TD-LTE室内覆盖链路预算.doc

TD-LTE室内覆盖链路预算Product Type Technical ProposalTD-LTE室内覆盖链路预算3Error! No text of specified style in document.目录1概述11.1链路预算概述11.2TD-LTE网络概述11.3TD-LTE室内分布系统概述12TD-LTE室内覆盖组网方案介绍22.1分布式系统32.1.12G传统方式32.1.23G和TD-LTE主流方式32.2泄漏电缆系统42.3特殊场景的PICOENODEB、PICORRU和FEMTO ENODEB42.4TD-LTE室分系统的特点53TD-LTE室内无线传播模型63.1空间的电磁波传播63.2KEENAN-MOTLEY室内传播模型73.3ITU M.2135模型73.4ITU-R P.1238模型83.5各模型计算结果对比84覆盖分析84.1TD-LTE与TD室内链路预算对比84.1.1上行链路预算94.1.2下行链路预算124.2TD-LTE覆盖指标164.3链路预算174.4TD-LTE覆盖半径174.5天线口功率测算184.6天线口输出功率规划184.7信源功率匹配测算194.7.1一级合路功率匹配预算194.7.2二级合路功率匹配预算1932Error! No text of specified style in document.1 概述1.1 链路预算概述无线链路预算是移动通信网络无线规划中的重要内容。室外链路预算目标就是在满足业务质量需求的前提下计算出信号在传播中的允许最大路径损耗，系统链路预算然后根据合适的传播模式计算出到基站的覆盖范围。室内分布系统链路预算分为有线传输部分和无线传输部分，根据信号边缘场强的要求，在一定的覆盖半径下，选择合适的室内传播模型计算出分布系统中天线口功率的大小，通过合理功率分配，最终达到室内覆盖要求。1.2 TD-LTE网络概述市场需求永远是技术革新的源动力。移动互联网的快速发展，推进了TD-LTE标准的制定和成熟。与传统的GSM、TD-SCDMA系统相比，TD-LTE的物理层配置显得更加灵活；OFDM技术取代传统的CDMA技术也让TD-LTE更适应宽带化的发展，性能上，TD-LTE将支持传统无线通信系统无法比拟的高速数据业务。毫不夸张地说，TD-LTE带来了移动无线数据通信的革命。在中国，目前已规划的TD-LTE网络的工作频段为2.3GHz 和2.5GHz两个频段，相比GSM和TD-SCDMA系统，TD-LTE的空间以及穿透损耗更大，由于地形、建筑等因素影响，室外无缝覆盖更困难，在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。同时，TD-LTE性能的发挥需要需要环境有更好的SINR值。因此，建设高质量的TD-LTE的网络需要。1.3 TD-LTE室内分布系统概述室外无线网络信号，在大型建筑物的低层、地下商场和停车场等环境，由于过大的穿透损耗，形成了网络的盲区和弱区；在建筑物的中间楼层，由于来自周围过多基站信号的重叠，产生乒乓效应，是网络的干扰区；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，产生孤岛效应，是网络的盲区。另外，在有些建筑物内，用户密度大，基站信道拥挤，是网络的忙区。建筑物电磁环境模型如图 1-1所示：图 Error! No text of specified style in document.-1 建筑物电磁环境模型移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有网络优化工作的主题。由于室外宏覆盖很难满足室内用户的服务需求，并且TD-LTE又是一个数据网络，而数据业务绝大部分是发生在室内环境中，因此，我们更期望在建筑物内采用室内分布系统来解决其网络覆盖和移动互联网需求，提高用户感知度。室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。其原理是利用室内覆盖式天馈系统将基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。2 TD-LTE室内覆盖组网方案介绍目前，常用的室内覆盖组网方案主要是分布式系统，它又包括以下4类：1.宏蜂窝分布式系统2.微蜂窝分布式系统3.直放站分布式系统4.BBU-RRU分布式系统前3类在传统的2G网络（比如GSM）室内覆盖中应用最为普遍；第4类则成为3G网络室内覆盖（比如TD-SCDMA）的主流。对于一些特殊场景，比如隧道、长廊等，还可以采用泄漏电缆系统方式。对办公类环境，新型室内覆盖解决方案还有PicoNodeB、PicoRRU；对于家庭用户和室内数据业务热点区域，还可以考虑Femto覆盖方式。TD-LTE支持上述所有的组网方案。