LTE的室内覆盖模型研究与效果分析

基于TD-LTE的室内覆盖模型研究与效果分析
一、概述
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，在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。

室内覆盖的理论计算方法就是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。

二、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。

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。

三、TD- LTE 室内无线传播模型
3.1 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：Ploss=Plosslm+20log（d)+FAF+8（dB)其中：Ploss：路径损耗（dB)；Plosslm：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。

3.2 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，如表1 所示。

3.3 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=20log10f+Nlog10d+Lf（n)- 28dB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)；而阴影衰落余量估值，对于工作在1.8~2G 频段，上述三场景分别为：8、10、10。

3.4 各模型计算结果对比
表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。

四、覆盖分析
4.1 TD- LTE 覆盖指标
TD- LTE 采用RSRP 的接收电平值来衡量小区的覆盖能力。

RSRP 是一个表示接收信号强度的绝对值，一定程度上可反映移动台距离基站的远近，度量小区覆盖范围大小，类似于TD- SCDMA 系统中的RSCP。

同时，采用SINR 来衡量信号质量。

LTE 可以提供多种业务，不同的区域类型要求提供不同的业务，不同的业务，其室内覆盖指标要求不一样，因此，要确定室内覆盖指标，首先要划分不同的业务覆盖区域类型，按对网络质量的要求，通常分为三类区域，详细如表3 所示：
室内覆盖边缘场强的确定需要同时考虑两个方面：（1) 一方面边缘场强应满足连续覆盖业务的最小接收信号强度。

（2) 另一方面应大于室外信号在室内的覆盖强度，即：设计余量，其典型经验值为5~8dB。

4.2 链路预算
链路预算分为两部分，一部分为空中损耗，在第 3 章传播模型中已经说明；另一部分为信源到天线端口损耗，以下简称有线链路预算，采用无源设备组网时一般链路计算可以只考虑下行链路预算，在有源设备组网时需要考虑干放的上下行平衡以及上行噪声系数。

有线侧链路预算：根据到达天线口的功率，确定根节点需要输入的功率。

具体预算如下：天线口输入功率＝有源器件输出功率－Σ耦合器损耗－Σ功分器损耗－Σ接头损耗－Σ馈线损耗－Σ接头损耗－Σ其余器件损耗4.3 TD- LTE 覆盖半径TD- LTE 的频段较高，天线覆盖半径会比低频段的天线覆盖半径小，在新建室分系统时，天线的覆盖半径可参考TD- S 的覆盖半径。

单天线覆盖半径参考建议为：在半开放环境，单天线情况下，如商场、超市、停车场、机场等，覆盖半径取10～16米；在较封闭环境，单天线的情况下，如宾馆、居民楼、娱乐场所等，覆盖半径取6～10米。

4.4 天线口功率测算
设在写字楼场景，天线的覆盖半径为10米，墙体损耗为15dB，工作频段为2300MHz，带宽为20MHz，慢衰落余量取0（边缘场强已考虑)，覆盖边缘RSRP 要求为- 105dBm。

采用ITU- R P.1238模型，N 取30，模型公式如下：PL=20log10f+Nlog10d+Lf（n)- 28dB则空间传播损耗PL=20log10（2300)+30log10（10)+15*1- 28dB+0=84dB；为满足覆盖要求，天线口单参考信号接收功率- PL≥- 105dBm；则天线口单参考信号接收功率≥- 21dBm；由于在带宽20MHz 频段内共有1200个子载波；所以：天线口总发射功率= 天线口单参考信号接收功率+10log10（1200)=- 21dBm+31dBm=10dBm
另外为满足行业内为保证辐射环保安全而制定的15dBm限值要求，由此可得天线口总功率要求为10~15dBm，相应的RSRP 为- 21~- 16dBm。

4.5 天线口输出功率规划
TD- LTE 采用了64QAM调制方式，而在室内分布系统中，加强RSRP 覆盖是提升SINR 的有效手段，因此，适当的增大天线口输出功率是提升TD- LTE 室内网络性能的重要手段之一。

具体天线口功率规划如下：（1)对于天线点不入房间、停车场、地下室等，信号需要经过一次穿透覆盖的场景，在满足无委要求的情况下，天线口总功率建议接近15dBm，对应的RSRP 功率为- 16dBm。

（2)一般场景下天线口总功率不应大于15dBm，对于大型会展中心、体育馆等天线覆盖半径较大，且天线挂高较高的场景，天线口功率可适当提高，但应满足国家对于人体电磁覆盖防护的规定。

（3)对于天线入户或者适宜布防多天线点的区域，由于信号没有经过墙体损耗，可采用稍低的天线口功率，根据覆盖半径大小，天线口功率建议在5- 8dBm左右，对应的RSRP 功率为- 26~- 24dBm。

五、结论
TD- LTE 室内覆盖系统宜采用BBU- RRU＋分布式系统的组网方式，采用ITU- R P.1238模型用于TD- LTE 室内空间损耗的计算。

本着就高不就低的原则，覆盖边缘RSRP 要求大于等于- 105dBm。

此时单天线覆盖半径建议为10米，空间损耗在84dB 左右时可以保证覆盖边缘的RSRP 和SINR 指标符合网络要求。