LTE天馈系统技术策略研究

LTE天馈系统技术策略研究2014年3月I课题研究背景IILTE技术发展和关键技术III天线技术基础和类别IVLTE覆盖能力分析目录VILTE室内覆盖策略VLTE室外覆盖策略3项目研究背景LTE是3G网络演进的重要方向，目前大部分运营商都积极跟踪和试验，截止2012年3月已有57个商用网络，59个预商用试验网。未来LTE与3G网络将长期共存，LTE建设中也需要考虑与3G网络共站址建设以及共天馈建设的方案。室内是主要的数据热点，室内覆盖是LTE的重要研究课题，实现MIMO技术的LTE系统与传统室内分布系统的融合是业界研究的热点。LTE室外和室内天馈建设策略对未来网络建设有重要的意义，对网络建设成本、施工难度和运行维护都有重要影响，需要深入进行研究。4项目研究背景5主要研究内容2341LTE技术原理LTE天线类型LTE覆盖能力分析主要研究内容OFDM/OFDMAMIMO技术链路自适应小区间干扰协调ICIC天线基础性能参数天线的分类室外天线类型室内天线类型LTE上行链路覆盖能力分析LTE下行链路覆盖能力分析LTE覆盖能力验证LTE与WCDMA覆盖能力对比分析LTE室内覆盖方法研究单通道与双通道方案分析单极化天线与双极化方案分析研究独立建设方案与2G/3G共分布系统方案分析研究方案间对比分析和应用建议LTE室外天馈策略5LTE室内天馈策略LTE与WCDMA系统间干扰研究LTE与WCDMA共站址建设方案分析LTE与WCDMA共天线建设方案分析LTE与WCDMA共天馈建设方案分析I课题研究背景IILTE技术发展和关键技术III天线技术基础和类别IVLTE覆盖能力分析目录VILTE室内覆盖策略VLTE室外覆盖策略7LTE技术发展现状3GPPR11版本已经冻结，R12版本正在进行研究。2007200820092010201120122013LTEinitiatedin3GPP#37#38#39#40#41#42#43#44#45#46#47#48#49#50#51#52#53#54#55#56#57#58#60#61#62#59Release8Release9Stage1Stage3Stage2ASN.1freezingStage1Stage3Stage2ASN.1freezingRelease10Stage1Stage3Stage2ASN.1freezingRelease11Stage1Stage3Stage2ASN.1freezingRelease12Stage1Stage2&3?8LTE关键技术-OFDM与传统频分系统相比，OFDM的子载波之间相互正交，不要频率间隔，可以节省带宽资源，提升频率效率。主要优点：对抗多径时延对抗频率选择性衰落对抗窄带干扰均衡算法简单提高频谱利用效率主要缺点：容易受到频率偏差的影响频域信号叠加，峰均比高传统的FDM多载波调制技术频率频率OFDM多载波调制技术节省带宽资源9LTE关键技术-MIMOMIMO技术的基本出发点是将用户数据分解为多个并行的数据流，在指定的带宽内由多个天线上同时刻发射，经过无线信道后，由多个天线接收，并根据各个并行数据流的空间特性，利用解调技术，最终恢复出原数据流。根据发射、接收天线的数量，MIMO具有不同的模式，如4*2、2*2、1*2等，目前成熟度较高的主要是2*2MIMO，未来可能有4*2、4*4MIMO以及更高天线数的MIMO。MIMO通过不同数据流发送相同数据利用分集增益提升边缘覆盖质量，利用不同数据流发送不同数据提升用户的数据速率和系统容量。MIMO传输模式MIMO方式不同信道格式下的MIMO传输方式传输模式1单天线端口，端口0单天线端口，端口0传输模式2发射分集发射分集传输模式3开环空间复用大延迟CCD或发射分集传输模式4闭环空间复用闭环空间复用或发射分集传输模式5多用户MIMO多用户MIMO或发射分集传输模式6闭环rank为1预编码单流闭环空间复用或发射分集10LTE关键技术链路自适应自适应调制编码，可以在共享信道上应用不同的调制编码方式适应不同的信道变化，获得最大的传输效率混合自动重传技术（HARQ）能够更及时地检测到物理信道的变化，可以在信道由差变好的情况下充分利用信道，减小RLC层的重发，降低时延。