当然，BBU+RRU+室内分布系统的组网方式由于其性能、成本、施工、灵活性等各方面的优势突出，依然成为LTE系统室内覆盖解决方案的首选。2.1 分布式系统该方式为基站信号通过无源器件进行分路，经由馈线将无线信号分配到每一付分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上，从而实现室内信号的均匀分布。在某些需要延伸覆盖的场合，使用干线放大器对输入的信号进行中继放大，达到扩大覆盖范围的目的。该系统主要包括射频同轴电缆、功分器、耦合器、电桥、天线等器件。2.1.1 2G传统方式在2G系统最普遍的室内覆盖解决方案包括：宏基站无源（有源）分布式系统方案、微蜂窝无源（有源）分布式系统方案、直放站无源（有源）分布式系统方案，由于技术的革新，这些传统的解决方案，在3G系统中已使用较少，取而代之的是BBU-RRU无源分布式系统。在TD-LTE系统中，主流的解决方案仍然是BBU-RRU无源分布式系统。2.1.2 3G和TD-LTE主流方式该方式信号源为由RRU（Radio Remote Unit）和BBU（Base Band Unit）组成。RRU与BBU分别承担基站的射频处理部分和基带处理部分，各自独立安装，分开放置，通过电接口或光接口相连接，形成分布式基站形态。它能够共享主基站基带信道资源，根据话务容量的需求随意更改站点配置和覆盖区域。在3G网络中大规模采用的BBU+RRU方案，它与传统方式的优势在于： 1.BBU和RRU之间采用光纤连接，减少馈线损耗。2.室内分布系统中根据不同的面积，需要采用不同数目的通道，采用BBU+RRU组网，BBU可以灵活连接多个RRU，方便灵活组网。当BBU连接多个RRU时，RRU可以尽量靠近天线，减少馈线损耗。3.BBU的基带容量充分共享，适应话务分布不均匀的场景，并且可以提高系统稳定性。4.小型的BBU，RRU都可以实现挂墙安装，方便室内覆盖的工程应用。5.由于BBU，RRU之间采用光纤连接，可以将多个RRU放置在附近的多个建筑物中，方便组网并且降低组网的成本。6.通过工程设计，BBU+RRU解决室内覆盖时，可以不采用干放，从而避免干放的引入对系统造成的干扰。由于该组网方式优势明显，在TD-LTE系统的室内覆盖解决方案中，它依然是我们解决覆盖的首选方案。在TD-LTE系统中，RRU实际上只是eNodeB的一种类型，是对常用eNodeB信号覆盖的一种深层应用，对室分系统天馈组网没有明显的变化。组网示意图如图 2-2所示：图 Error! No text of specified style in document.-2 RRU分布系统2.2 泄漏电缆系统该方式为基站信号通过泄漏电缆直接覆盖。泄漏电缆具有均匀的带状孔，集信号发射和接受于一体。该系统主要包括基站、干线放大器、泄漏电缆，其优点是覆盖狭长区时，信号覆盖均匀，适用于隧道、长廊、电梯井等特殊区域。缺点是造价高。2.3 特殊场景的PicoeNodeB、PicoRRU和Femto eNodeBPicoeNodeB、PicoRRU可应用于办公类环境室内覆盖解决方案。其核心是小功率的PicoRRU设备的广泛部署和应用。该方案节省发射功率、方便安装、适合多系统共存设计，同时还具有成本低、覆盖大、方便升级扩容的优势。Femto eNodeB可应用于家庭类环境室内覆盖解决方案。其优势在于没有站址选取和建设维护方面的投入，大大降低运营商在网络建设方面的投资。需要说明的是，对于办公环境和家庭环境的室内覆盖，目前我们的主流解决方案依然是BBU+RRU。2.4 TD-LTE室分系统的特点与传统的GSM室内分布系统和TD-SCDMA室内分布系统相比，TD-LTE室内分布系统的一些差异，值得我们在规划和建设中重点关注。1.工作频段带来的差异目前， GSM系统采用900MHz和1800MHz两个频段，TD-SCDMA系统工作在1.9G和2G频段。TD-LTE已规划2320-2370MHz用于室内覆盖建设。无线通信系统工作频段不同，造成它们在室内分布系统中的馈线损耗、穿透损耗及空间传播损耗计算的差异。工作频段越高，其路径损耗就越大。以1/2和7/8馈线的100米损耗为例：900MHz1800MHz2100MHz2400MHz1/2馈线6.9dB10.1dB11.3dB12.1dB7/8馈线3.9dB5.6dB6.3dB7.0dB天线口1米处各频段空间传播损耗如下：1米900MHz1800MHz2100MHz2400MHz空间损耗31.1dB37.1dB38.4dB39.6dB因此，在LTE室内覆盖中我们更需要考虑好路径损耗偏大对全局规划和覆盖效果的影响，合理规划好RRu输出功率和各个天线口输出功率。2.异系统干扰的考虑在中国，规划的TD-LTE的工作频段与WLAN系统非常接近，因此不同于GSM和TD-SCDMA系统， WLAN系统成为了TD-LTE干扰分析最主要的对象。