基于有源天线的TD-LTE室分改造策略

施云涛, 王玮, 蔡伟明

（1 中国移动通信集团江苏有限公司南京分公司，南京 210029; 2 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029）

1 引言

TD-LTE主要承载高速数据业务，而视频电话、高清视频流、大型互动游戏等高速数据业务一般都发生在室内环境中，这些业务功能都需要较大的系统容量和良好的网络质量。对运营商而言，大量建设室内分布系统，可以有效吸收室内业务。室内分布系统还可以解决密集城区中高端用户的室内覆盖问题，有效缓解室外宏站的业务压力，降低网络的整体干扰水平，提高整个系统的容量，更好的满足用户对质量的要求。由于室内分布系统是解决室内覆盖和容量的主要方式，TD-LTE室内分布系统将是TD-LTE整个网络建设的重点之一。

TD-LTE系统中引入了MIMO技术，该技术有效提升用户上下行吞吐量。现有室内分布系统一般为单路覆盖，在数据业务容量需求较大的室内场景，为实现TD-LTE系统中的MIMO技术，必须新建一套天线以及射频信号分配系统。新建天馈系统会大大增加物业协调难度和工程改造成本，同时由于新旧系统的施工时间及天馈材料的不同，必然会导致双路功率不平衡，从而降低TD-LTE MIMO性能。

本文针对已有传统室内分布系统但双路改造难度较大的场景采用室分有源天线改造方案，并将该方案成功应用到TD-LTE规模试验网中，现场测试结果表明有源天线室内分布系统小区及单用户吞吐量和无源双路分布系统接近，该技术可实现完整的MIMO特性，且不改变现有的室内分布系统结构，有效降低工程改造量和建设成本。

2 基于有源天线的TD-LTE室分改造技术

TD-LTE有源天线室分改造技术中包括两个关键模块:（1）位于信源端的有源天线控制器模块；（2）位于天线端的有源模块。有源天线控制器将TD-LTE双通道RRU输出的两路信号变为一路信号，合成信号通过原有分布系统馈线传输至天线端，天线端的有源模块再将合成信号转变为两路独立信号，利用双极化天线将两路独立信号发射出去，在不改变原有室内分布系统结构的情况下实现完整的LTE MIMO特性，有源天线整体方案如图1所示。

图1 有源天线整体方案

2.1 有源天线控制器

TD-LTE双通道RRU输出的两路独立下行信号经过有源天线控制器后，一路直通，一路由下变频模块将2.3GHz频段TD-LTE信号移频至1.4GHz频段，经过线性功率放大器输出。直通信号和移频信号通过异频合路器合成一路信号后馈入原有室内分布系统传输。上行信号处理过程与下行信号相反，利用功分器将一路信号分为两路，一路经过滤波输出2.3GHz原始信号，一路经过低噪声放大、滤波、功率放大后上变频至2.3GHz频段，恢复成双路信号后输出至TD-LTE RRU。由于有源天线控制器安装在RRU端，控制器可通过电源供电。

2.2 有源模块

位于天线端的有源模块通过馈线供电，下行信号经过功分器后分为两路信号，一路经过滤波输出2.3GHz原始信号，一路经过低噪声放大、滤波、功率放大后上变频至2.3GHz频段，双路信号经过双极化天线发射给终端。上行信号处理过程与下行信号相反，双极化天线接收到的两路上行信号经过有源模块后，一路直通，一路由下变频模块将2.3GHz频段TD-LTE信号移频至1.4GHz频段，经过线性功率放大器输出。直通信号和移频信号通过异频合路器合成一路信号后馈入原有室内分布系统传输。

2.3 有源天线改造技术优势

有源天线改造技术具有以下优势：

（1）有源模块采用馈线供电，无需增加额外供电线路。

（2）系统可靠性高，有源模块与控制器损坏，仍可以提供单通道LTE和其他系统的正常覆盖。

（3）天线侧增加有源模块，改善系统信噪比。

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（4）工程调试简单，预设输出功率（5～15dBm），无需工程现场调试。

（5）不增加分布系统的改造，平滑实现2×2到4×4的演进。

（6）具备监控功能，控制器通过馈线多址监控有源模块。

3 有源天线与室分改造成本对比

有源天线改造方案中需新增有源天线控制器、有源模块及双极化天线、远程供电系统等设备。

3.1 有源天线系统设备成本估算

有源天线控制器4000元/套，每个RRU配置一套控制器；有源模块及双极化天线500元/副；远程供电系统10元/副天线。

覆盖10000m2的写字楼预计需吸顶全向天线135面，因此有源天线改造方案中需有源天线控制器1套，有源模块及双极化天线135副，远程供电系统135套，设备总成本约72850元。

3.2 增加一路室分设备成本估算

将室分场景分为低成本场景、中成本场景、高成本场景，按单路室分每平米设备综合成本估算，低成本场景：5元/m2；中成本场景：8元/m2；高成本场景：10 元 /m2。

3.3 改造设备成本对比

有源天线系统设备成本和增加一路室分设备成本对比如下：

对于低成本改造场景，有源天线系统设备成本高于常规改造设备成本，约为1.3倍；

对于中、高成本改造场景，有源天线系统设备成本低于常规改造设备成本，约为0.9倍、0.7倍；

有源天线不需要平层布放线缆，改造实施难度低。

4 测试结果

在TD-LTE传输模式3、上下行时隙配比2:2、无源天线功率不平衡小于1dB、无源天线间距大于4λ的条件下分别对无源天线和有源天线近、中、远点做下载和上传对比测试。

无源天线近点下载速率为61.52Mbit/s，上传速率为15Mbit/s，中点下载速率为59.98Mbit/s，上传速率为15Mbit/s，远点下载速率为28.4Mbit/s，上传速率为14.55Mbit/s。

图2 有源无源天线近点下载速率对比

有源天线近点下载速率为59.69Mbit/s，上传速率为14.99Mbit/s，中点下载速率为55.94Mbit/s，上传速率为14.85Mbit/s，远点下载速率为28.1Mbit/s，上传速率为14.7Mbit/s。

上述测试结果表明有源天线在近、中点下载上传速率与无源天线基本相当，在远点下载速率与无源天线基本相当，上传速率略高于无源天线，有源无源天线近点的下载和上传速率对比如图2和图3所示。因此TDLTE有源天线室分改造技术在不改变原有室内分布系统结构的基础上可实现完整的MIMO特性。

图3 有源无源天线近点上传速率对比

5 结束语

TD-LTE中的MIMO技术有效提升用户上下行吞吐量，传统室分实现MIMO特性必须新建一路通道。测试结果表明TD-LTE中的MIMO技术在不改变原有室内分布系统结构的基础上可以实现完整的MIMO特性，近、中、远点上下行吞吐量与无源天线基本相当，具有广泛的应用前景。

[1]王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京：人民邮电出版社，2011.

[2]赵训威，林辉. 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3]刘光毅，张勇, 姜大洁, 王启星. 智能天线及其在TD-LTE中的应用[J]. 电信科学，2009,(12)