微基站室外补盲方案分析报告.doc

大唐移动通信设备有限公司 微基站室外补盲方案分析报告微基站室外补盲方案分析报告项目名称规划技术研究文档编号版 本 号作 者莫莉版权所有大唐移动通信设备有限公司本资料及其包含的所有内容为大唐移动通信设备有限公司(大唐移动)所有,受中国法律及适用之国际公约中有关著作权法律的保护。未经大唐移动书面授权，任何人不得以任何形式复制、传播、散布、改动或以其它方式使用本资料的部分或全部内容，违者将被依法追究责任。文档更新记录日期更新人版本备注2006-9-5莫莉V0.1.0创建2006-11-30莫莉V0.1.1修改目 录1引言1-01.1编写目的1-01.2预期读者和阅读建议1-01.3文档约定1-01.4参考资料1-01.5缩写术语1-02概述2-13微基站产品介绍3-14微基站覆盖和容量特性24.1覆盖特性24.2容量特性74.3解调特性135微基站的建议135.1微基站功率的建议135.2微基站尺寸建议146微基站室外补盲的不同场景147附录：链路预算表17封页3-21 引言引言提出了对本文档的纵览，帮助读者理解该文档的编写目的，适用的读者，参考资料，术语解释等等。1.1 编写目的本文档从总体上分析TD-SCDMA系统微基站用于室外补盲的可行性，并针对试验网找出典型的场景，为网络规划优化技术研究项目人员、网络工程设计人员开展相关研究开发和工程建设工作提供必要的指导和参考。1.2 预期读者和阅读建议本文档适合网络规划优化与参数设置项目人员、网络技术研究人员和网络工程设计项目人员阅读。1.3 文档约定a) 正文中文字体用五号宋体，英文字体用“Times New Roman”字体。b) 首行缩进两字。单倍行距。间距段前/段后均为0行。c) 正文标题用小四宋体，英文用“Arial”字体，加粗，左对齐。1.4 参考资料1.5 缩写术语略2 概述无线通信最重要的是给用户提供一个可靠的、完全无缝的覆盖网络，网络运营商的网络优化工作也旨在构筑趋完善的无线网络。但是由于无线电波传播环境的复杂性，加上地形地貌的影响以及城市规划和经济的发展，使得许多地方出现无线覆盖的盲点。本文就微基站在室外补盲的应用做一探讨。TDB03C基站是大唐移动通信设备有限公司开发的一种室内室外型微基站，和宏蜂窝基站互为补充为运营商提供全系统的解决方案，微蜂窝基站与宏蜂窝基站相比，具有覆盖范围小、发射功率低以及安装方便灵活等特点，因此微蜂窝基站可以作为宏蜂窝基站的补充和延伸，微蜂窝基站的应用主要有三方面：一是提高覆盖率，应用于一些宏蜂窝基站很难覆盖到的盲点地区，如地铁、隧道、室内弱信号区；二是提高容量，主要应用在高话务量地区，吸收话务量并提供高速数据业务，如购物中心、交通枢纽、宾馆、体育场、写字楼等楼宇；三是铁路公路沿线覆盖：采用高增益定向天线进行铁路公路沿线覆盖3 微基站产品介绍安装方便、灵活：1. 安装方式灵活，可以采用抱杆、挂壁、塔放、吊顶等多种安装方式；适用于室内室外的多种安装应用场景；2. 紧凑型设计，体积小、重量轻，便于安装；3. 支持220V交流、48V直流供电，供电方式根据场景和需求灵活可选；4. 整机的功耗低，典型场景峰值功耗90W；5. 该产品采用静音设计，在室内应用情况下不会产生噪音；6. 在采用多台TDB03C共同覆盖一片高话务量地区的场景下，多台微蜂窝基站共用GPS（Global Position System，全球定位系统），提供安装灵活，低成本的解决方案；完美覆盖的产品保障1. 可以满足多种覆盖的要求，如：室内话务量吸收、补盲，室外补盲覆盖、铁路、公路沿线覆盖；2. 支持多种天线方案，可以连接室内全向/定向天线，室外定向天线，还可以采用分布式天线和泄漏电缆实现室内和地铁、隧道等的完美覆盖；组网灵活1. 支持E1、STM-1组网方式；2. 支持灵活的传输组网方式，可以采用链型、星型组网方式；3. 支持IMA（Inverse Multiplexing on ATM，ATM反向复用）和UNI（User Network Interface，用户网络接口）方式，提高Iub接口复用率；4. 支持同步于GPS时钟；支持时钟保持功能，时钟保持功能可保证基站在GPS失锁后，正常工作时间不少于8小时；产品外观TDB03C基站外形尺寸为：580(H)350(W)240(D)mm机柜外型如图3-1所示。