TD-LTE室内覆盖解决方案浅析

TD-LTE室内覆盖解决方案浅析

李军函

广东海格怡创科技有限公司

摘要：本文主要从TD-LTE无线网组成以及关键技术；等及方面探讨了主题，旨在与同行共同学习。

关键词：TD-LTE；室内覆盖；关键技术；干扰

LTE作为目前通信技术的主流标准，各大运营商都先后加大了对LTE的投资与研究力度，全球大部分国家都已部署LTE网络。TD-LTE网络的优势在于能更好地支撑高速数据业务与多媒体业务。国内外业务发展规律表明，视频电话、视频流媒体以及在线游戏等高速数据业务70%都发生在室内环境中，TD-LTE室内覆盖建设势必成为TD-LTE网络建设的重中之重。

一、TD-LTE无线网组成以及关键技术

1.无线网组成

如上图所示，TD-LTE（E-UTRAN）在系统组成方面同TD-SCDMA（UTRAN）等前代系统相比最大的区别在于取消了RNC，eNB与EPC间通过S1接口直接相连，eNB与EPC节点多对多连接，形成网格网络，而eNB之间通过X2接口直接相连。

S1接口是eNB与EPC之间的接口，它分为用户面和控制面两个接口。S1的控制面接口（S1-MME）提供eNB和MME之间的信令承载功能。S1的用户面接口（S1-U）提供eNB和S-GW/P-GW之间的用户数据传输功能。X2接口是eNB和eNB之间的接口，该接口用于负载管理、差错处理以及终端的移动性管理，用户面接口称为X2-U，控制面接口称为X2-CP。

2.TD-LTE关键技术

（1）TD-LTE帧结构

LTE系统在空中接口上定义了无线帧来传输信号，时域上10ms为1个无线帧的长度。由5ms长度的半帧组成一个无线帧，在LTETDD帧结构中，每5个子帧（Subframe）组成一个半帧，每个子帧（Subframe）长度为1ms。子帧又可分为普通子帧和特殊子帧，一个半帧由4个普通子帧和1个特殊子帧组成。普通子帧由两个0.5ms的时隙（Slot）组成，特殊子帧包含3个特殊（UpPTS、GP、DwPTS）时隙。可以通过配置不同的时隙比例以及

DwPTS/GP/UpPTS的长度，

保证与TD-SCDMA的共存。TD-LTE物理层有5ms和10ms两种上下行切换周期。图1.2

为切换点周期为5ms的帧结构图，其中特殊子帧分布于子帧1和子帧6。对于切换点周期为10ms的帧结构，特殊时隙仅分布于子帧1。

（3）MIMO技术

MIMO技术可分为发射/接收分集和空间复用两类。以往的接收端天线设置为多面，主要是被用来增加空间分集从而增加增益。例如，发射端使用1根发射天线，这样具有相同信息的信号通过不同慢瑞利衰落信道的路径发送出去，在接收机端使用n根接收天线，接收到多个独立信号，再经过解调过程获得相对可靠的信号。如果发送信号到达接收机通过了n条不同的路径，并且各个天线接收的信号衰落是相对独立的，那么系统可以获得分集增益最大为n。这是接收分集的原理，那么对于发射分集技术来说，同样也可以利用增大发送分集增益提高系统可靠性。

（4）扰抑制技术

OFDM技术非常重要的特性之一就是子载波之间的正交特性会消除小区内部的干扰。然而，LTE移动网络都是同一频率多小区实际部署的，这样不同小区间的干扰（ICI）还是会存在，会严重影响网络质量。更加准确地讲，LTE系统在使用相同的频率资源基于OFDM技术组网时就会产生干扰。举例说明，两个用户分别位于不同的小区内，但是他们同时占用相同的频率资源块，这样那些被占用的频率资源块的信噪比会将到非常低的程度，结果造成非常差的网络性能。为了解决这个问题，3GPP在LTE技术研究过程中通过小区间干扰随机化算法、小区间干扰消除算法和小区间干扰协调（ICIC）算法这3钟干扰消除技术分析了各种小区之间的干扰。

（5）切换技术

对UE的移动性的支持，是无线网络最重要的功能之一，实现UE在不同小区之间顺利的切换，是网络质量的保证。对处于LTE_ACTIVE状态的UE进行E-UTRAN内的移动性管理，主要包括切换相关的所有步骤，如源网络侧切换判断、目标网络侧资源准备、通知UE使用新的无线资源及最后释放源网络侧的资源等，还包括上下文数据在相关节点之间的转发，以及更新用户面和控制面的节点关系。