在工程设计和建设中，为了保证服务质量，就要采取有效手段尽量规避TD-LTE与其他系统的系统间干扰，特别是与WLAN系统的系统间干扰。3.AMC技术引入带来的差异AMC技术的引入最早是在HSPA系统中。由于AMC技术的引入，使得信号质量好的区域的用户感知度明显好于信号质量差的区域的用户感知度，因此，对采用了AMC技术的TD-LTE系统来说，如何提升覆盖区域，特别是室内覆盖的边缘区域的SINR，在LTE室内覆盖中需要重点考虑。4.下行MIMO技术引入带来的差异多天线技术在TD-LTE室内覆盖其主要应用有：SU-MIMO、MU-MIMO、Diversity。其中在理论上能使单用户最大吞吐量和小区最大吞吐量翻倍，也直接影响网络建设成本的就是SU-MIMO。下行MIMO（多输入多输出）技术的引入，是采用BBU+RRU组网的LTE室内分布系统与GSM室内分布系统和TD-SCDMA室内分布系统最大的区别。LTE为了实现SU-MIMO，要求其不同通道的输出信号覆盖同一区域。这就要求在设计和施工中，对同一区域至少要传输2条不同通道的信号。SU-MIMO技术的使用，给室内分布系统建设提出了更复杂的要求。5.空分复用技术引入带来的差异空分复用技术是利用空间隔离将用户分割构成不同的通道，根据用户在不同通道上的功率电平值，计算用户间的隔离度，选择隔离度足够大的用户进行无线资源重用，从而提高系统总吞吐能力。在没有建设双路室分系统的场景，各RRU通道覆盖区域应合理规划，之间的隔离度应尽可能的高，利于空分复用技术的使用，3 TD-LTE室内无线传播模型3.1 空间的电磁波传播当电磁波在自由空间传播时，其路径可认为是连接收发信机的一条射线，可用Ferris公式计算自由空间的电磁波传播损耗：，式中：Pr是接收功率，Pt是发射功率，Gt和Gr分别是发射和接收天线的增益，R是收发信机之间的距离，功率损耗与收发信机之间的距离R的平方成反比。上面公式可以用对数表示为：式中：指发射机发射信号电平接收机接收信号电平；Gr和Gt分别代表接收天线和发射天线增益（dB）；R是收发天线之间的距离； 是波长。3.2 Keenan-Motley室内传播模型研究表明，影响室内传播的因素主要是建筑物的布局、建筑材料和建筑类型等；具有两个显著的特点：其一，室内覆盖的面积小的多；其次，室内传播环境变化更大。室内传播模型有很多种，如衰减因子模型，对数距离路径损耗模型等。经验表明，目前普遍选取下述室内传播模型：其中：路径损耗（dB）；：距天线1米处的路径衰减（dB），参考值为39dB；d：距离（m）；FAF：环境损耗附加值(dB)，对于不同的材料，环境损耗附加值不同，在组网时，需要考虑到建筑物结构、材料和类型，同时结合经验模型进行修正；8 dB：室内环境下的快衰落余量。 3.3 ITU M.2135模型可以采用ITU M.2135模型作为工作在2.3GHz的TD-LTE室内传播模型，该模型不需要进行参数校正，阴影余量取值固定，可用于直观对比。如图 3-3图 3-3 ITU M.2135模型3.4 ITU-R P.1238模型另一个推荐用于2.3GHz TD-LTE的室内传播模型是ITU-R P.1238模型，该模型需要进行参数校正，可用于有精确计算需求的室内传播模型校正。Ltotal = 20 log10 f + N log10 d + Lf (n) 28 dB其中N是距离功率损耗系数， f为工作频点（单位：MHz），d为天线到UE的距离（单位：m），Lf为层穿透损耗因子，n为天线到UE所穿透的墙体数目（n=1）对于工作在1.82G频段，N的取值可参考Error! Reference source not found.。表 3-1 距离功率损耗系数取值住宅办公室商业场所N283022而阴影衰落余量估值，对于工作在1.82G频段，上述三场景分别为：8、10、10。3.5 各模型计算结果对比表3-2为三种传播模型分别在1米、5米、10米、15米、20米时的空间损耗值，可以看出ITU-R P.1238模型和Keenan-Motley模型的计算结果相对接近。建议采用ITU-R P.1238模型用于TD-LTE室内空间损耗计算。 表 3-1 距离功率损耗系数取值距离（d)/米损耗值（PL)/dBITU-R P.1238模型ITU M.2135模型Keenan-Motley模型139.24039.8560.351.859.11069.36267.41574.669.672.32078.37575.74 覆盖分析4.1 TD-LTE与TD室内链路预算对比链路预算是评估无线通信系统覆盖能力的主要方法，是无线网络规划中的一项重要工作，是网络规划中覆盖规模估算的基础。根据信道分类，链路预算方法可以分为两种：控制信道链路预算和业务信道链路预算。