TD-LTE室内分布系统规划设计思路和方法解析

汪颖 程日涛 张海涛

（中国移动通信集团设计院有限公司 北京 100080）

1 研究背景和意义

目前移动通信行业竞争日趋激烈，为了应对新的业务发展要求和竞争环境，国际运营商加速了网络的升级与演进。31个国家的64个运营商承诺在2012年以前部署LTE，Top50的运营商中有60%的运营商确定在2012年前部署LTE。中国政府大力支持TD发展，推动扶持TD发展政策不断得到落实， TD-LTE是TDSCDMA网络演进的方向，目前中国移动已经开始积极进行试验网的建设部署。

根据NTT DoCoMo的统计数据，手机用户70%以上的话务需求发生在室内，加上TD-LTE高速数据业务的定位对信号质量要求较高，因此加大室内覆盖力度是保证TD-LTE网络建设质量的重要手段。

由此看来，在迎来TD-LTE大规模发展和建设的前夕，透彻研究和分析TD-LTE室内分布系统设计思路及方法是非常有必要的，对指导TD-LTE网络建设意义重大。

2 TD-LTE室内分布系统规划设计思路

TD-LTE室内分布系统规划设计思路具体见图1。

图1 TD-LTE室内分布系统规划设计思路

以下章节将对TD-LTE室内分布系统规划设计中的关键环节，包括干扰分析、覆盖性能分析和建设模式选择等方法思路分别进行具体解析。

3 TD-LTE室内分布系统干扰分析

3.1 TD-LTE与其他系统工作频段

本文主要考虑TD-LTE与以下无线系统共址共存情况。

3.1.1 中国移动各系统工作频段

GSM900：890～909MHz，935～954MHz；DCS1800：1710～ 1730MHz，1805～ 1825MHz；TD-SCDMA：1880～1900MHz（F频段）；2010～2025MHz（A频段）；2320～2330MHz（E频段）；

TD-LTE（规模试验网使用）：室内：2350～2370MHz；室外：2570～2620MHz频段。

3.1.2 中国联通各系统工作频段

GSM900：909～915MHz，954～960MHz；DCS1800：1745～ 1755MHz，1840～ 1850MHz；WCDMA：1940～1955MHz，2130～2145MHz。

3.1.3 中国电信各系统工作频段

cdma 1X：825～835MHz，870～880MHz；cdma EV-DO： 1920～ 1935MHz，2110～2125MHz。

3.1.4 WLAN

WLAN属于开放频段，目前较成熟的标准有802.11b、802.11g和802.11a等3个标准，分别工作在2.4GHz和5GHz频段；另外802.11n是最新的WLAN标准，可以工作在2.4GHz或5GHz频段。其中2.4G频段频率范围为2.400～2.4835GHz；5GHz频段频率范围为两段，一段为5.150～5.350GHz，另一段为 5.725～5.850GHz。

3.2 干扰分类分析

在进行室内分布系统间的干扰分析时，主要应考虑邻频干扰、杂散干扰、阻塞干扰和互调干扰情况。

3.2.1 邻频干扰

邻频干扰指由于干扰台邻频道功率落入接收邻频道接收机通带内造成的干扰。干扰抑制主要取决于发射机的邻道泄漏比和接收机的邻道选择性性能。

目前TD-LTE室内拟使用的频率为2350～ 2370MHz，TD-SCDMA使用2320～2330MHz（中间预留20MHz，根据业务发展情况确定使用方案），存在邻频干扰。当二者采用共模RRU时，需通过上下行时隙对齐方式规避系统间干扰。

3.2.2 杂散干扰

杂散干扰是指干扰设备发射的带外噪声落入被干扰接收机的接收频带内，形成对有用信号的同频干扰。杂散发射包含谐波发射、寄生发射、互调产物及变频产物。

如果两个基站之间没有足够的隔离或干扰基站的发送滤波器没有提供足够的带外衰减，则落入被干扰基站接收带宽内的寄生辐射很强，导致接收机噪声门限的增加，接收机灵敏度降低，造成性能损失。因此杂散干扰分析主要考虑的是如何保证各发射系统对各个接收系统的杂散干扰在可以容忍的范围内。在分析杂散干扰时有一个原则，即在分析一个系统所受到的杂散干扰时，主要考虑其他系统的带外杂散落到本系统带宽内的功率与本系统带宽内的空间热噪声功率的关系，杂散功率越接近于空间热噪声功率，系统灵敏度所受影响越大。