HARQ能够有效地增加无线链路的数据吞吐量ICIC小区间干扰协调（ICIC）可通过小区间的协调对一个小区的可用资源进行某种限制，以降低边缘用户的干扰，提高小区边缘用户的数据速率和覆盖，是LTE同频组网中的重要技术。I课题研究背景IILTE技术发展和关键技术III天线技术基础和类别IVLTE覆盖能力分析目录VILTE室内覆盖策略VLTE室外覆盖策略天线基础和类别主要基础技术指标工作频段增益方向图半功率角极化方式下倾角前后比天线的主要技术指标13天线基础和类别天线分类室外天线和室内天线全向天线和定向天线单极化天线和双极化天线机械下倾天线和电调下倾天线无源天线和有源天线天线的主要分类室外天线单频LTE双极化天线宽频双极化天线多系统天线AAS天线室内天线单极化全向吸顶天线双极化全向吸顶天线单极化壁挂天线双极化壁挂天线LTE中应用的天线类型14基站天线结构发展BTSPassiveAntennasRepeaterHeavyCoaxialCableCOAXJumperCOAXCablesPassiveAntennasRRUBBUBBUActiveAntennas15节省空间传统基站与有源天线基站的对比分析机房室内电源柜-48VDC馈缆传输设备2G基站天线光纤有源天线机房BBU室内电源柜-48VDC电源线传输设备3G基站光纤电源线RF单元内置天线内部，零馈线，零损耗，节省馈线的投资以及馈线损耗对性能影响RU采用多通道，可靠性提高，能够支持上塔安装高系统可靠性零损耗有源天线是将基站的射频部分集成到天线内部,采用多通道的射频和天线阵子配合，实现空间波束成型，完成射频信号的收发。节省天面空间：RU内置天线，省去RRU的安装空间节省机房空间：机房基站简化为传输和基带RRUI课题研究背景IILTE技术发展和关键技术III天线技术基础和类别IVLTE覆盖能力分析目录VILTE室内覆盖策略VLTE室外覆盖策略17LTE链路预算原理链路预算是通信系统用来评估网络覆盖的主要手段。链路预算通过对搜集到的发射机和接收机之间的设备参数、系统参数及各种余量进行处理，得到满足系统性能要求时允许的最大允许路径损耗。利用链路预算得出的最大路径损耗和相应的传播模型可以计算出特定区域下的覆盖半径，从而初步估算出网络规模。链路预算的公式为：MAPL=发端EIRP–最小接收信号电平+其他增益–其他损耗–其他余量。其中发端EIRP是发射端功率加上天线增益，减去相应损耗之后的有效发射功率。最小接收信号电平取决于系统的接收机灵敏度、业务所需要的SINR值，在LTE系统中可以灵活的选择用户使用的RB资源和调制编码方式进行组合，以应对不同的覆盖环境和规划需求。在实际网络中，用户速率和MCS及占用的RB数量相关，而MCS取决于SINR值，RB占用数量会影响SINR值，所以MCS、占用RB数量、SINR值和用户速率四者之间会相互影响。不同的MCS和RB组合，会带来不同的覆盖性能和容量性能，需要结合特定速率要求、RB分配数量以及采用的MCS才能确定最小接收信号电平。其他损耗和余量主要包括阴影衰落余量和穿透损耗等。