LTE的室内覆盖模型研究与效果分析.doc

基于TD-LTE的室内覆盖模型研究与效果分析一、概述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，在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。室内覆盖的理论计算方法就是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。二、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GSM)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。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。三、TD- LTE 室内无线传播模型3.1 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。室内传播模型有很多种，如衰减因子模型，对数距离路径损耗模型等。经验表明，目前普遍选取下述室内传播模型：Ploss=Plosslm+20log（d)+FAF+8（dB)其中：Ploss：路径损耗（dB)；Plosslm：距天线1 米处的路径衰减（dB)，参考值为39dB；d：距离（m)；FAF：环境损耗附加值（dB)，对于不同的材料，环境损耗附加值不同，在组网时，需要考虑到建筑物结构、材料和类型，同时结合经验模型进行修正；8 dB：室内环境下的快衰落余量。3.2 ITU M.2135模型可以采用ITU M.2135模型作为工作在2.3GHz 的TD- LTE 室内传播模型，该模型不需要进行参数校正，阴影余量取值固定，可用于直观对比，如表1 所示。3.3 ITU- R P.1238模型另一个推荐用于2.3GHz TD- LTE 的室内传播模型是ITU- R P.1238模型，该模型需要进行参数校正，可用于有精确计算需求的室内传播模型校正。Ltotal=20log10f+Nlog10d+Lf（n)- 28dB其中N 是距离功率损耗系数，f 为工作频点（单位：MHz)，d 为天线到UE 的距离（单位：m)，Lf 为层穿透损耗因子，n 为天线到UE 所穿透的墙体数目（n1)；而阴影衰落余量估值，对于工作在1.82G 频段，上述三场景分别为：8、10、10。3.4 各模型计算结果对比表2 为三种传播模型分别在1 米、5 米、10米、15米、20米时的空间损耗值，可以看出ITU- R P.1238模型和Keenan-Motley 模型的计算结果相对接近。建议采用ITU-R P.1238模型用于TD- LTE 室内空间损耗计算。四、覆盖分析4.1 TD- LTE 覆盖指标TD- LTE 采用RSRP 的接收电平值来衡量小区的覆盖能力。RSRP 是一个表示接收信号强度的绝对值，一定程度上可反映移动台距离基站的远近，度量小区覆盖范围大小，类似于TD- SCDMA 系统中的RSCP。同时，采用SINR 来衡量信号质量。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，按对网络质量的要求，通常分为三类区域，详细如表3 所示：室内覆盖边缘场强的确定需要同时考虑两个方面：（1) 一方面边缘场强应满足连续覆盖业务的最小接收信号强度。（2) 另一方面应大于室外信号在室内的覆盖强度，即：设计余量，其典型经验值为58dB。4.2 链路预算链路预算分为两部分，一部分为空中损耗，在第3 章传播模型中已经说明；另一部分为信源到天线端口损耗，以下简称有线链路预算，采用无源设备组网时一般链路计算可以只考虑下行链路预算，在有源设备组网时需要考虑干放的上下行平衡以及上行噪声系数。有线侧链路预算：根据到达天线口的功率，确定根节点需要输入的功率。具体预算如下：天线口输入功率有源器件输出功率耦合器损耗功分器损耗接头损耗馈线损耗接头损耗其余器件损耗4.3 TD- LTE 覆盖半径TD- LTE 的频段较高，天线覆盖半径会比低频段的天线覆盖半径小，在新建室分系统时，天线的覆盖半径可参考TD- S 的覆盖半径。单天线覆盖半径参考建议为：在半开放环境，单天线情况下，如商场、超市、停车场、机场等，覆盖半径取1016米；在较封闭环境，单天线的情况下，如宾馆、居民楼、娱乐场所等，覆盖半径取610米。4.4 天线口功率测算设在写字楼场景，天线的覆盖半径为10米，墙体损耗为15dB，工作频段为2300MHz，带宽为20MHz，慢衰落余量取0（边缘场强已考虑)，覆盖边缘RSRP 要求为- 105dBm。采用ITU- R P.1238模型，N 取30，模型公式如下：PL=20log10f+Nlog10d+Lf（n)- 28dB则空间传播损耗PL=20log10（2300)+30log10（10)+15*1- 28dB+0=84dB；为满足覆盖要求，天线口单参考信号接收功率- PL- 105dBm；则天线口单参考信号接收功率- 21dBm；由于在带宽20MHz 频段内共有1200个子载波；所以：天线口总发射功率= 天线口单参考信号接收功率+10log10（1200)=- 21dBm+31dBm=10dBm另外为满足行业内为保证辐射环保安全而制定的15dBm限值要求，由此可得天线口总功率要求为1015dBm，相应的RSRP 为- 21- 16dBm。4.5 天线口输出功率规划TD- LTE 采用了64QAM调制方式，而在室内分布系统中，加强RSRP 覆盖是提升SINR 的有效手段，因此，适当的增大天线口输出功率是提升TD- LTE 室内网络性能的重要手段之一。具体天线口功率规划如下：（1)对于天线点不入房间、停车场、地下室等，信号需要经过一次穿透覆盖的场景，在满足无委要求的情况下，天线口总功率建议接近15dBm，对应的RSRP 功率为- 16dBm。（2)一般场景下天线口总功率不应大于15dBm，对于大型会展中心、体育馆等天线覆盖半径较大，且天线挂高较高的场景，天线口功率可适当提高，但应满足国家对于人体电磁覆盖防护的规定。（3)对于天线入户或者适宜布防多天线点的区域，由于信号没有经过墙体损耗，可采用稍低的天线口功率，根据覆盖半径大小，天线口功率建议在5- 8dBm左右，对应的RSRP 功率为- 26- 24dBm。五、结论TD- L