1、錯層MIMO雙流傳輸模式一、研究背景及目的目前，為了擴大LTE商用網絡的覆蓋范圍，國內移動通信運營商正大規模部署LTE系統。對于大型樓宇的LTE室內分布系統，現在采用的主要技術方案幾乎都是在原有的單通道分布系統基礎上進行簡單的合路，無法發揮LTE MIMO雙流傳輸模式的技術優勢，損失了LTE室內分布系統約50%的容量。為了更好地發揮LTE室內分布系統中MIMO雙流技術優勢，目前移動通信業界主要有3種傳統方法，但是都存在工程造價偏高和實施難度較大的缺點：方法1：獨立新建LTE雙通道室內分布系統。跟傳統單通道室內分布系統相比，此方法天饋部分的工程造價增加了2倍。同時因為該方法中天線數量的大幅增加會

2、導致施工難度的增加。方法2：新建一套單通道室內分布系統，同時對原有的2G、3G室內分布系統進行改造，并利舊改造后的原分布系統形成雙通道室內分布系統。與傳統單通道室內分布系統相比，此方法天饋分布系統部分的工程造價增加了1倍。由于需要新建一套并改造原有的單通道室內分布系統，工程協調難度大，施工難度高。方法3：利用主流LTE設備廠家推廣的具備MIMO雙流傳輸模式功能的微功率設備建設有源分布系統。由于需要使用大量的微功率設備才能實現對大型樓宇的LTE信號覆蓋，所以此方法的工程造價比方法1還要高。為了低成本實現4G室內分布系統中的MIMO雙流傳輸效果，大范圍提高電信4G用戶感知，在傳統單天饋DAS結構基

3、礎上，江蘇電信常州分公司無線維護中心研究提出了“奇偶錯層覆蓋方法”，該方法僅增加很小的建設成本（約1.1%），實現了LTE室內分布系統中的MIMO雙流傳輸模式，效果十分理想，雙流數據占比和下載業務速率均很高，LTE小區容量提升約80%。二、實現MIMO雙流傳輸的關鍵因素LTE小區的吞吐速率跟單雙流、資源調度參數、HARQ參數息息相關。其中，單雙流跟無線信道的秩（Rank）和誤塊率（BLER）息息相關，由于BLER跟無線信道質量（SINR）密切相關，由此推理LTE數據下載業務的雙流比例主要由Rank和SINR決定，關系示意圖見圖1。當無線傳播環境能長時間維持兩種相關性較小的無線信道時（即：無線信

4、道矩陣的秩Rank=2），eNodeB在進行下載業務無線資源調度時，分配UE使用2個碼字的數據業務占比會較高，從而大幅提升物理下行共享信道（PDSCH）上的數據速率。圖1 LTE單雙流相關要素對于FDD-LTE，eNodeB分配UE使用單雙碼字流的流程見圖2。初始傳輸模式配置為TM3，以便于提高UE初始下行速率，后續根據UE的實時上報的無線信道測量信息（SINR、RI），持續進行傳輸模式的保持或調整。圖2 單雙流的保持或調整流程由上述分析可知，如果在FDD-LTE室內分布系統中實現穩定的MIMO雙流傳輸效果，要實現如下3個關鍵因素：1、 信源設備MIMO模式參數配置為TM3；2、 無線信道矩陣

5、的秩保持為2的采樣點占比必須較高（即：RI=2的占比需較高）；3、 LTE無線信道質量超過門限值的采樣點占比必須較高。三、奇偶錯層覆蓋技術方案錯層覆蓋方案通過以下4方面實現了FDD-LTE雙流傳輸關鍵因素：1、 配置合理的設備參數；2、 合理利用全向吸頂天線輻射特性；3、 合理設計天線輸出功率；4、 創新布置雙主干。1、配置合理的設備參數LTE RRU的初始傳輸模式配置為TM3，即參照室外RRU的數據模板進行配置。這樣eNodeB根據UE上報的室內無線信道不相關性、無線信道質量來判斷分配單流（發射分集模式）或是雙流（空分復用模式）無線信道。PA/PB配置為（0,0），加大數據業務信道RE功率，