这一方式目前只适用于E-UTRAN内部的切换流程，对于不同接入技术间的移动性，不排除其他的用户面解决方案。

二、室内覆盖系统的必要性以及系统特性

1.建设的必要性

移动数据业务迅猛发展并将很快成为移动网络运营业务的主要组成部分，移动数据业务运营收入的最重要特点体现在业务量增长呈非线性关系，因此必须通过提高频谱效率、降低建设成本等有效手段来提高单位比特业务量的提供成本，增强网络竞争力。数据卡需结合笔记本电脑使用的特点决定了数据业务更多产生在办公室、家庭等室内区域，根据国际咨询公司的预测，移动通信业务在室内发生的比例高达70%并会继续提升，而发生室内业务的高发场所包括家庭、办公室。

建设室内覆盖系统不仅解决室内无线网络的覆盖问题，而且也能改善了室内覆盖区域内的通话质量，提升移动数据业务下载及上传速率，提供了质量相对较高的室内移动通信区域，同时对于高层覆盖的乒乓效应问题也会有明显的改善。建设室内覆盖系统同时可以解决网络容量的问题，室内覆盖系统的目标物业点之间可以形成良好的隔离，有利于实现更为紧密的频率复用，提高单位面积上的业务提供能力，并有效分担室外宏蜂窝话务。

2.系统特性

室内覆盖系统相对于室外宏蜂窝系统具有一些典型的特征，这些特征对室内覆盖系统的规划设计提出了特殊要求。

（1）与宏蜂窝网络的协同特性

室内覆盖系统不是独立存在的，它与宏蜂窝系统组成层次网络，需要综合考虑与宏蜂窝网络之间的频率规划、干扰规避、小区选择与切换、负荷分担等问题；与此同时，宏蜂窝网络的覆盖需求决定了很难针对室内覆盖系统的需求进行调整，因此室内外覆盖的协同是室内覆盖系统面临的一个主要问题。

（2）不连续覆盖特性

室内覆盖系统的目标物业点是孤立的，一般物业点之间的系统是相互独立的，需要考虑的只是物业点内部各个小区之间的相互影响。基于不连续覆盖的特性，室内覆盖系统可以使用更紧密的频率复用方式，从而实现更高的容量；同时，室内覆盖系统各物业点方案可以完全独立，更适宜进行有针对性的规划与设计。

（3）设备特性

三、四网干扰分析

1.交调干扰

在引入TD-SCDMA（F、E频段）、TD-LTE2.6GHz）以后，新技术制式与现有技术制式之间产生交调干扰。在工程设计中应关注可能存在的干扰，使用时应注意避让的频率组合：

（1）下行信号的交调干扰上行频率组合1

干扰频段：f1（GSM900下行（部分频段：940～950MHz））。干扰频率组合：2f1。被干扰频段：TD-SCDMA（F频段）（全部频段：1880～1900MHz）。此干扰组合对系统容量和性能影响较大，需要完全避免以上组合。

（2）频率组合2

干扰频段：f1（GSM900下行）、f2（DCS1800下行）、f3（TD-LTE（2.6GHz））。

干扰频率组合：f1-f2+f3。被干扰频段：DCS1800上行。

（3）上行信号的交调干扰上行有GSM900上行时、尽量避免DCS上行与LTE（2.6GHz）之间共路；有TD-SCDMAA频段时，尽量避免DCS上行与TD-SCDMAE频段（2320～2350MHz）合路。

2.杂散与阻塞干扰

除了交调干扰外，各制式间还存在杂散干扰和阻塞。

注：2.3GHzTD-LTE与上述制式进行过天线隔离度外场测试，与GSM900、1800、WCDMA的水平1m和垂直0.5m隔离度大于104和94.5，71dB和94dB、75dB和94dB。其中GSM900&CDMA850端口频段为806〜960MHz，增益15dBi，极化方向：+/-45°；DCS1800&UMTS端口频段为1710〜2170MHz，增益17dBi，极化方向：+/-45°。选择的LTE天线频段为2300〜2700MHz，增益18dBi，极化方向：+/-45°。

结语

在四网融合的业务发展背景下，GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN具备不同的覆盖能力和业务场景，将长期共存。多技术室内分布系统的设计需要统筹考虑，使分布系统资源得到充分、合理地利用，避免重复建设、重复施工以及系统间相互影响，以确保投资效益，同时满足覆盖和质量需求。

参考文献：

[1]LTE无线网络规划与设计》编委会，LTE无线网络规划与设计[M]，北京：人民邮电出版社，2012.

[2]王映民等，TD-LTE技术原理与系统设计[M]，北京：人民邮电出版社，2010.

[3]窦中兆，雷湘，WCDMA系统原理与无线网络优化[M]，北京：清华大学出版社，2009.

[4]刘德昌.TD—LTE室内覆盖解决方案[J]，电信工程技术与标准化，2012（10）：48-52.