楊文博，郭見(jiàn)兵

（1.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢,430074；2.武漢郵電科學(xué)研究院，湖北 武漢,430074）

0 引言

LTE-Advanced現(xiàn)在已經(jīng)成為實(shí)際意義上全球的4G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，其中涉及了高速寬帶移動(dòng)接入的設(shè)計(jì)要求。其目標(biāo)是提供更高的傳輸速率、提高系統(tǒng)容量和改善小區(qū)邊緣系統(tǒng)性能等。為了滿(mǎn)足LTE高速的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，增加覆蓋范圍和效果，室內(nèi)分布系統(tǒng)的信號(hào)覆蓋可以通過(guò)MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)解決。MIMO作為L(zhǎng)TE系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，可以通過(guò)創(chuàng)建幾個(gè)平行的“通道”引起帶寬受限場(chǎng)景下數(shù)據(jù)傳輸速率的提高，并且與適當(dāng)?shù)母蓴_抑制接收處理的空間屬性相結(jié)合，多個(gè)終端可以在相同時(shí)頻資源上進(jìn)行傳輸，提高整體的小區(qū)容量。

MIMO技術(shù)是LTE提升系統(tǒng)容量的重要手段之一，但目前2G/3G應(yīng)用的室內(nèi)分布系統(tǒng)大多為傳統(tǒng)方式，不能支持MIMO。LTE引入后，存在多系統(tǒng)同時(shí)接入的情況，在現(xiàn)有分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用何種方式的室內(nèi)分布系統(tǒng)，是一個(gè)亟需解決和研究的重要問(wèn)題。

1 LTE室內(nèi)MIMO分布系統(tǒng)

室內(nèi)場(chǎng)所特別是熱點(diǎn)區(qū)域中用戶(hù)對(duì)峰值速率要求較高，為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)速率的需求，需要提供對(duì)用戶(hù)的MIMO模式支持。目前，國(guó)內(nèi)在網(wǎng)運(yùn)行的室內(nèi)分布系統(tǒng)大部分都是一個(gè)單饋線(xiàn)系統(tǒng)，并不能真正發(fā)揮LTE高速率的特性。如果在現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)中的下行支持2X2 MIMO，上行支持1X2 MIMO，就需要新建一套天線(xiàn)以及射頻信號(hào)分配系統(tǒng)，這會(huì)造成物業(yè)協(xié)調(diào)的難度以及花費(fèi)較大的工程改造成本，同時(shí)，也造成分布系統(tǒng)兩條鏈路功率不平衡，功率誤差不易控制，從而降低了LTE的系統(tǒng)性能。本文通過(guò)介紹一種有源天線(xiàn)的單饋線(xiàn)MIMO方案，可以在現(xiàn)有的單饋線(xiàn)系統(tǒng)上完整地實(shí)現(xiàn)MIMO特性，有效降低改造成本,降低用戶(hù)抵觸，加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及優(yōu)化速度。

2 技術(shù)方案

2.1 雙饋線(xiàn)實(shí)現(xiàn)MIMO方案

在現(xiàn)有的2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)單路覆蓋的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)增加一路天線(xiàn)及射頻信號(hào)分配系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)LTE系統(tǒng)的MIMO技術(shù)。兩條鏈路作為MIMO的兩路分支，分別接入LTE基站的兩條通道，兩條支路上天線(xiàn)之間的非相關(guān)性要求可以通過(guò)足夠大的天線(xiàn)間距或者采用不同的天線(xiàn)極化方向來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 雙饋線(xiàn)實(shí)現(xiàn)MIMO方案

雙饋線(xiàn)實(shí)現(xiàn)MIMO方案如圖1所示。LTE基站的下行信號(hào)經(jīng)過(guò)LTE-RRU放大處理后，一路與原各制式2G/3G信號(hào)合路引入到原有的分布系統(tǒng)鏈路中，再由饋線(xiàn)系統(tǒng)至天線(xiàn)端發(fā)送，另一路LTE信號(hào)由新建的分布饋線(xiàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)覆蓋。天線(xiàn)采用雙極化天線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)MIMO的非線(xiàn)性要求。

此方案技術(shù)要求不高，實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，支路無(wú)有源設(shè)備存在，無(wú)需考慮供電問(wèn)題，維護(hù)簡(jiǎn)單。但可能因?yàn)閳?chǎng)地受限問(wèn)題，改造難度較大，優(yōu)化空間有限，同時(shí)兩路饋線(xiàn)的傳輸損耗較大，造成功率的過(guò)多浪費(fèi)，降低了系統(tǒng)的效率。另外兩路饋線(xiàn)鏈路計(jì)算復(fù)雜，理論計(jì)算與實(shí)施后結(jié)果存在差異，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，若兩路通道電平差值大于5dB時(shí)將嚴(yán)重影響整體業(yè)務(wù)性能，尤其在遠(yuǎn)點(diǎn)，上下行吞吐量會(huì)下降20%以上。

