LTE无线数字直放站设计分析

王欣明　张红霞

摘要：本文通过对LTE无线数字直放站理论及实测数据的分析，结合LTE目前覆盖现状，提出了一种通过LTE无线数字直放站解决LTE覆盖不足及建设周期长的方法。

关键词：LTE；覆盖；无线数字直放站

1 引言

目前TD-LTE运营商大力推进网络建设，“做广、做深、做厚”4G网络，打造精品网、确保4G领先是运营商比较迫切的诉求。但在两年间大规模的建设LTE网络之后，目前室外测试的结果并非全都理想。

如一次非正式拉网测试的结果所显示：某省会城市23个网格区域内覆盖率（RSRP>=-110dBm and SINR>=-3dB）为89 96%，平均SINR为12.21。这个测试结果比较真实的反应了此城市LTE网络的覆盖现状，说明至少在一部分街道上用户的体验还不是十分完美，是需要特别关注和解决的。测试数据的分析显示目前LTE宏站覆盖主要存在四种问题：弱覆盖、越区覆盖、切换问题和强干扰。后两种问题通过调整网络参数和深入排查干扰源可以得到解决，但弱覆盖和越区覆盖的解决其实涉及到网络建设比较核心和关键的问题。那就是站址的合理选取。在通信行业竞争如此激烈的背景下，站址资源十分有限，想迅速找到那么多配套统统满足要求的合理站址实在有些不切实际。

另外据不完全统计，目前60%的语音业务及70%的数据业务发生在室内，而且未来这一数据甚至将有可能会达到90%。因此从商业竞争角度来看，室内深度无缝覆盖程度对于4G网络运营商将是至关重要。而4G信号在通过墙壁、地板和窗户等其它建筑物后会出现严重的衰减。将会有超过60%的区域的信号不能满足室内覆盖或较差的下载速率。但近些年来室分系统的建设成本越来越高，对于一些有需求但又没法铺设光缆进入的物业点，目前只能舍弃。

2 LTE直放站解决方案

对于TD-LTE运营商来说，寻求最经济、最合理、最快捷的无缝信号覆盖解决方案来增强自身网络的竞争力及帮助其提升4G数据业务的发展是一个永恒的话题，因为解决了室内外深度无缝覆盖问题，用户就能在4G网络里获得良好的感知与体验。移动终端用户爆炸性的数据需求和网络覆盖的不尽如人意给运营商出了不小的难题，这就需要我们采用新方法来解决新问题，那么是否可以借鉴GSM网络时的经验，在不影响网络质量的前提下，使用直放站来快速的解决问题呢？

直放站在移动通信网络中是作为信号中继器（Repeater）来同时中继放大上下行射频信号，它能有效地帮助运营商在网建初期快速地（配套成本低、无需光纤资源）将宏基站信号延伸到网络中的信号弱区、盲区或上网速率低、用户体验差的区域，或在网络建中后期进行精确室内延伸覆盖。

某厂家提供的LTE无线数字直放站，如图1，采用超低噪声系数射频前端、革命性的数字滤波器、高无杂散动态范围ADC及自有知识产权的TDD-Mate帧同步算法（基于软件无线电技术），TD-LTE系列直放站可以精准、快速及稳定地与TD-LTE宏基站同步并和谐地与宏网络共存。内置于SDR平台里的TDD-Mate帧同步算法首先先通过高速的ADC将接收到的TD-LTE宏基站的信号数字化，并在DSP里执行基带解调，进而根据TD-LTE的帧结构从基带信号中识别出在下行导频时隙（DwPTS）中的主导频同步信号（PSS）和时隙O（TSO）中的辅导频同步信号（SSS），再通过根据本地初同步PSS码与基于同步码相关性的解调信号的互相关性，可以得到上下行导频时隙的切换点。有了PSS和SSS的准确时间点。再根据当前的上下行时隙比和特殊时隙配置可以准确地计算出每一个上下行的切换点。

3 LTE无线数字直放站实测情况

为了验证LTE无线数字直放站的效果。对营业厅这类较封闭的区域以及地下停车场这类开阔区域分别进行了测试。

（1）对某移动营业厅进行了现场实测，结果如下表。直放站安装如图1所示：

可以看到直放站安装后数据下载速率可以保持在6508kb/s到14176kb/s之间，此时发射点B的RSRP在-60dBm左右。

（2）对某地下停车场进行了现场实测，结果如下：

下表为距离发射天线水平距离15米、30米和50米的RSRP强度和SINR对比。

实测截图如下：

可以看到，室内开阔场景30米视距时覆盖效果较好，50米以内的视距范围空间覆盖效果一般，基本上为极限覆盖距离。

4 直放站与基站比较优缺点分析

经过测试可以看出通过LTE直放站可以很好的解决室内补盲的问题，以下详细对两站进行分析.

4.1 同等覆盖面积时，使用直放站投资较低

就覆盖面积而言，可能六个直放站才相当于一个基站，六个直放站的设备价约为一个基站的80%。但考虑到机房租用和装修、交直流电源、空调、传输系统和电路租金等费用，六个直放站的费用只相当于于一个基站的50%，甚至更低。

4.2 覆盖更为灵活及有针对性

基站方式以广域覆盖为主，部分场景可能穿透性不足，存在盲区，而直放站更加灵活，只要覆盖区附近存在信源较好的地点即实现信号引入及放大。

4.3 在组网初期，由于用户较少，投资效益较差，可以用一部分直放站代替基站

用户发展起来后现更换为基站，替换下来的直放站再进一步放置在更边缘的地区，这样一步步地滚动发展。

4.4 直放站与基站相比存在的主要不足

（1）不能增加系统容量。

（2）引入直放站后，会给基站带来噪音，使原基站工作环境恶化，覆盖半径减少。所以一个基站的一个扇区所带直放站有限。

（3）直放站的网管功能和设备检测功能远不如基站，当直放站出现问题后不易察觉。

（4）由于受隔离度的要求限制，直放站的某些安装条件要比基站苛刻的多，使直放站的性能往往不能得到充分发挥。

（5）如果直放站自激或直放站附近有干擾源，将对原网造成严重影响。噪声通过直放站进一步放大。增益越大越明显。

（6）由于直放站硬件能力限制，部分站点下载速率无法达到理论值或者实测最大值，不如基站直接覆盖效果来的好，当然如果是盲弱区，RSRP，SINR得到显著改善，则下载速率肯定优于基站直接覆盖。

5 总结

LTE无线数字直放站的主要优点是投资较低、覆盖更灵活有针对性、可以滚动使用、建设周期短；不足之处是不能增加系统容量、可能会对宏站造成干扰、维护手段有限、建设场景有限、自身抗干扰性较差、覆盖效果有限。

但随着设备的不断升级换代和LTE无线组网技术的发展，在相当数量的合理使用场景中，LTE无线数字直放站应该可以发挥不小的作用。为TD-LTE运营商快速组网提供了一种新的方式，是TD-LTE运营商打造精品网不可或缺的一种技术手段。