图 31TDB03C外型图机箱配置整机包括微基站主箱体和安装配件，如下效果图示：图 32TDB03C整机图主箱体为微基站内部板卡提供承载和保护；安装配件提供微基站挂墙和抱杆安装。4 微基站覆盖和容量特性4.1 覆盖特性根据系标部最终提供的仿真结果，在满足12.2k 1和CS 64K 0.1%，PS5的业务质量要求的前提下，主要业务的解调门限如下表所示(C/I)：业务类型Eb/No（dB）BLERDLUL12.2kps语音7.57.50 1.00%64kpsCS9.57.50 0.10%64kpsPS7.26.00 5.00%128kpsPS6.86.00 5.00%384kpsPS7.56.00 5.00%各种参数取值如下：天线高度边缘通信概率标准偏差阴影储备穿透损耗密集市区3587.50%1011.520一般市区3587.50%89.212郊区4080.00%75.898乡村4075.00%64.0564.1.1 单天线单载波定向覆盖特性单天线定向覆盖适合于在一个狭长的街道中，周围都是高楼，微基站高度低于周围楼房的高度，信号在街道中定向传播。下表为密集市区单天线链路预算表：密集市区上行室外覆盖(km)上行室内覆盖(km)下行室外覆盖(km)下行室内覆盖(km)室外单站面积(km2)室内单站面积(km2)CS12.20.55 0.15 0.45 0.12 1.76 0.91 CS640.43 0.11 0.40 0.11 1.65 0.85 PS16/640.63 0.17 0.46 0.12 1.77 0.91 PS32/640.50 0.13 0.46 0.12 1.77 0.91 PS640.47 0.12 0.46 0.12 1.77 0.91 PS64/1280.47 0.12 0.49 0.13 1.78 0.92 PS64/3840.47 0.12 0.46 0.12 1.76 0.91 从上面的链路预算表结果中，可以看出，对于TD-SCDMA系统，各种业务的覆盖范围是基本平衡的，其中CS64业务的覆盖范围最小，因此，在后续的覆盖分析中均以CS64业务的覆盖范围进行比较，以达到所有业务的连续覆盖。下面是各种环境下单天线定向覆盖表，天线增益为17dBi。一般市区上行室外覆盖(km)上行室内覆盖(km)下行室外覆盖(km)下行室内覆盖(km)室外单站面积(km2)室内单站面积(km2)密集市区0.43 0.11 0.40 0.11 1.65 0.85 一般市区0.61 0.28 0.57 0.26 1.97 1.32 郊区1.81 1.06 1.70 0.99 3.40 2.60 乡村4.04 2.70 3.78 2.53 5.07 4.15 4.1.2 单天线全向覆盖特性下面是各种环境下单天线定向覆盖表，天线增益为11dBi。上行室外覆盖(km)上行室内覆盖(km)下行室外覆盖(km)下行室内覆盖(km)室外单站面积(km2)室内单站面积(km2)密集市区0.29 0.08 0.27 0.07 1.36 0.70 一般市区0.41 0.18 0.38 0.17 1.62 1.09 郊区1.21 0.71 1.14 0.66 2.78 2.13 乡村2.70 1.81 2.53 1.69 4.15 3.39 4.1.3 三根天线定向覆盖特性考虑到居民区由于在2000MHz频段范围的穿透损耗比900MHz的穿透损耗更高，因此，即使室外能达到连续覆盖，在室内的盲区现象将会比GSM更严重。在一些大型办公楼、商场、超市、宾馆等地方可以做室内覆盖来解决问题，但是对于居民楼覆盖不可能都做室内覆盖，因此，可以考虑采用超级基站拉远或者微基站补盲的方式，对于微基站补盲的优势在于：不需要专门的机房，而且成本较低。对于这种居民楼的补盲方式，需要考虑用两根天线或者三根天线来对成片区域进行补盲。由于目前的微基站只支持单根天线，因此，需要用功分器把微基站的信号分成两路或者三路。