6、可以降低PDSCH的BLER。2、合理利用全向吸頂天線輻射特性室內分布系統中，主要使用全向吸頂天線，該類型天線在不同頻段的方向圖見圖3。在水平面上，全向吸頂天線在360度方向上的無線信號場強分布相對比較均勻；在垂直面上，全向吸頂天線的主瓣增益可以幫助上一樓層天線的無線信號向下穿透一層樓板輻射到當前房間。同時由于全向吸頂天線前后比較小，下一樓層天線的后瓣無線信號會向上穿透一面樓板輻射到當前房間。（a）水平面方向圖 （b）垂直面方向圖圖3 全向吸頂天線的水平面和垂直面的方向圖3、合理設計天線輸出功率；根據目標樓宇各樓層的建筑構造、裝修布局，合理設計室內天線的布放位置和天線口射頻輸出功率，使每個樓層

7、用戶的主要活動范圍內的LTE終端接收到的當前樓層和其他樓層的LTE無線信號強度能同時滿足終端解調門限和LTE RRU啟動雙流的無線信道質量門限，降低每個不同傳播路徑上無線信號誤塊率，實現兩路數據流的有效解調。在LTE技術制式中，SINR、RSRP很大程度上決定了終端解調效果，而在DAS場景內，RSRP的強弱決定了SINR的大小。由于每個具體室內場景的無線傳播模型是相對固定的，所以DAS的天線射頻輸出功率的大小決定了終端RSRP的強弱。因此，在DAS中，合理的天線射頻輸出功率設計十分重要，它決定了RSRP和SINR的大小。（雖然SINR同時跟RSRP、PCI的模三干擾有很大關系，但是在DAS場景

8、內，通過對室內信源PCI的合理規劃，基本上可以避免室外信號對室內信號的模三干擾；即使由于特殊原因導致無法避免模三干擾，但是因為目前國內運營商的LTE信號頻段較高，所以室外信號穿透大樓墻壁到達室內后，信號場強衰減較大，對室內信號的干擾影響程度很小。）RSRP預算方法為：RSRP=Txpower+GainANT-Ltotal+GainUE （1）其中：Txpower：全向吸頂天線輸出的參考信道功率GainANT：全向吸頂天線的增益GainUE：LTE終端內置天線的增益Ltotal：從全向吸頂天線到終端的LTE空間鏈路預算，采用國際電聯ITU-R P.1238-6 建議書的傳播模型，基本模型公式為：

9、Ltotal=20log10f+Nlog10d+Lfn-28dB+LNFmarg+BPL （2）其中： N：距離功率損耗系數；f：頻率； d：天線和便攜終端之間的距離； Lf：樓層穿透損耗因子； n：天線和便攜終端之間的樓板數。 LNFmarg：陰影衰落； BPL：介質損耗。SINR計算公式為：SINR=RSRP/（Noise+Interference） （3）其中：Noise：自然界白噪聲、設備噪聲系數等的合成；Interference：無線信號干擾，在LTE網絡中主要指相鄰小區對本服務小區的干擾，取值相鄰小區參考信道接收功率(RSRPI)。式（3）的等效公式為：SINR=10log1010

10、RSRP1010Noise10+10RSRPI10 （4）在商業樓宇無線環境中，室內全向吸頂天線的平均覆蓋半徑為6 m左右。以中國電信目前試商用的LTE FDD頻段1800MHz為例，DAS中每個室內全向吸頂天線的Txpower設計值建議不小于-15 dBm。對于這個設計值，下面分2個場景，利用式（1）式（4）對LTE終端的關鍵指標RSRP、SINR進行預算分析：場景1為終端接收相鄰樓層全向吸頂天線發射的無線信號，場景2為終端接收本樓層的全向吸頂天線發射的無線信號。式（1）式（4）中的參數取值見表1。表1 兩種場景中的參數值參數單位NdBfMHzLNFmargdBBPLdBGainANTdBG

11、ainUEdBTxpowerdBmNoisedBmRSRPIdBmLfdBdm場景122180010641-15-128-11066.8場景222180010641-15-128-11006場景1中，由于上一層的天線要向下穿透1面樓板，一層樓的層高約為3 m，當前樓層內的天線水平覆蓋半徑為6 m，計算得出上一層天線無線信號輻射到當前樓層覆蓋邊緣的覆蓋半徑約為6.8 m。本場景中，RSRP、SINR的預算結果為：RSRP=Txpower+ GainANT-Ltotal+GainUE=-87.45 dBmSINR=10log1010RSRPneighbour1010Noise10+10RSRPI1