18LTE下行链路预算下行链路预算系统参数边缘数据速率(kbps)512应用场景密集市区频率(MHz)2600带宽(MHz)20MIMO模式2T2RMCS6使用RB数6使用带宽(KHz)1080发射端参数最大发射功率(dBm)46实际发射功率(dBm)34需要分配功率的RB数6发射天线高度(m)25发射天线增益(dBi)18线缆损耗(dB)0.5人体损耗(dB)0接收端参数SINR要求(dB)1.5接收机噪声系数(dB)7接收机灵敏度(dBm)-105.07接收天线高度(m)1.5接收天线增益（dBi)0线缆损耗(dB)0人体损耗(dB)0干扰余量(dB)2其他余量与增益穿透损耗(dB)20阴影衰落标准差(dB)10边缘覆盖率(%)95阴影衰落余量(dB)11.7切换增益(dB)4.5最大路径损耗室外最大路径损耗(dB)144.47室内最大路径损耗(dB)124.47覆盖范围室外覆盖范围（m）932室内覆盖范围（m）25719LTE上行链路预算上行链路预算系统参数边缘数据速率(kbps)256应用场景密集市区频率(MHz)2600带宽(MHz)20MIMO模式1T2RMCS3使用RB数6使用带宽(KHz)1080发射端参数最大发射功率(dBm)23实际发射功率(dBm)23需要分配功率的RB数6发射天线高度(m)1.5发射天线增益(dBi)0线缆损耗(dB)0人体损耗(dB)0接收端参数SINR要求(dB)-0.93接收机噪声系数(dB)2.5接收机灵敏度(dBm)-112.1接收天线高度(m)25接收天线增益（dBi)18线缆损耗(dB)0.5人体损耗(dB)0干扰余量(dB)2其他余量与增益穿透损耗(dB)20阴影衰落标准差(dB)10边缘覆盖率(%)95阴影衰落余量(dB)11.7切换增益(dB)4.5最大路径损耗室外最大路径损耗(dB)143.40室内最大路径损耗(dB)123.40覆盖范围室外覆盖范围（m）871室内覆盖范围（m）24020LTE覆盖能力验证上行下行边缘速率（bps）128k256k512k256k512k1M覆盖距离（m）562553489633625624上海世博园基站外场测试结果通过外场试验验证LTE的实际覆盖范围要小于链路预算的计算结果，LTE上行覆盖要差于下行覆盖，属于上行覆盖系统，可以根据上行的边缘要求确定覆盖范围。本次验证只是对单基站小范围的验证，只能作为覆盖趋势研究的参考，LTE真实覆盖能力的确定还需要大量的外场试验验证。21LTE与WCDMA覆盖对比分析LTEWCDMALTEWCDMA系统参数边缘数据速率(kbps)256256128128应用场景密集市区密集市区密集市区密集市区频率(MHz)2535194025351940带宽(MHz)205205MIMO模式1T2R1T2R1T2R1T2RMCS32使用RB数63使用带宽(KHz)108038405403840发射端参数最大发射功率(dBm)23212321实际发射功率(dBm)23212321需要分配功率的RB数63接收端参数SINRorEb/No(R99)要求(dB)-0.930.20-0.720.40接收机噪声系数(dB)2.51.82.51.8接收机灵敏度(dBm)-112.1-117.9-114.9-120.7干扰余量(dB)2626其他余量与增益穿透损耗(dB)20202020阴影衰落标准差(dB)10101010便于覆盖率(%)95959595阴影衰落余量(dB)11.711.711.711.7快衰落余量(dB)1.81.8切换增益(dB)4.54.94.54.9最大路径损耗室外最大路径损耗(dB)143.40143.62146.20146.43室内最大路径损耗(dB)123.40123.62126.20126.43覆盖范围室外覆盖范围（m）87196510421119室内覆盖范围（m）240336287390通过对比分析可以看出，在相同的边缘速率情况下，WCDMA和LTE允许的最大路径损耗相差不大，其覆盖范围主要取决于频段的影响，2.6G频段的LTE覆盖要低于2.1G的WCDMA，在进行共站址建设时需要考虑LTE覆盖增强技术的应用。I课题研究背景IILTE技术发展和关键技术III天线技术基础和类别IVLTE覆盖能力分析目录VILTE室内覆盖策略VLTE室外覆盖策略23LTE与WCDMA干扰隔离分析干扰分析和工程隔离距离))()(()(lg2022][RxTxRxT