密集市区三载波三天线的链路预算结果如下：上行室外覆盖(km)上行室内覆盖(km)下行室外覆盖(km)下行室内覆盖(km)室外单站面积(km2)室内单站面积(km2)密集市区0.31 0.08 0.21 0.06 1.19 0.61 一般市区0.44 0.20 0.29 0.13 1.41 0.95 郊区1.30 0.76 0.87 0.51 2.43 1.86 乡村2.89 1.93 1.93 1.29 3.63 2.97 4.1.4 青岛实测覆盖特性青岛微基站（巨孚隆）北面的覆盖盲区主要有两条测试道路，云溪路上有建筑物阻挡，道路不可见；宝应路上无建筑物阻挡，道路可见，属于直射路径。巨孚隆的P-CCPCH发射功率配置为26dBm，经过优化后，西北方向的天线的水平角为260度，下倾角为6度，东北方向的天线的水平角为355度，下倾角为6度。下面是微基站和周围相邻基站配置为同频和异频时的覆盖情况。经过测试，异频加载干扰变化不大，基本可以忽略。覆盖和容量在加载和未加载的情况下没有变化。同频覆盖是在周围三个主要邻小区100%真实加载情况下得到的覆盖半径。4.1.4.1 异频环境覆盖业务类型D宝应路(m)D云溪路(m)P-CCPCH700.4587.912.2kps语音700.4587.912.2kps语音(7UE均匀分布)660.8578.364kpsCS558.4193.864kpsPS627.5324.364kpsPS（2UE锁频）584.9281.6128kpsPS667.1365.5384kpsPS657.0290.8在单用户的时候，CS12.2k、PS64k业务覆盖范围上行受限，CS64k、PS128k、PS384K业务上下行覆盖基本相当。4.1.4.2 同频加载覆盖业务类型D宝应路(m)D云溪路(m)12.2kps语音467.9301.612.2kps语音(7UE均匀分布)463.0146.664kpsCS444.9207.364kpsPS397.4236.264kpsPS（2UE锁频）581.4168.3128kpsPS382.9247.4384kpsPS450.3243.6在单用户的时候，CS12.2k、PS64k业务覆盖范围上行受限，CS64k、PS128k、PS384K业务上下行覆盖基本相当。4.1.5 和实测的对比分析在青岛采用两天线单载波，对视通和非视通的不同道路上进行测试，宝应路（视通）链路预算和实测结果对各种业务类型的覆盖距离的比较如下：可以看出，在视通的环境，异频组网时，覆盖半径比理论估算高，同频组网时，和理论估算的覆盖半径相差不大。云溪路（非视通）链路预算和实测结果对各种业务类型的覆盖距离的比较如下：可以看出，在非视通的环境，异频组网时，覆盖半径比理论估算低100米左右，同频组网时，比理论估算的覆盖半径低150米左右。4.2 容量特性在盲区位置补盲一个微基站，弥补宏小区覆盖不足，吸收该区域的话务。但是在盲区内建立的微基站会受到宏基站的干扰，同样宏基站也会受到微基站的干扰，由于宏基站有智能天线进行波束赋形和联合检测，可以抵消部分干扰，即使在同频组网的情况下，微基站对宏基站的影响也可以忽略。因此，本文注意研究补盲微基站的分别在同频组网和异频组网时的容量特性。各个业务的下行参数如下：业务类型链路类型BLER要求Eb/No（dB）时隙处理增益激活因子单用户占用BRU数C/I12.2kps语音DL0.017.5110.01150.672-2.511564kpsCSDL0.0019.513.1142186.385864kpsPSDL0.057.212.8857184.3143128kpsPSDL0.056.823.041718.53.7583384kpsPSDL0.057.530.051167.45各个业务的上行参数如下：业务类型链路类型BLER要求Eb/No（dB）处理增益激活因子单用户占用BRU数时隙C/I12.2kps语音UL0.017.50 10.01150.6721-2.511516kpsPSUL0.056.00 7.4401141-1.440132kpsPSUL0.057.50 5.5111411.98964kpsCSUL0.0017.50 3.11421814.385864kpsPSUL0.056.00 2.88571813.1143128kpsPSUL0.056.00 0.028811625.9712384kpsPSUL0.056.00 0.0511635.954.2.1 TD-SCDMA无线网络容量估算公式对于上行链路单一业务，在理想功率控制状态下，根据用户的平衡方程为：（3-1）其中，为单用户接收功率之和，为激活因子，为联合检测对小区内干扰消除因子，为联合检测对小区间干扰消除因子, 为小区间接收功率之和/本小区接收功率之和。