3.2.3 阻塞干扰

任何接收机都有一定的接收动态范围，在接收功率超过接收动态允许的最大功率电平时，会导致接收机饱和阻塞。阻塞干扰是指被干扰接收机接收频带外的强信号干扰，使得接收机灵敏度恶化。当较强功率加于接收机时，导致接收机过载，使链路中的有源器件饱和进入非线性区所引起的放大增益被抑制，引起的接收饱和失真造成的干扰。

阻塞干扰的隔离度计算以规范规定的阻塞干扰信号指标为准，将干扰系统在天线口的发射功率与规范规定的阻塞干扰信号指标相减，即得到避免阻塞干扰所需要的隔离度。

3.2.4 互调干扰

互调（IM）或互调失真（IMD）是两个以上单频信号通过一个非线性系统/设备/器件时，在时域失真，在频域产生的一系列基本频率分量的组合。这些互调产物如果正好落在某个通信系统的上行通道内，因与上行信号频率相同，无法用滤波器滤除而造成干扰，从而降低接收机的性能。

当无线通信系统中系统的数量比较少时，互调产物与高次谐波干扰接收系统的可能性就小很多，但是当无线通信系统数量很多时，无源互调产物与高次谐波干扰接收系统的可能性就大很多。这种干扰落入接收机的带内，将没有办法利用滤波器把这种干扰进行滤除，因此需要对融合的系统间的互调产物是否会落在接收系统的带内进行分析。对于互调干扰而言，首先要看是否存在落入带内的互调信号，而且只有奇数阶和低阶互调对被干扰系统性能存在较大影响，即在分析互调干扰隔离之前，需要先分析两个干扰和被干扰系统之间是否存在对性能指标影响的奇数和低阶互调。

对于LTE使用2350～2370MHz频率的情况，经过分析计算，不会与GSM、DCS和TD系统产生互调干扰，因此互调干扰不再考虑。但如分布系统中同时合路的系统较多（一般认为大于等于5个时），此时系统间的干扰组合非常多，已经不能通过简单的干扰分析来判断，则建议采用POI收发分缆系统进行干扰规避。

3.3 TD-LTE与其他系统的干扰隔离要求

在计算TD-LTE与其他系统干扰隔离要求时，采用各个系统的协议指标，具体如下：

GSM（DCS）：3GPP TS 05.05 V8.20.0 （2005-11）；

WCDMA：3GPP TS 25.104 V9.2.0 （2009-12）；

cdma 1x：YD-T 1029～ 1999800MHz CDMA数字蜂窝移动通信系统设备总技术规范基站部分；信部无[2002]65号；

cdma EV-DO：YD-T 1556～ 20072GHz cdma2000数字蜂窝移动通信网设备技术要求：基站子系统；

TD-SCDMA：YD/T 1365～ 20062GHz TDSCDMA数字蜂窝移动通信网；无线接入网络设备技术要求；

WLAN：关于调整2.4GHz频段发射功率限值及有关问题的通知（信部无[2002]353号）；

TD-LTE ：3GPP TS 36.104 V9.3.0 （2010-3）。

同时假设：

TD-LTE的工作频带宽度为20MHz；

被干扰系统接收机灵敏度降低1dB为干扰容忍的门限。

分别计算杂散干扰和互调干扰隔离度要求后，取二者的最大值，则TD-LTE与其他系统的干扰隔离度要求如表1所示。

表1 TD-LTE与其他系统干扰隔离度要求

3.4 TD-LTE与WLAN系统干扰解决建议

WLAN工作在2400～2483.5MHz，TD-LTE室内工作于2350～2370MHz频段，两系统频段相近，且隔离度要求高（88dB）。因此，当TD-LTE与WLAN同区域覆盖时，应优先考虑WLAN与TD-LTE共室分系统组网，此时可以通过提高合路器的隔离度至88dB以上或采用WLAN末端合路方式,通过分布系统间的损耗进行干扰规避。

如二者采用独立建设方式，则可通过在LTE发射机端和WLAN AP端增加滤波器（带外抑制度应根据具体情况核算），同时保证较大水平隔离距离（建议在2m以上）的方式加以解决。

