LTE关键技术及室内分布建设方案探讨

    袁路

    

    摘要：LTE室内覆盖建设不仅是运营商4G建设的难点和重点，也是业务的主要来源。文章通过对室内覆盖发展的趋势预判，阐述了LTE关键技术，并针对不同室内覆盖建设方案进行了分析和对比，总结了各个建设方案的特点，为LTE室内覆盖建设提供了一些参考。

    关键词：LTE关键技术；LTE室内覆盖；建设方案

    1室内覆盖发展的背景与趋势

    移动通信历经几十年的发展已经迈向4G，占据主导地位的传统语音业务的下滑趋势日渐明显，渐渐让位于数据业务，通信技术已经慢慢渗透到越来越多的行业和应用场景中。移动通信的日新月异不仅深远地影响着人们的生活和工作，而且给移动通信行业未来的发展模式带来了新的机遇和挑战。据统计，大约80%的业务来自于室内，因此室内覆盖建设是LTE网络建设期运营商关注的重中之重。室内覆盖的发展已历经十几年，技术已趋于成熟，未来几年室分建设将呈现有源设备数字化、信源设备多模化、微型化，分布系统光纤化，天馈系统共享化、天馈系统MIMO化等发展趋势。LTE建设如火如茶，LTE的室内覆盖建设也将提出新的要求。笔者将以LTE的关键技术为切入点，分析与研究LTE室内覆盖建设的方案和架构。

    2 LTE关键技术

    2.1 MIM0技术

    MIMO技术即是“多输入多输出”，简单来说，通过分别在发射端和接收端使用多个发射天线和接收天线，从而可以多路径发射和接收信号，起到提高通信质量的作用。MIMO技术能有效利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，可以实现系统信道容量的成倍提高，但频谱资源和天线发射功率却保持不变，显示出明显的优势，被视为4G移动通信的核心技术。

    MIMO技术主要包括空间复用和发送分集2项技术。其中空间复用技术指的是在不同的发送天线上发送各种各样的信息，充分利用空间信道的弱相关性，从而让数据传输的峰值速率提高；发送分集指的是在不同的发送天线上发送包含相同信息的信号，通过空间信道的弱相关性、频率或时间上的选择性等，能有效对抗多径衰落，来提高信号传输的稳定可靠性，显著提高传输速率和频谱利用。

    2.2 OFDM技术（正交频分复用技术）

    OFDM技术是4G通信技术的核心技术。其原理是先将高速的数据信号转换为低速子信号，在被分割的多个正交子信道中进行传输。每个子载波占据相对窄的信道带宽，具有大带宽的抗衰落特性和子载波小带宽的均衡简单特性，这样可以实现抗衰落与系统均衡的目的。OFDM技术的频谱利用率可接近奈奎斯特极限，其利用率很高；该技术的抗衰落能力强，且传输数据的速率快。OFDM技术中用户可选择最好的频率资源，获得频域多用户分集增益；具有较强抗码间的干扰能力，该技术引入CP（循环前缀），长于信道时延扩展即可消除码间干扰。

    2.3多用户检测技术

    多用户检测技术能尽可能消除码间干扰，对提高通信系统的性能有很大益处。其原理是把所有用户的信号都当作有用信号而不是干扰信号来处理，这样就可以充分利用各用户信号的用户码元、幅度、相位、时间和时延等信息对单个用户的信号进行联合检测，从而大幅度地降低多径多址干扰。作为4G通信技术中关键技术2_--，主要通过消除小区间干扰来改善通信性能和系统容量。实际容量的增加取决于算法的有效性、无线环境和系统负载。除了系统的改善，还可以有效的缓解远近效应。

    2.4 SA技术（智能天线技术）

    SA技术即是智能天线技术，也叫自适应阵列天线，主要采用空分复用（SDMA），利用在信号传播方向上的差别，可将同频率、同时隙的信号识别区分，能在较大程度上抑制多用户干扰、提高系统容量。在移动通信中，电波传播受到很多因素影响如地形、建筑物、自然环境等，从而产生时延扩散、瑞利衰落、多径、多址干扰等问题，使通信质量受到严重影响，智能天线可以在空间域内抑制交互干扰，并能改善信号质量和增加传输容量。其核心是通过调节天线阵列的方向图形，对各天线链路上接收到的信号按一定准则的算法进行合并，达到增强所需信号、抑制干扰信号的目的。

