基于薇蓝有源天线系统的TD-LTE全覆盖浅析
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摘要：随着智能终端和移动互联网的快速发展，大部分发生在室内场景的数据业务在系统中所占比重持续增大。如何在满足网络性能的同时，降低工程实施难度与造价，实现LTE网络在室内的快速部署？本文针对TD-LTE室内全覆盖课题提出了基于薇蓝有源天线系统的解决方案，并引用了一个真实的改造工程来作案例进行分析。
中图分类号： TN82 文献标识码： A 文章编号：
1、概述
LTE室内传统覆盖为了保证完整的MIMO特性，需要2套天馈系统，采用双天线或双极化天线来解决热点区域和数据业务密集区的覆盖，针对老的室内覆盖系统，有以下三种改造方案：
由上图可见，前两种方案均涉及到新建天馈线系统，建设工程量大，物业协调难度高，总体建设难度较大，且双路系统的性能受双通道功率不平衡的影响较大，测试表明当双路功率差高于10dB时，小区容量损失在30%-40%以上。而第三种方案TD-LTE 系列有源薇蓝天线是一种利用单根馈线实现双流MIMO 的TD-LTE 的室内覆盖设备，简化了LTE 的双流信号覆盖时的大量的馈线安装工作，也可节省大量的馈线，在保证性能的前提下，降低TD-LTE室分系统建设难度和改造工程量。
2、工程案例
面对TD-LTE室内双路改造需求，我国部分厂家从2011年7月开始，在北京、广州、南京、杭州多个地点进行蔚蓝有源天线的验证。经过多次实验分析进行参数优化，有源天线系统性能已经接近无源双路室分系统，并且提升了边缘上行速率及降低了UE功耗，通过近年的在网测试，产品可靠性已满足长期使用要求。
以下举一个实际的工程作为案例说明：
2.1信源选取
西南某市一移动运营商营业厅改造，BBU在机房内落地安装，由机房内提供交流供电，共设置1台BBU设备，.1台RRU(双通道)，每通道的机顶发射功率为10W，即每通道最大发射功率为40dBm，分别在移动机房和楼梯内挂墙安装，供电由机房BBU引接供电电缆。
2.2室内分布系统设计
1）覆盖方式
本次方案设计采用有源分布系统，有源设备主要为有源合路器、同轴远程馈电单元、薇蓝有源天线。
2）覆盖效果分析
①传播模型
室内无线传播模型相对于室外无线传播模型来说，种类相对较少，目前室内传播模型应用较广的有：Keenan-Motley模型和ITU推荐的ITU- RP.1238室内传播模型，推荐使用ITU-R P.1238室内传播模型。
ITU-R P.1238模型
：距离损耗系数
：频率，单位MHz
：移动台与发射机之间的距离，单位为m ，
：穿透损耗系数，
= *
：墙壁损耗参考值；：墙壁数目
：慢衰落余量，取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关。
②边缘场强分析
边缘场强 = 天线口功率+天线增益-自由空间传播损耗（含衰落余量）
由于室内环境的多样性，一般而言，进行实际模型测试是比较准确的。本报告衰落余量均根据模测经验值计取。
天线增益：3dBi（吸顶天线）
楼层天线覆盖半径最远为8米，自由空间传播损耗为：
Lr = 28lgd + 20lgf + p*w -28 = 28lg8 + 20lgf + p*w - 28
根据模测经验值，衰落余量（含墙体、人体损耗）一面墙体时取15dB，两面墙体取15×2dB。
由此可得楼层距离天线最远8米处的边缘场强为：
天线口单导频功率+天线增益-自由空间传播损耗（含衰落余量）
= 天线口单导频功率+3-（20lg10+28lgf-28）（dBm）
表4楼层边缘场强分析
③电磁辐射防护分析
根据中华人民共和国国家标准《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702-88，电磁辐射的限值为：
公众照射，在一天24小时内，环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度
职业照射，在一天8小时工作时间内，电磁辐射功率密度的平均值(连续6分钟) 应
对电磁辐射源豁免的要求为：
输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备，频率为3-300000MHz时，电磁辐射体的等效辐射功率小于100W。
本工程天线口最强信号电平为15dBm（0.035W）时，设人员活动范围为距天线1米以外，则最强功率密度为：0.0025W/m2，其电磁辐射满足公众照射防护要求，符合国家规定的电磁辐射标准。
④设备供电方式
室内信号分布系统有源天线通过馈线采用+24V直流供电，TD-LTE有源合路器和同轴远程馈电单元采用220V交流供电或-48V直流供电。
整个供电系统容量应按远期负荷配置，交直流配电箱安装于营业厅1楼机房内，其配电箱内开关数量、容量应根据实际需求确定，为每个有源设备应提供独立的空气开关保护。
⑤系统设计方案
A．对城一大坪营业厅室内分布系统天馈方案进行设计
本方案为改造LTE系统，覆盖营业厅全部区域。
楼层天线的安装：根据楼宇的特点对楼层内覆盖基本采用薇蓝天线方式进行覆盖，天线为外装，馈线和其他无源器件均在天花板内。
相关天馈系统设备技术指标见国家有关标准。
具体天线分布及走线路由情况略。
B．对营业厅室内分布系统设备进行选择
营业厅室内分布系统选用的有源源设备为：薇蓝天线2个、TD-LTE有源合路器1个、同轴远程馈电单元1个。
相关设备技术指标参见国家有关标准。
具体设备分布情况略。
2.3工程施工安装标准及过程略。
2.4改造后系统测试结果
测试结论：
1）通过以上测试数据进行比较分析，有源天线在下行数据比无源分布系统低约4%，上行中远场还有近10%的增益，产品满足设计要求；终端发射功率下降5-15dB。
2）蔚蓝有源天线系统与无源双路系统的小区平均吞吐量性能互有优劣势，总体性能基本相当，相对于单路系统在容量上具有约1.5-1.8倍的增益，分布系统的小区容量有明显提升。
下行：变频系统小区平均吞吐量低约4%。
上行：小区平均吞吐量基本相当，小区边缘吞吐量有一定增益，并且终端发射功率有所降低。
3）蔚蓝有源天线系统的引入对2G、3G覆盖范围基本无影响。
3、总结
综上所述，薇蓝有源天线系统适用于不具备双路分布系统改造条件、且有较大容量需求的场景，能在满足网络性能的同时，降低工程实施难度与造价，实现LTE网络在室内的快速部署。但如何解决下行变频系统小区平均吞吐量的降低仍有待进一步的研究。
参考文献:
[1]高泽华. [室内分布系统规划与设计—GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN] [M].北京：人民邮电出版社， 2013.
[2] 本书编委会.LTE无线网络规划与设计[M]. 北京:人民邮电出版社，2012.
[3] 上海市无线电协会. 移动通信多系统室内综合覆盖[M].上海:上海科学技术出版社，2013.