由（3-1）得极限用户数为 （3-2）由（3-1）得负载因子为 （3-3）下行链路与上行链路类似，只是小区内与小区间干扰因子需要取整个小区内的平均值，由于TDD系统与FDD系统之间干扰形式上的区别，不能用不同基站到UE之间的损耗差的平均值来代替，需要进行仿真确定。4.2.2 同频组网极点容量分析4.2.2.1 用户均匀分布由于i因子（即小区间接收功率之和/本小区接收功率之和）反映小区间干扰的影响，对计算极点容量起主要作用，而i因子和具体的无线环境，小区的站间距，基站的高度、用户的分布等等都是密切相关的，不同条件下取值不同。因此在计算极点容量的时候，假设用户在小区内是均匀分布的，同时针对不同的i的取值进行分析。而用户在小区边界的时候，受到的小区间干扰最大，因此针对这种情况进行特定分析，即用户都处在小区边缘，主要是考虑某业务是否能成功从本小区切换到邻小区去，有几个使用此类业务的用户能成功切换。下面的表格为在不同i因子的情况下，同频组网时，上行的极点容量，用户在小区内均匀分布。i=0.6i=0.7i=0.8i=0.9i=112.2kps语音UL8.94 8.42 7.95 7.53 7.15 16kpsPSUL4.98 4.69 4.43 4.19 3.98 32kpsPSUL2.60 2.45 2.31 2.19 2.08 64kpsCSUL1.76 1.66 1.57 1.48 1.41 64kpsPSUL2.15 2.02 1.91 1.81 1.72 128kpsPSUL1.42 1.33 1.26 1.19 1.13 384kpsPSUL1.42 1.34 1.26 1.19 1.14 下面的表格为在不同i因子的情况下，同频组网时，下行的极点容量，用户在小区内均匀分布。i=0.6i=0.7i=0.8i=0.9i=112.2kps语音DL8.94 8.42 7.95 7.53 7.15 64kpsCSDL1.34 1.26 1.19 1.13 1.07 64kpsPSDL1.78 1.68 1.58 1.50 1.43 128kpsPSDL1.94 1.83 1.72 1.63 1.55 384kpsPSDL1.19 1.12 1.06 1.00 0.95 4.2.2.2 用户均在小区边缘对微基站周围三个邻小区进行加载，单时隙上8个语音用户。4.2.2.2.1 8个语音用户加载下行极点容量分析：根据极点容量公式，并根据实际的ISCP和DPCH RSCP值可以估计下行极点容量如下（其中ISCP和RSCP都是5分钟内的平均值），可以看到，语音的理论估算比实际测试结果好，CS64k业务和PS128k业务和实际测试结果比较吻合。由于分析的时候有可能有用户掉话，因此测量得到的ISCP不能保证非常准确，另外一方面，对本小区语音用户容量测试时，由于只跟踪了一个用户，有可能其它用户的功率在相对较低的水平，按一个用户的RSCP（mw）6得到本小区内接收总功率的值可能偏大，同时如果有用户掉话，其它用户可以得到相对较高的功率，造成i偏小。最后导致极点容量偏高。ISCP(dB)RSCP(dBm)小区内接收总功率(mw)i容量（单时隙用极点用户数）CS12.2-87.70291-89.081527.41E-090.22893311.64 CS64-89.31643-93.197769.58E-101.2220910.97 PS128-90.01117-87.466491.79E-090.5565861.99 上行极点容量分析：RSCP(dBm)RSSI(TS2)(dBm)小区内接收总功率(mw)小区间接收总功率(dBm)i容量（单时隙用极点户数）CS12.2 UE1-77-711.197E-07-4.02829E-08-0.33648821.560921CS64 UE2-85-789.472E-096.37708E-090.67326661.6861245PS64-91-897.943E-104.64597E-100.58489321.4286765可以看到，对CS64k业务和PS12k业务理论计算和实测结果还是比较吻合，但是12.2k业务的极点容量推导大于实测的结果。