    3 LTE室内覆盖建设方案

    建设室内分布系统是运营商常用的室内覆盖建设手段，在满足新频段和新的设计指标要求下，一般需要对原有室分系统进行改造，若考虑实现MIMO性能，更需考虑新建或改造成双通道室分系统。但传统方式的建设往往面临工程实施难度大，物业难以协调的困难，实际应用较为困难。即便如此，信源+室内分布系统的方式目前仍是最常用、最直接的建设方案，如图1所示。

    3.1 LTE室内覆盖的特殊性

    LTE从使用频率、技术特性、建设难度及建设要求等方面与2G、3G室内覆盖建设相比，存在着较大差异，这也导致LTE室内覆盖建设存在如下特殊性：

    （1）LTE系统主要应用在1.8G、2.1G、2.6GHz等高频段，高频段的无线信号传播损耗更大，穿透力不强，更容易出现弱覆盖，特别是“2G信号外泄严重、3G有覆盖、4G弱覆盖”的不均衡现象突出，导致部分系统上下行不平衡。

    （2）LTE系统的多输入多输出性能，上下行速率大幅提升，LTE解调能力对SINR更为敏感，这些LTE网络特性都对室内覆盖的网络质量要求大大提高。

    （3）当前室内覆盖同时存在2G/3G/WLAN/LTE多种制式，在引入LTE信号后，面临诸多难点，如规避干扰、链路平衡、多网融合方式等。

    3.2 LTE室内覆盖建设方案分析

    为了提升室内覆盖效果，加快网络建设进度，国内外通信厂商提出了多种用以提升室内覆盖效果的解决方案。目前LTE主要采用信源+室内分布系统的覆盖方式，可以采取2种思路：LTE独立新建或者利旧原有室分系统。从投资效益和资源节约的角度来说，往往都希望能充分利用现有资源来部署建设，但2种各有利弊，实际网络建设中，运营商需要从网络的实际情况出发，全面评估、衡量。

    目前，现有室分系统多为全向单极化天线，馈线为单路。因此，在引入LTE时，可能面临几个选择：单通道还是双通道；独立建设还是利旧；天线是单极化还是双极化。

    运营商可以根据网络的实际情况，全面衡量之后选择不同的室分建设方案，目前主要采取以下几种方案：

    （1）LTE单通道独立建设方案。LTE室分系统独立建设，新建一路室分系统，不实现MIM0，与现有2G/3G室分系统完全隔离，2套系统均不会互相干扰，可以独立进行规划优化，但缺点是单通道LTE性能不能充分发挥，现有资源未能有效利用。适合于非热点、现有室分利旧较有难度的站点。

    （2）LTE与2G/3G单通道共用建设方案。LTE采取利原有2G/3G室分系统，不实现MIM0，2G/3G/LTE信源合路后采用一套室分系统进行建设，虽可以有效利旧现有资源，但前提要求是原有2G/3G室分系统支持LTE频段。此种方案需充分考虑插损、传输损耗、系统干扰等因素的影响，适合于物业协调难度大、非热点区域。

    （3）LTE与2G/3G双通道双极化天线共用建设方案。LTE采用双通道，使用两路室分系统，实现MIM0。一路系统新建，一路系统共用2c/3c原有室分系统，如图1所示。此种方案需要改造现有室分系统，增加合路后需考虑插损、系统隔离度等因素，这种方式充分利用了现有资源，实现了MIMO，能够最大程度体现LTE的优越性能，是运营商最常采用的建设方案。

    （4）LTE双通道双极化天线独立建设方案。此建设方案多适用于新建热点区域的LTE室分建设，通过采用双极化天线+两路系统实现了MIMO，可以实现LTE系统的独立规划与优化，能够带来较好的用户体验、容量和上下行速率，避免了采用双倍的单极化天线，节约资源，且较易满足室内天线的占用空间。

    4结语

    LTE室内覆盖建设应综合考虑业务需求、网络性能、改造难度、投资成本等因素，选择合理的建设方案。文章对比分析了LTE室内分布系统多种建设方案，为今后的LTE室内分布系统建设提供重要的决策建议。