4.1.1 上行链路预算表 4-1 TD-SCDMA上行链路预算项目单位TD-SCDMA（上行）CS12.2kCS64kPS64k系统参数业务速率bps12.2k64kPS64k扩频带宽MHz1.28 1.28 1.28 发射端最大发射功率dBm24.00 24.00 24.00 终端天线增益dBi0.00 0.00 0.00 人体损耗dB3.00 0.00 0.00 EiRPdBm21.00 24.00 24.00 接收端热噪声功率谱密度dBm/Hz-173.98 -173.98 -173.98 热噪声功率dBm-112.90 -112.90 -112.90 接收机噪声系数dB3.50 3.50 3.50 接收机噪声功率dBm-109.40 -109.40 -109.40 干扰余量dB1.00 1.00 1.00 处理增益dB10.62 3.42 3.42 Eb/NodB12.32 14.42 9.52 C/IdB1.70 11.00 6.10 接收机灵敏度dBm-106.70 -97.40 -102.30 基站天线增益dBi3.00 3.00 3.00 智能天线分集增益dB0.00 0.00 0.00 馈线和接头损耗dB30.00 30.00 30.00 储备覆盖区面积通信概率%95%95%95%覆盖区边缘通信概率%88%88%88%标准偏差dB8.00 8.00 8.00 阴影衰落余量dB8.00 8.00 8.00 功控余量dB1.00 1.00 1.00 切换对抗快衰落增益dB0.00 0.00 0.00 切换对抗慢衰落增益dB0.00 0.00 0.00 环境损耗附加值FAFdB20.00 20.00 20.00 储备总计 dB29.00 29.00 29.00 路损最大允许路损dB71.70 65.40 70.30 覆盖覆盖半径 m43 21 37 表 4-2 TD-LTE上行共享信道TDD Configuration1 0.40 LTE Link Budget - ULData RateKbps500 1024 694 1422 UL Channel BandwidthMHz20.0 20.0 UL RB Total Num100 100 AssumptionNum. of Tx antenna1 1 Num. of Rx antenna2 2 Assign Num of RB10 10 RB SpacingKHz180.00 180.00 UL Total Overhead Percent0.2157 0.2157 CodeRate0.5833 0.5833 Virtual Tbsize Per RB88.54 181.34 TXeUE maximum powerdBm24.00 24.00 Antenna gaindBi0.00 0.00 Body LossdB0.00 0.00 TX EIRP per occupied allocationdBm24.00 24.00 RXThermal noise densitydBm/Hz-174 -174 RX noise figuredB3.00 3.00 RX noise powerdB-108.45 -108.45 RX antenna gaindBi3.00 3.00 RX diversity gaindB3.00 3.00 Interference MargindB1.00 1.00 Rx TMA gaindB0.00 0.00 Rx Filter Loss + Cable LossdB30.00 30.00 Required SINRdB0.17 6.05 Wanted Signal Mean Power (including RF gain & loss)dBm-83.27 -77.40 Extra LossesPenetration LossdB20.00 20.00 Shadow Fading margindB8.00 8.00 Link BudgetdB79.27 73.40 103.21 52.47 Data Rate(RLC)Equal Data RateFrequecy Efficiency (b/Hz)FDD500 500.00 0.0500 TDD configure0500 300.00 0.0300 TDD configure1500 200.00 0.0200 TDD configure2500 100.00 0.0100 TDD configure3500 150.00 0.0150 TDD configure4500 100.00 0.0100 TDD configure5500 50.00 0.0050 TDD configure6500 250.00 0.0250 表 4-3 TD-LTE上行控制信道LTE Link Budget - ULOverhead ChannelPUCCHPRACHPRACHUL Channel BandwidthMHz20.0 20.0 20.0 UL RB