2.2 單饋線(xiàn)實(shí)現(xiàn)MIMO方案

為了實(shí)現(xiàn)單饋線(xiàn)LTE 2×2 MIMO的功能，在LTE-RRU的輸出端將LTE 2信號(hào)引入有源天線(xiàn)近端，通過(guò)混頻器將頻率變至可以與其他制式信號(hào)區(qū)分的頻率，將該信號(hào)與LTE 1、基準(zhǔn)時(shí)鐘、FSK信號(hào)和原有制式的信號(hào)通過(guò)合路器合成為一路信號(hào)傳輸?shù)絾勿伨€(xiàn)傳輸系統(tǒng)中,再將該信號(hào)輸送到各個(gè)分部單元。

有源天線(xiàn)單元將收到的近端信號(hào)通過(guò)分路器將LTE 1和其他信號(hào)通過(guò)垂直極化的天線(xiàn)單元輻射出去；變頻后的LTE 2信號(hào)再通過(guò)混頻放大還原至原頻率通過(guò)水平極化天線(xiàn)覆蓋，達(dá)到室內(nèi)分布MIMO的目的。

有源天線(xiàn)的近端和遠(yuǎn)端中間采用饋電電纜實(shí)現(xiàn)LTE信號(hào)的傳遞，中間的監(jiān)控方式是通過(guò)FSK調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。FSK信號(hào)頻率可以在300MHz～1000MHz任意選擇，輸出功率可以在-20dBm～10dBm之間配置，其接收靈敏度可達(dá)-110dBm。同時(shí)在LTE有源天線(xiàn)的近端，監(jiān)控量的上報(bào)通過(guò)RS232實(shí)現(xiàn)，在LTERRU端預(yù)留RS232的接口，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。此時(shí)便可以查詢(xún)或設(shè)置LTE有源天線(xiàn)的監(jiān)控量，方便后續(xù)工程使用和監(jiān)控的維護(hù)。通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)還能及時(shí)將信道特征反饋給發(fā)射機(jī)，用于調(diào)整發(fā)射天線(xiàn)的數(shù)據(jù)速率，實(shí)現(xiàn)MIMO系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)制。

本方案在發(fā)射端采用室內(nèi)雙極化天線(xiàn)，支持單用戶(hù)MIMO，可以大幅改善系統(tǒng)的吞吐量，達(dá)到LTE系統(tǒng)的應(yīng)用要求。同時(shí)利用單饋線(xiàn)解決MIMO多根饋線(xiàn)傳輸受限與分布系統(tǒng)鏈路功率不平衡的問(wèn)題，有效地提高的資源利用率，降低工程改造成本與周期。

3 工程試點(diǎn)

大連市某國(guó)際康復(fù)中心，位于沙河口區(qū)，人群密集，環(huán)境復(fù)雜，完全適合LTE室內(nèi)熱點(diǎn)區(qū)域的測(cè)試要求。本次的試點(diǎn)工程在其大樓的2F到4F進(jìn)行，信源和LTE-RRU分別安裝于2F到4F的安全樓梯旁，每層均有MIMO支路的覆蓋。測(cè)試通過(guò)在同一場(chǎng)景下對(duì)比設(shè)備開(kāi)通前后的覆蓋效果及各種網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)是否滿(mǎn)足中國(guó)聯(lián)通的工程要求，驗(yàn)證有源天線(xiàn)的單饋線(xiàn)MIMO方案在此場(chǎng)景下的效果。

下表為本次工程試點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試數(shù)據(jù)：

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上面的測(cè)試結(jié)果中RSCP（接收信號(hào)碼功率）在-95dBm以上的占100%，平均值為-63.10dBm，與LTE基站的覆蓋效果相當(dāng)；SINR（信號(hào)與干擾加噪聲比）在20以上的占100%，平均值為26.25，滿(mǎn)足LTE的系統(tǒng)中對(duì)設(shè)備的靈敏度和抗干擾能力的要求；LTE下載速率測(cè)試的物理層平均吞吐量為118.58Mbps，達(dá)到LTE系統(tǒng)對(duì)下載100 Mbps的速率要求。以上結(jié)果充分表明上文提出的基于有源天線(xiàn)的單饋線(xiàn)MIMO方案能夠在不改變?cè)惺覂?nèi)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上有效地提高小區(qū)平均吞吐量，完整地實(shí)現(xiàn)MIMO特性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)比分析室內(nèi)分布系統(tǒng)的MIMO實(shí)現(xiàn)方案，詳細(xì)地研究并驗(yàn)證了一種基于有源天線(xiàn)的單饋線(xiàn)MIMO的可實(shí)現(xiàn)方案。此方案通過(guò)一路饋線(xiàn)打破了傳統(tǒng)解決手段的局限性，支持LTE MIMO接入，效率高，成本低，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)監(jiān)控下的精確覆蓋，充分吸收話(huà)務(wù)，提升數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的質(zhì)量，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

[1]林輝,焦慧穎,劉思楊,等. LTE-Advanced關(guān)鍵技術(shù)詳解[M].北京:人民郵電出版社,2012.3.

[2]沈嘉,索世強(qiáng),全海洋. 3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)(LTE)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社,2008,12.

[3]劉光毅,張勇,姜大潔,王啟星. 智能天線(xiàn)及其在TD-LTE中的應(yīng)用[J].電信科學(xué),2009(12).