对于12.2k业务，在远点用户都集中在一起，同频组网时相互之间以及小区间的干扰比较大，因此，各个用户都提高功率，导致达到基站的接收功率还有-77dB，因此，最终导致掉话。而根据单个用户的功率来估计可能会造成本小区接收总功率偏大，从而造成i偏小。4.2.2.2.2 2个PS64k业务用户加载对微基站周围三个邻小区进行加载，拨2部PS64k业务，一部上传，一部下载。下行极点容量分析：根据极点容量公式，并根据实际的ISCP和DPCH RSCP值可以估计极点容量如下（其中ISCP和RSCP都是5分钟内的平均值），和实际测试结果比较吻合。ISCP(dB)RSCP(dBm)小区内接收总功率(mw)i容量（单时隙用极点户数）CS64-85.79518-88.255312.989E-090.88101541.14 2CS64-88.64753-88.614752.751E-090.49624031.44 PS64-90.77781-93.197879.577E-100.87292491.52 2PS64-90.73878-90.178881.919E-090.43952171.98 PS128-93.41463-82.810915.235E-090.08702182.86 PS384-92.93656-81.515247.055E-090.07208881.77 上行极点容量分析：RSCP(dBm)RSSI(TS2)(dBm)小区内接收总功率(mw)小区间接收总功率(dBm)i容量（单时隙用极点户数）CS64 UE2-91-851.58866E-091.574E-090.99053591.417375PS64/64-90-850.0000000021.162E-090.58113882.1761808PS64/128-95-953.16228E-10002.2642996PS64/384-95-943.16228E-108.188E-110.25892541.8035114可以看到，PS64k业务比实测结果稍好，CS64K业务和实测结果比较吻合。4.2.2.3 结论 可以看到，在同频组网的时候，12.2K业务的用户只能同时保持56个；CS64k业务的用户能接入两个，但是不能满足要求的BLER，并且不能长时间保持；P S64k业务的用户能接入两个，但是不能满足要求的BLER和下载速率；能正常接入并保持1个PS128K业务；能正常接入并保持1个PS384K业务。4.2.3 异频组网极点容量分析异频组网时，微基站和周围的宏小区采用不同的频率。由于基站发射机和接收机存在滤波间隔，至少是33dB，会消除较大部分异频干扰。受到的干扰会很小，因此考虑i因子为0。下面的表格为异频组网时，下行的极点容量，用户在小区内均匀分布。业务类型链路类型极点容量i=012.2kps语音DL14.305964kpsCSDL2.1491964kpsPSDL2.85157128kpsPSDL3.10446384kpsPSDL1.89944下面的表格为异频组网时，上行的极点容量，用户在小区内均匀分布。业务类型链路类型极点容量i=012.2kps语音UL14.31 16kpsPSUL7.97 32kpsPSUL4.16 64kpsCSUL2.82 64kpsPSUL3.44 128kpsPSUL2.26 384kpsPSUL2.27 从上面的分析可以看出，在异频组网时，微基站容量能达到满容量。4.2.3.1 实测结果通过实际测试，对部分邻区打桩，部分邻区真实加载，对12.2K业务的单用户进行覆盖测试，下行观察在TS4的ISCP，发现在105dB左右，和空载（ISCP在-104dB左右）相比没有变化。如下图，其中ISCP比较高的个别点是由于在基站近处，UE接收到的RSCP比较强，影响了ISCP的测量准确性。上行观察在TS2的ISCP，发现在110dB左右，和空载（ISCP在-110dB左右）相比没有变化。下图是上行的ISCP图：空载时上行ISCP：邻小区异频加载时上行的ISCP在本小区近点和远点分别进行容量加载，都能上满8个语音用户。说明异频的干扰基本可以忽略。