Total Num100 100 100 PUCCH Format2b_ACK/NACKFormat1Format4AssumptionNum. of Tx antenna1 1 1 Num. of Rx antenna2 2 2 Assign Num of RB1 6 6 RB SpacingKHz180.00 180.00 180.00 TXeUE maximum powerdBm24.00 24.00 24.00 Antenna gaindBi0.00 0.00 0.00 Body LossdB0.00 0.00 0.00 TX EIRP per occupied allocationdBm24.00 24.00 24.00 RXThermal noise densitydBm/Hz-174 -174 -174 RX noise figuredB3.00 3.00 3.00 RX noise powerdB-118.45 -110.67 -110.67 RX antenna gaindBi3.00 3.00 3.00 RX diversity gaindB3.00 3.00 3.00 Interference Margin dB1.00 1.00 1.00 Rx TMAdB0.00 0.00 0.00 Rx Filter Loss + Cable LossdB30.00 30.00 30.00 Required SINRdB0.00 -3.00 2.00 Wanted Signal Mean Power (including RF gain & loss)dBm-93.45 -88.67 -83.67 Extra LossesPenetration LossdB20.00 20.00 20.00 Shadow Fading margindB8.00 8.00 8.00 Link BudgetdB89.45 84.67 79.67 4.1.2 下行链路预算表 4-4 TD-SCDMA下行链路预算项目单位TD-SCDMA（下行）PCCPCH 单码道（理论平衡）PCCPCH 双码道（工程要求）CS12.2kCS64kPS64kPS128kPS384k系统参数业务速率bps12.2k64k64k128k384k/扩频带宽MHz1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 发射端单码道功率dBm27.00 22.73 22.73 33.00 21.00 15.50 34.00 基站天线增益dBi3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 赋形增益dBi0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 等效馈缆损耗dB30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 30.00 EiRPdBm0.00 -4.27 -4.27 6.00 -6.00 -11.50 7.00 接收端热噪声功率密度dBm/Hz-173.98 -173.98 -173.98 -173.98 -173.98 -173.98 -173.98 热噪声功率dBm-112.90 -112.90 -112.90 -112.90 -112.90 -112.90 -112.90 噪声系数dB7.00 7.00 7.00 7.00 7.00 7.00 7.00 噪声功率dBm-105.90 -105.90 -105.90 -105.90 -105.90 -105.90 -105.90 干扰余量dB1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 处理增益dB13.63 12.45 12.45 12.96 12.88 13.60 /Eb/NodB14.23 18.25 12.35 24.66 13.58 12.60 /C/IdB0.60 5.80 -0.10 11.70 0.70 -1.00 /接收机灵敏度dBm-104.30 -99.10 -105.00 -93.20 -104.20 -105.90 -85.00 人体损耗dB3.00 0.00 0.00 0.00 0.00 天线增益dBi0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 储备区域覆盖概率%95%95%95%95%95%95%95%边缘覆盖概率%88%88%88%88%88%88%88%阴影衰落标准差dB8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 阴影衰落余量dB8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 