0 以上的小区内部 干扰可被消除 因此 尽管在MC L 小于要求与近端U E 的发射功率远远 高于 4 9 d B m 的情况下 I S C P 并没 有因此抬升 处于小区边界的U E 的 发射功率也没有受到影响 3 4 最大允许传输损耗 室内分布系统最大允许传输 损耗计算是基于控制信道的发射功 率 边缘接收场强 空间传播损耗 和余量估算出来的 通常室内分布单天线的覆盖范 围为1 5 2 0 m 根据室内传播模型 K e e n a n Mo t l e y 可以估算出空间传 播损耗 室内链路余量包括S l o w F a d i n g B o d y L o s s 和干扰余量 最 大允许传输损耗 MA T L 的计算 见公式 2 M ATL PP CCPCH G 1 a n t e n n a Mi n Rx L e v P r o p a g a t i o n L o s s G 2 a n t e n n a Ma r g i n s 2 其中 G 1 a n t e n n a 为信号源侧天 线增益 G 2 a n t e n n a 为U E 侧天线增 益 假设希望室内分布天线的覆盖 距离为1 5 m 根据公式 2 和室 内传播模型 可以计算出最大允许 传输损耗为3 2 d B 即室内分布系统 最大可用的损耗是3 2 d B 3 5 天线口功率要求 当U E 离天线口的距离d 为1 m 时 假设在不引入干线放大器的 情况下 P C C P C H 信道功率为2 6 d B m 则室内天线口最大发射功率 Pa r t必须满足以下要求 MC L 3 8 4 d B 2 6 Pa r t 5 6 d B 则天线 口P CCP CH信道功率Pa r t 8 4 d B m 国家电磁辐射标准规定室内天 线口功率 1 5 d B m 总功率 在 T D S C DMA 系统中 室内天线口 导频功率不能超过7 d B m 综合考 虑 T D S C D MA 室内系统的天线口 P C C P C H 信道功率Pa r t 7 d B m 按照3 4 节计算的最大传输损 耗设计并实施的I DS 其天线口 P C C P C H 信道的功率为2 6 3 2 6 d B m 3 6 多系统共存的隔离度要求 与其他网络共用I DS 时 为了 减小不同网络之间的干扰 需要保 证足够的多系统合路器隔离度 具 体要求见表2 例如 GS M对T D S C D M A 的干扰隔离度为3 3 d B 它是通 过G S M在T D S C D MA 带外的杂散 辐射值 8 5 d B 减去T D S C D MA 系 统热噪声功率 1 0 8 d B 再加上1 0 d B 假设底噪抬升小于0 4 d B 得 到的 4 室内覆盖系统的设计 T D S C D MA 的室内覆盖可以单 独布网 对于已经存在I DS 的建筑 物 从节约施工成本的角度 可以 通过适当改造 对现有I DS 进行复 用 T D S C D MA 的室内覆盖设计可 分为新建 利旧以及I DS 属于有源 系统或无源系统大致分为以下三大 类 4 1 新建T D S C D MA 网络 对于新建的T D S C D MA 网络 如果以C S 1 2 2 k b i t s 为连续覆盖的目 标业务 需要满足以下要求 P C C P C H 双码道的发射功 率 2 6 d B m 接收信号边缘场强R S C P 8 5 d B m I DS 可以设计成由宽频功分 器 耦合器 分布式天线和电缆等 组成的无源系统 此时直接将信号 源T B B P 5 1 0 R R U 接I DS 即可实现 覆盖 为提高覆盖范围 若设计中 表1 基站底噪抬升对灵敏度的影响 表2 多系统共存隔离度要求 103 要求的双码道P C C P C H 功率 2 6 d B m时 则需要在I DS 中增加干线 放大器 此时I D S 成为有源系统 4 2 兼容现有的无源系统 若 现 有 无 源 系 统 要 求 的 信 号源P CCP CH信道的功率远大 于2 6 d Bm 如为3 6 d Bm 则需 要 通 过 多