12、0=22.55 dB場景2中，由于只是預算本層天線對當前樓層的覆蓋效果，因此不用考慮樓板穿透損耗，當前樓層內的天線水平覆蓋半徑為6 m。本場景中，RSRP、SINR的預算結果為：RSRP=Txpower+GainANT-Ltotal+GainUE=-80.25 dBmSINR=10log1010RSRPserve1010Noise10+10RSRPI10=29.7 dBLTE-FDD終端的接收靈敏度一般為-128 dBm-134 dBm，從上述兩種場景的預算結果可以看出，終端接收到的兩路信號的參考信道射頻功率都在正常解調門限之內，而且兩路數據流的SINR也遠大于LTE雙流啟動門限（LTE-FD

13、D SINR的雙流啟動門限約為12 dB左右）。分析RSRP、SINR的預算結果得知，全向吸頂天線輸出的參考信道功率設計值不小于-15 dBm是合理的，可以保證順利啟動雙流傳輸模式。4、創新布置雙主干有別于傳統單通道DAS，本創新方法技術方案中對DAS主干進行了創新設計，形成兩路平行的主干，分別接到LTE-FDD RRU射頻輸出口的A端口和B端口，形成主干A和主干B；而每層樓的天饋分支部分的設計思路跟傳統單通道DAS一樣，仍然是單路天饋。此方案的兩路平行主干跟每層樓天饋分支的聯接方式為：主干A跟奇數樓層的天饋分支相連，把A端口的信號分配到奇數樓層天線；主干B跟偶數樓層的天饋分支相連，把B端口的

14、信號分配到偶數樓層天線。在這樣的DAS中，每個終端可以同時接收到“當前樓層天線+上一樓層天線+下一樓層天線”這3個樓層天線發射的無線信號。由于終端接收到的當前樓層天線和相鄰樓層天線發射的這兩路無線信號是從信源設備的不同射頻口發出，而且傳播路徑不同，另外，室內場景的散射體比較豐富，這些因素導致這兩路無線信號傳播路徑相關性較低。雙主干設計方案及無線信號傳播路徑示意圖見圖4。圖4 雙主干設計方案及無線信號傳播路徑四、方案實施效果驗證為了驗證錯層覆蓋方法實現LTE雙流傳輸的實際效果，對常州第一人民醫院3號樓LTE DAS進行了雙主干改造，MIMO模式配置為TM3，PA/PB配置為（0，0），下行帶寬配

15、置為15 MHz，選取其中1臺信源設備的覆蓋區域進行了大量測試。測試軟件、終端及測試方式見表2。表2：測試工具及測試方法測試軟件鼎利9.1測試終端華為E392（Cate3）FTP服務器3線程數10測試方式走廊DT+房間內CQTDT打點軌跡示意圖見圖5，圍繞覆蓋范圍內護士服務臺到東側走廊進行測試。 圖5 DT測試軌跡示意圖圖6是場景1、場景2的對比測試結果，從圖中看出，其他樓層天線發出的無線信號穿透到當前樓層后，信號強度損耗了約10dB，SINR約降低3 dB6 dB，但是依然遠高于LTE終端解調門限和MIMO雙流啟動門限。 （a）兩種場景的RSRP對比 （b）兩種場景的SI

16、NR對比 圖6 場景1、場景2中下載業務的對比測試圖7是遍歷測試中各樓層的RSRP、SINR平均值，從圖中可以看出，各樓層平均RSRP約為-75dBm左右，平均SINR約為25dB左右，無線信道指標十分良好。圖8是遍歷測試中各樓層雙流數據采樣點占比統計圖，從圖中可以看出，各樓層的雙流數據采樣點占比均高于95%，大部分樓層都高于99%，基本上都是在使用MIMO雙流傳輸模式進行業務下載。圖9是遍歷測試中各樓層平均下載速率跟傳統單通道DAS結構中平均下載速率的對比結果，從結果可以看出，傳統單通道DAS中的平均下載速率約為45Mbps，而新方案的平均下載速率約為85Mbps，速率提升了89%。 （a）