4 TD-LTE室内覆盖性能分析

4.1 TD-LTE覆盖特性

受TD-LTE关键技术决定，其覆盖特性具有自身鲜明的特点，其在覆盖目标业务、覆盖影响因素、覆盖性能提升手段等方面均与TD-SCDMA有较大差别，具体见表2所述。

4.2 TD-LTE室内覆盖规划方法

根据TD-LTE室内分布系统新建或改造性质的不同，应采用不同的方法进行覆盖规划。

4.2.1 方法一：由目标边缘速率估算覆盖半径

即根据系统覆盖速率目标，确定边缘用户资源配置及调制编码方式等配置，然后通过仿真获得对应的解调门限，再计算系统发射机一定的功率配置下可覆盖的区域距离。具体规划流程如图2所示。

本方法适用于在TD-LTE独立新建时进行的覆盖规划。

4.2.2 方法二：已知覆盖半径估算边缘速率

本方法根据室分已有点位和覆盖区域情况，仿真并估算一定功率配置下系统发射机覆盖区域边缘可达到的用户质量SINR，再进一步得出对应的上、下行用户边缘数据速率，并核算是否符合TD-LTE指标要求。具体规划流程如图3所示。

本方法以现有TD系统室内覆盖规划为基础，估算TD-LTE与原有TD室分合路情况下用户可体验到的数据速率，适用于TD－LTE室分改造场景。

4.3 TD-LTE室内传播模型选取

TD-LTE室内拟采用2.3GHz频段（2350MHz～2370MHz），建议采用目前使用较多的衰减因子传播模型,计算路径损耗的公式如下：

PathLoss(dB)＝PL(d0)＋ 10×n×lg(d/d0)＋R

其中：

PL（d0）：距天线1m处的路径衰减，2350MHz时的典型值为39.4dB；

d为传播距离；

n为衰减因子。对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。

图2 TD-LTE室内覆盖规划流程（方法一）

表2 TD-LTE与TD-SCDMA覆盖特性对比

R：附加衰减因子。指由于楼板、隔板、墙壁等引起的附加损耗。

图3 TD-LTE室内覆盖规划流程（方法二）

4.4 TD-LTE与TD-SCDMA室内链路预算对比

在进行TD-LTE室分系统改造时，需以现有TDSCDMA室内覆盖规划为基础进行；另外即使完全新建TD-LTE室内分布系统，也应综合考虑GSM、TDSCDMA的覆盖需求进行规划设计。因此首先需要对比TD-LTE与TD-SCDMA室内链路预算情况，以掌握二者覆盖能力的差异。相关指标取定情况如下：

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-85dBm；天线口PCCPCH信道（双码道）功率分别取5dBm和10dBm。

TD-LTE：系统总带宽20MHz，100RB；系统支持并发用户数10，单用户10RB；基站单通道发射功率43dBm，终端最大发射功率23dBm；依据现有研究情况，目标边缘业务速率取为1Mbit/s，室内RSRP取为不低于-105dBm。

具体对比情况见表3所示。

表3 TD-SCDMA与TD-LTE系统链路预算对比表

可见在以上指标要求下，TD-LTE理论计算的最大允许路径损耗为117.2dB，与TD-SCDMA基本相当。且实际工程设计中，TD-SCDMA室内分布系统规划中已经考虑了为E频段引入预留的覆盖余量需求，因此TD-LTE天线点间距可基本参照现有TD-SCDMA系统进行设置。

5 TD-LTE室内建设方案分析

5.1 室内建设模式分析

TD-LTE室内建设可分为两种模式：

模式一：MIMO双流建设方式。即通过两路独立馈线和天线构成2×2 MIMO系统，通过使用SFBC、空间复用等提高覆盖和用户速率。

模式二：SIMO单流建设方式。即TD-LTE基站仅输出一路，形成 1×2 SIMO系统。

对于以上两种建设模式，前期分别进行了相关测试以对比峰值用户速率情况，具体如下：

5.1.1 研究院实验室测试

（1） 测试条件：载波带宽20MHz、单用户、MIMO吸顶天线间距0.5m（4倍波长）、

无室外及室内其他干扰。

（2） 测试结果：不支持MIMO的室分系统，实测峰值速率41Mbit/s；MIMO室分系统，实测峰值用户速率75Mbit/s，是不支持MIMO室分速率的1.83倍。