8.00 功控余量dB1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.00 切换对抗快衰落增益dB0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 切换对抗慢衰落增益dB0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 环境损耗附加值FAFdB20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 20.00 储备总计 dB29.00 29.00 29.00 29.00 29.00 29.00 28.00 路损最大允许路损dB72.30 65.83 71.73 70.20 69.20 65.40 64.00 覆盖覆盖半径 m46.3 22.0 43.3 36.3 32.4 20.9 17.8 表 4-5 TD-LTE下行共享信道TDD Configuration1 0.54 0.54 LTE Link Budget - DLData RateKbps2048 4096 2540 2107 4214 2613 DL Channel BandwidthMHz20.0 20.0 20.0 DL RB Total Num100 100 100 AssumptionNum. of Tx antenna2 2 2 Num. of Rx antenna2 2 2 MiMO double-steam enableYYYAssign Num of RB10 10 10 RB SpacingKHz180.00 180.00 180.00 DL Total Overhead Percent0.2177 0.2177 0.2177 CodeRate0.8571 1.0000 0.6667 Virtual Tbsize Per RB179.56 359.11 222.69 TXTx power per AntennadBm43.00 43.00 43.00 eNB Tx powerdBm46.01 46.01 46.01 Antenna gaindBi3.00 3.00 3.00 RF Filter + Cable LossdB30.00 30.00 30.00 TX diversity gaindB0.00 0.00 0.00 TX Beam Forming gaindB0.00 0.00 0.00 TX EIRPdBm19.01 19.01 15.00 TX EIRP per occupied allocationdBm9.01 9.01 5.00 RXThermal noise densitydBm/Hz-174 -174 -174 RX noise figuredB9.00 9.00 9.00 RX noise powerdB-102.45 -102.45 -102.45 RX antenna gaindBi0.00 0.00 0.00 RX diversity gaindB0.00 0.00 0.00 Interference MargindB1.00 1.00 1.00 Body LossdB0.00 0.00 0.00 Required SINRdB5.98 14.99 8.03 Wanted Signal Mean Power (including RF gain & loss)dBm-95.47 -86.46 -93.42 Extra LossesPenetration LossdB20.00 20.00 20.00 Shadow Fading margindB8.00 8.00 8.00 Link BudgetdB76.48 67.47 70.42 74.78 26.51 37.23 Data Rate(RLC)Equal Data RateFrequecy Efficiency (b/Hz)Frequecy Efficiency (b/Hz)FDD2048 2048.00 0.2048 0.0000 TDD configure02048 696.32 0.0696 0.0000 TDD configure12048 1105.92 0.1106 0.0000 TDD configure22048 1515.52 0.1516 0.0000 TDD configure32048 1372.16 0.1372 0.0000 TDD configure42048 1576.96 0.1577 0.0000 TDD configure52048 1781.76 0.1782 0.0000 TDD configure62048 901.12 0.0901 0.0000 表4-6 TD-LTE下行控制信道LTE