17、RSRP平均值 （b）SINR平均值 圖7 各樓層的RSRP、SINR測試結果平均值 圖8 雙流傳輸采樣點占比 圖9 兩種方案下載速率對比上述測試結果可以得出以下結論：1、 奇偶錯層覆蓋方法可以很好地實現LTE雙流數據業務，效果穩定。2、 在每一個樓層，兩個碼字數據流的信號場強相差不大，約相差10dB，SINR相當。五、成本分析 1、新建DAS工程增加的成本分析：在新建DAS時按照奇偶交錯MIMO方案布放主干，跟常規方案比較只需要增加常規方案主干同等長度的饋線、每臺RRU新增1個C/L合路器，除此以外沒增加任何材料，相比較于新建DAS的總體造價而言，增加的工程造價絕對值和占比都極小。以第一人民

18、醫院3號樓為例，常規方案造價為51萬元，奇偶交錯MIMO方案一共增加的工程造價核算見表3。表3 新建工程增加的工程造價核算表成本支出項單價（元）單位數量價格（元）饋線11米1501650接頭10個24240合路器350個41400二功分21.68個486.72材料費合計3376.72集成費2026.032設計費162.0826監理費162.0826增加的總造價5726.917以第一人民醫院3號樓為例，核算新建DAS工程的奇偶交錯MIMO方案在常規方案基礎上僅增加了1.1%的工程造價。2、原DAS系統改造增加的成本分析對原有DAS進行改造時，饋線、接頭無法利舊，耦合器由于老化等因素利舊程度較低，

19、合路器質量相對較好可以利舊。改造的工作量是按照奇偶交錯MIMO方案重新做2根主干，改造工程造價核算見表4。表4 對原有DAS改造的成本核算每臺RRU主干改造的每層成本核算每臺RRU每層成本支出項單價（元）單位數量價格（元）饋線11米666耦合器22個122接頭10個220每臺RRU每層材料費合計108集成費64.8設計費5.184監理費5.184每臺RRU每層增加的總造價183.168每臺RRU合路點增加的成本合路器350個1350接頭10個990二功分21.68個121.68合路點增加的材料費合計461.68集成費277.008設計費22.16064監理費22.16064每臺RRU合路點增加

20、的總造價783.009從上表可以看出，對原有DAS進行改造時，增加的成本為183元/RRU/層+783元/RRU（即：每臺RRU主干的每層改造成本+每臺RRU合路點增加成本）。3、設備成本分析也許會有顧慮使用奇偶交錯MIMO方案會增加LTE RRU使用數量或者明顯提高RRU的機頂輸出總功率，從而提高設備使用成本。但是理論分析和測試驗證都證明了上述顧慮不存在：理論上，雖然奇偶交錯MIMO方案中增加了一路主干饋線，但是每路主干饋線上的耦合器減少了50%，相應地減少了每路主干上耦合器的插入損耗和接頭損耗，因此在保持每個樓層天線口功率不變的情況下，LTE RRU的射頻總輸出功率幾乎不變，并不會增加使用

21、RRU的數量或明顯加大設備的機頂輸出功率。測試驗證中，以第一人民醫院3號樓為例，奇偶交錯MIMO方案的LTE RRU的兩個射頻輸出口的輸出總功率(2*20W)僅比常規方案(1*40W)高0.7個dB，使用RRU的數量跟常規方案相同。六、復制推廣可行性1、綜合成本分析“奇偶錯層覆蓋方法”能順利實現室內分布系統中的LTE雙流傳輸模式，而且綜合成本僅有少量增加：1）、在天饋系統部分，相對于常規的單通道DAS，此方案只需要對主干進行改造，形成兩路平行主干，經測算此項僅增加了1%的天饋工程成本。2）、在信源使用部分，雖然每套DAS增加了一路主干，但是由于每路主干上的無源器件數量減少了一半，每路主干相應地減少了一半的器件插入損耗，因此DAS的信源總數量和每臺信源的射頻輸出功率并沒有增加。2、實施可行性分析在實施“奇偶樓層交錯