張耀旭　許珺　范斌

摘 要：室內(nèi)覆蓋在網(wǎng)絡建設中是極其關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)，越來越受到運營商的重視，MIMO作為LTE核心技術(shù)之一，在提高信道容量，增強信道可靠性等方面起著重要作用，因此，對支持MIMO的LTE室內(nèi)分布方案及相應的信道的容量進行研究顯得非常必要。從LTE室內(nèi)解決方案入手，著重討論支持MIMO的情形，并對不同LTE室內(nèi)改造方案進行對比。

關(guān)鍵詞：SCM MIMO LTE 室內(nèi)分布

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-104-02

1 引言

自2009年中國發(fā)放3G牌照以來，中國就全面進入了移動互聯(lián)網(wǎng)時代，層出不窮的移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品如雨后春筍般席卷通信行業(yè)，隨之引發(fā)的數(shù)據(jù)流量爆炸式增長，在給運營商帶來巨大商業(yè)契機的同時，也給網(wǎng)絡帶來了巨大的挑戰(zhàn)。第三代通信技術(shù)規(guī)范機構(gòu)3GPP把OFDM、MIMO、CA等技術(shù)作為核心，發(fā)展了第四代通信技術(shù)LTE，來緩解網(wǎng)絡壓力，改善網(wǎng)絡性能。根據(jù)DoCoMo室內(nèi)外業(yè)務分查，約70%的業(yè)務量來源于室內(nèi)，因而，作為運營商，針對數(shù)據(jù)高發(fā)區(qū)域的室內(nèi)進行重點規(guī)劃，是極為重要的一環(huán)。

2 LTE MIMO室內(nèi)解決方案

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術(shù)，通過利用空間資源，來達到增強無線系統(tǒng)覆蓋性能的目的，一直是LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)的熱門技術(shù)之一。若在室內(nèi)LTE系統(tǒng)中引入MIMO技術(shù)，則可有望提供更優(yōu)化的服務。目前支持MIMO的LTE室內(nèi)分方案有多種，在本文章中主要介紹其中三種，分別是兩路饋線實現(xiàn)MIMO， 兩路光纖實現(xiàn)MIMO以及一路饋線實現(xiàn)MIMO。

（1）兩路饋線實現(xiàn)LTE MIMO的室分方案：

本種方案通過新增一路饋線和天線點，來實現(xiàn)室內(nèi)LTE MIMO，可以提供較高的用戶峰值速率，因而，主要用以支持單用戶MIMO模式。具體而言，將現(xiàn)有的饋線和天線點作為LTE MIMO系統(tǒng)的一路分支，同時新建一路分支，兩路分支分別接入LTE基站的兩個通道，其天線點間距滿足MIMO非相關(guān)性隔離度的要求，如圖 1-A所示（注：兩個單極化天線可更換為一個雙極化天線，天線極化隔離度需滿足MIMO天線非相關(guān)性隔離要求）。

（2）兩路光纖實現(xiàn)LTE MIMO的室分方案：

本方案只在遠端單元和天線間采用饋線鏈接，其信號通過兩路光纖進行傳輸和分布，由于光纖系統(tǒng)自身的優(yōu)勢，該方案具有成本低，系統(tǒng)設計簡單的特點，但由于系統(tǒng)中引入了較多有源設備，使得維護和供電問題較難以解決，因此，該方案比較適合新建的室內(nèi)分布系統(tǒng)。方案設計圖如圖1-B所示，具體而言，主單元接入基站信源，遠端單元置于建筑物每個平層，可與原分布系統(tǒng)合路，以此來共享平層的天饋系統(tǒng)。

（3）一路饋線實現(xiàn)LTE MIMO的室分方案：

本方案通過一路饋線實現(xiàn)室內(nèi)LTE MIMO的改造，其基本原理是通過變頻技術(shù)使得在同一路饋線中傳輸?shù)膬陕沸盘柣ゲ桓蓴_，進而在接收端采取相應的分離技術(shù)將兩路信號分離出來。本方案可與現(xiàn)有分布系統(tǒng)共用饋線傳傳輸系統(tǒng)，也可以采用較低發(fā)射功率的信源，從而達到降低改造成本的效果，因此，本方案適用于饋線改造難度極大或者不具備改造條件的室內(nèi)場景。其示意圖如圖1-C，可以看到，從RRU發(fā)出的兩路小功率射頻信號經(jīng)過近端節(jié)點時，通過下變頻技術(shù)，變成不同頻率的信號，然后被一并合路輸出；合路后包含兩路信號信息的合路信號再與現(xiàn)有的系統(tǒng)信號合路，并通過一根主饋線進行傳輸；在遠端節(jié)點處，分路器首先分離出含有兩路LTE信息的信號，然后再經(jīng)過上變頻技術(shù)，將其傳至與RRU輸出相同的射頻頻率上，進而傳輸至雙極化室內(nèi)分布天線的兩個極化輸入端口，達到室內(nèi)分布MIMO的目的。

圖1 支持MIMO的LTE室內(nèi)改造方案

可以看出，與其他兩種方案相比，一路饋線實現(xiàn)LTE MIMO的室內(nèi)改造方案在系統(tǒng)復雜度和建設維護成本上都比較適中，因此，在解決了設備性能和遠端供電的情況下，將會有廣闊的應用前景。

3 基于SCM的MIMO信道容量分析

基于射線法的SCM信道模型能反映MIMO信道的每次實現(xiàn)的變化特性在綜合考慮仿真實現(xiàn)的復雜度和模擬信道環(huán)境的準確程度上，可以得出基于射線法的信道建模方式有較大的優(yōu)勢。本節(jié)設立了A，B，C三個仿真方案，來實現(xiàn)非MIMO和MIMO性能對比，以及兩個單極化天線實現(xiàn)MIMO和一個雙極化天線實現(xiàn)MIMO的性能對比。

方案A：單路單極化天線方案；

方案B：雙路單極化天線方案；

方案C：雙路雙極化天線方案。

圖2 MIMO和非MIMO

由圖 2的仿真結(jié)果可以看出，在SINR=32dB處，雙路雙極化天線方案相對非MIMO的單路單極化天線的方案吞吐量提升40%左右，0.5倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約20%，4倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約58%，10倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約64%；當SINR=15dB時，雙路雙極化天線方案相對非MIMO的單路單極化天線的方案吞吐量提升70%左右，0.5倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約57%，4倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約71%，10倍波長間距的雙路單極化天線相對單路單極化天線方案的吞吐量提升約85%；而在SINR=8dB處，雙路雙極化天線方案、0.5倍波長間距的雙路單極化天線、4倍波長間距的雙路單極化天線、10倍波長間距的雙路單極化天線方案相對非MIMO的單路單極化天線的方案吞吐量提升基本相同，約80%左右。

4 結(jié)語

LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)中采用MIMO方案，可以有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)量的分流，對提高用戶速率，改善傳輸質(zhì)量，增加系統(tǒng)容量方面具有重要意義，對影響MIMO性能的參數(shù)進行理論分析以及對不同MIMO改造方案間進行對比，有利于靈活改造現(xiàn)有室分系統(tǒng)，實現(xiàn)成本與收益的均衡。