5.1.2 上海世博信息通信馆测试

（1） 测试时间 ：2010年 4月。

（2）测试条件：载波带宽20MHz、MIMO吸顶天线间距约1.5m。

（3） 测试结果：MIMO室分系统相比单天线系统有大约1.5倍的增益。

可见使用MIMO双流建设方式用户峰值吞吐量有较大提升，能充分体现MIMO上下行容量增益，而SIMO单流建设方式用户峰值吞吐量无法提升，无法充分发挥LTE性能优势。

但从室分系统改造量来讲，使用MIMO双流建设方式的工程改造量、协调量和投资均较大。

5.2 MIMO双流分布系统方案分析

5.2.1 建设方式

MIMO双流天馈线系统具体实施又可分为两种方案：

5.2.1.1 一路新建，一路合路

（1）方案描述：不改动原系统天馈线的基础上，新增加一路天馈线系统；TD-LTE一路接入新建馈线，另一路与原室分系统合路。前提是目前室分无源器件的频段范围已涵盖了LTE频率。

（2）方案分析：根据上述章节的干扰分析和覆盖性能分析，在合路器隔离度指标满足要求的情况下，TDLTE与TD-SCDMA合路可以满足覆盖要求；另外根据TD室分建设指导意见要求，天线工作频率范围要求为800～2500MHz ，可以直接支持LTE系统。

（3） 优势：本方案充分利用了已有室分系统，较大减少了工程协调量和投资。

5.2.1.2 两路新建

（1） 方案描述：在不改动原分布系统天馈线的基础上，额外增加两路天馈线系统供TD-LTE使用。

（2） 方案分析：本方案与其他通信系统相对独立，但对于已有分布系统的建筑，新增两路天馈线系统实施难度大，涉及的网络改造量和投资均较大。

（3） 优势：后期如引入更为先进的技术或手段时改造比较方便；另外可通过空间隔离最大限度规避多系统合路产生的干扰风险。

具体采用哪种建设方案应结合室分物业点的资源条件和已有系统情况综合确定。

5.2.2 天线设置

5.2.2.1 单极化天线

采用MIMO天线方案时，对于单极化天线至少需要新增一路天线。

从目前测试情况看，为了保证MIMO性能，建议双天线尽量采用10λ以上间距，约为1～1.5m，如实际安装空间受限双天线间距不应低于4λ（0.5m）。

5.2.2.2 双极化天线

即采用双极化天线代替两副单极化天线，馈线仍需要两路。对于室分改造场景而言，本方式无需增加天线数量和改变点位位置，仅需更换天线类型。

目前天线厂家已有室内双极化天线产品，正在进行不同场景条件下的测试验证，具体应用可视产品成熟度和测试情况确定。

5.3 其他方案分析

以上分析均是基于TD-LTE采用分布式架构的室内覆盖信源进行的，由于其相对于传统的信源具有组网灵活、可分散分布功率资源、易于组成超级小区等优点，非常适合作为各场景下室内覆盖系统的信源。

另外随着产业链成熟，在Femto基站、Pico基站规范和技术相应成熟后，也可根据场景需要选择微微基站方案作为室内覆盖应用方案。以下为目前Femto室内覆盖方案和Pico RRU 方案的优势及存在问题分析。

5.3.1 Femto室内覆盖方案

（1） 优势：多个Femto可提供更大容量；简化室内布线；增强客户粘性；体现固定移动捆绑效果；

（2） 存在问题：单个Femto覆盖范围较小，较难实现大型建筑物的无缝覆盖；Femto间的干扰、同步方案较宏站更复杂；开放网络为运营、维护带来风险等。

5.3.2 Pico RRU方案

（1） 方案描述：信源采用BBU + Pico RRU方式，且信源自带天线；

（2） 优势：线缆主要为光纤，布线方便；设备采取线路供电方式，取电较灵活；弹性组网，方便网络规划和优化；

（3） 存在问题：设备尚未成熟；有源设备多，不利于维护；不适合在大型室内分布场景应用。

[1]王映民, 孙韶辉等. TD-LTE技术原理与系统设计. 北京：人民邮电出版社

[2]徐兆吉, 赵鑫, 芮鹤龄, 陈其铭. TD-LTE技术发展策略和标准方案项目. 中国移动通信集团2009年联合研究项目成果报告

[3]赵旭凇, 张炎炎. TD-LTE覆盖性能分析. 中国移动通信集团设计院2009年科研专业项目成果报告