4.2.3.2 结论分别在近点：P-CCPCH RSCP：-6474dBm；中点：P-CCPCH RSCP：-75dBm；远点：P-CCPCH RSCP：-8095dBm进行容量测试。测试结果：能正常接入并保持8个12.2K业务的用户；能正常接入并保持1个PS128K业务，下载速率能达到128Kbit/s；能正常接入并保持2个PS64K业务，下载速率均能达到64Kbit/s；能接入并保持两个CS64k业务的用户，通话过程中上下行的BLER达到0%。和理论分析一致，说明异频组网完全可行。4.3 解调特性4.3.1 下行链路解调特性汇总业务类型BLERSIR(同频加载)SIR(异频环境)12.2kps 1%121264kpsCS0.10%1314.564kpsPS5%9.511128kpsPS5%98384kpsPS5%4.59.5根据终端的实现，SIR=（RSCP/ISCP）SF，其中ISCP是联合检测之前的干扰，从上面的解调特性来看，对某类业务，要达到相同的误码率，异频需要达到的SIR比同频高。一原因是异频的干扰信号经过ACLR和ACS，落到本小区基本上无干扰，这从前面的异频加载测试也能看出来，在异频环境下，周围3个邻小区100%真实加载，ISCP并没有明显的变化。而同频加载的情况下，还有很大一部分是联合检测可以消除的干扰。由于SIR是联合检测前测到，因此，要达到相同的误码率，异频需要达到的SIR比同频高。如果SIR是联合检测后的值，那么，要达到相同的误码率，异频需要达到的SIR和同频相同。4.3.2 上行链路解调特性汇总业务类型BLERSIR(同频加载)SIR(异频环境)12.2kps 1%10964kpsCS0.10%91064kpsPS5%9.59.4根据NodeB的实现，SIR是联合检测之后测量得到的，类似于SNR。因此上行的解调特性同频和异频基本没有差异。5 微基站的建议5.1 微基站功率的建议从第4节的链路预算结果中，可以看出，在微基站现有功率只有1W的情况下，微基站在室外的补盲范围是比较小的，如果要达到单天线单载波的覆盖半径，即室外覆盖半径为400米，室外信号穿透后室内覆盖半径为110米，则需要增加微基站的发射功率。下面以达到单天线单载波的覆盖半径为目标，从不同情况下的最大允许路损来分析微基站需要增加的功率。下表为定向三天线三载波的最大允许路损：密集市区上行室外(dB)下行室外(dB)上行室内(dB)下行室内(dB)CS12.2126 118 106 98 CS64122 116 102 99 PS16/64128 118 108 98 PS32/64124 118 104 98 PS64123 118 103 98 PS64/128123 119 103 99 PS64/384123 118 103 98 下表为定向单天线单载波的最大允许路损：密集市区上行室外(dB)下行室外(dB)上行室内(dB)下行室内(dB)CS12.2131 128 111 108 CS64127 126 107 109 PS16/64133 128 113 108 PS32/64129 128 109 108 PS64128 128 108 108 PS64/128128 129 108 109 PS64/384128 128 108 108 根据上表中使用三根天线时，微基站的最大允许路损可以看出，下行比上行差8dB。而且此时在密集市区的覆盖半径很小，室外只能达到210米，室内只能达到60米。如果要达到单天线单载波的覆盖半径，即室外覆盖半径为400米，室外信号穿透后室内覆盖半径为110米。则相比单天线单载波，下行发射功率需要提高10dB（3载波需要5dB，三根天线的功分需要5dB）。但是由于下行比上行差8dB，如果提高更多，上行覆盖将会受限，因此，微基站的功率需要提高8dB，即达到6W，可以扩大覆盖范围。5.2 微基站尺寸建议建议减小微基站的尺寸，可以适用于街道补盲和立交桥下的补盲。不致于引起行人过多的注意。6 微基站室外补盲的不同场景场景一：狭长的街道的定向覆盖在一个狭长的街道中，微基站一个扇区定向覆盖，可以解决在某个狭长街道的覆盖问题，同时也可以解决商业街等人群密集街道的容量问题。可考虑使用窄波瓣的高增益天线，选择90度高增益天线或65度高增益天线，使获得尽可能好的无线覆盖。场景二：高速公