TDLTE在室内环境中的应用方法研究.ppt

中国移动集团重点/联合研发项目结题汇报报告,2010年11月1日,项目名称：TD-LTE无线技术及应用研究项目编号：2010_LH_51,研究课题组,一.开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,1.1 研究背景及目标,2010年上海世博会上部署了全球首个TD-LTE规模演示网，对包括黄浦江面在内的5.28平方公里的世博园进行了无缝覆盖，同时对包括一轴四馆在内的9个重要场馆进行了TD-LTE室内覆盖。上海世博会上多款TD-LTE数据卡终端成功亮相，这些数据卡终端是首次采用TD-LTE技术的无线数据卡产品，标志着TD-LTE产业已经基本具备端到端产品的能力TD-LTE采用了与2G/3G完全不同的关键技术和频段，因此LTE室内覆盖方案在频点规划、天线布局和参数设置方面将面临许多新的问题和挑战,世博园TD-LTE室内覆盖分布情况,解决TD-LTE在室内应用的关键技术难点解决在室内引入MIMO的关键技术难点室内TD-LTE应用关键技术相关专利1项,研究背景,项目目标,1.2 主要研究内容,TD-LTE室内覆盖关键问题研究,TD-LTE室内建设方案研究,TD-LTE建设方案验证,TD-LTE系统与其它系统在室内覆盖中的干扰分析在室内引入MIMO技术及MIMO在室内的性能研究,研究TD-LTE在室内的应用建设方案,在方案充分验证的前提下，挑选1-2个典型的室内分布系统，进行TD-LTE室内建设，并进行测试验证,TD-LTE在室内环境中的引入策略分析,根据上海现网状况，提出在室内引入TD-LTE的具体步骤，同时给出相应的系统解决方案，以指导上海移动TD-LTE网络建设。,1.3 开题计划完成情况总结,一、项目进度整体按照项目计划进行，基本完成项目既定目标二、项目研究存在的不足,完成室内覆盖规划方案；完成室内容量规划方案；完成室内MIMO性能提升分析及引入方案；完成室内多系统合路分析及建议；搭建多个TD-LTE室内覆盖点进行测试验证及分析；按既定目标，输出了一个专利，已获集团专利申请号*专利名称：一种系统中不同时隙配比同频组网方法(201010527573.1),未能搭建TD-LTE与其他系统共室内分布的环境进行测试验证；未能对室内引入MIMO的多套方案一一搭建测试环境进行验证测试;,一、开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,2.1 TD-LTE室内覆盖规划,2.2 TD-LTE室内容量规划,2.4 TD-LTE合路模式考虑,2.3 TD-LTE室内MIMO引入方案,室内覆盖规划流程,TX/Rx,),),),Node B,第一步：覆盖指标确定,第三步：天线口功率确定,第四步：确定最大允许的室内分布损耗,第二步：根据传播模型，确定不同覆盖范围的路径损耗,第一步：室内覆盖指标确定；第二步：分析传播模型；第三步：天线口功率确定；第四步：确定最大的室内分布损耗，指导工程建设。,TD-LTE室内覆盖指标确定,边缘场强确定方式一：根据边缘速率需求 根据不同的边缘速率需求，确定最佳的MCS。最佳MCS选择需综合考虑RB个数、MCS与接收机灵敏度之间的关系，即既考虑空口资源的消耗又考虑小区覆盖半径的一种权衡结果。确定好MCS后，然后确定承载该MCS对应的SINR门限，即确定小区边缘SINR。,边缘速率需求,最佳MCS确定,边缘SINR确定,边缘场强确定,MCS 10提供了最佳的接收机灵敏度与RB需求之间的平衡,影响覆盖,影响容量,假设边缘速率=2M时，最佳MCS选择示例,选择MCS 4则主要考虑覆盖,TD-LTE室内覆盖指标确定,边缘场强确定方式二根据终端实际接入能力 目前TD-LTE终端性能还在不断改进中，根据世博期间的TD-LTE终端的性能水平，TD-LTE终端的性能瓶颈在上行接入能力。左图上的测试数据是在高场强的情况下接入，然后移动到覆盖比较低的点，可以看到即使在RSRP=115dBm的情况下仍然能够进行数据业务；而右表的接入成功率上看出在RSRP110dBm的情况下，即使AFLEX TM500的接入成功率也比较低，目前大部分数据卡的接入能力在RSRP=100dBm左右，此时小区边缘吞吐量为：DL:12Mbps,UL:2Mbps（根据创意4062C数据卡）,室内传播模型-ITU-R P.1238,其中N 表示距离功率损耗系数，对于2.3Ghz 频段，假设是办公楼，N 可以设为30f 指的是频段，单位为MHzd 表示基站与便携终端之间的距离，单位是m（d的使用范围为：1m1km内）Lf is 楼层穿透损耗，单位为dBn指的是基站与便携终端之间的楼层数，假如UE是和天线在同一层，Lf(n)=0,ITU-R P.1238 标准制定了900MHz到100GHz室内无线电通信系统和无线本地网规划的传播数据和预测方法。模型分为视距和非视距。对于非视距，传播模型建模为：,TD-LTE频点：2320MHz,室内传播模型Keenan-Motley,Keenan-Motley室内传播模型模型所用的公式为,自由空间传播损耗公式如下：,：参考距离，1m；：室内路径损耗衰减因子，取值如上表所示；：表示移动台离发射机之间的距离，单位为km；：楼层损耗参考值；：楼层数目；：墙壁损耗参考值；：墙壁数目。,当参考距离为1m，载波频率为2320MHz时，PL(do)=39.8dB。,*注：f2320，假设在同一楼层，穿越的墙壁数目为0,室内传播模型ITU-R.M.2135(InH),ITU-R.M.2135主要针对IMT-Advanced提出，规定4种场景：Indoor Hotspot(InH),Urban Microcell(UMi),Urban Macrocell(UMa),Rural Macrocell(RMa)，其中InH主要用于室内热点传播模型，分为视距和非视距，并视距比例建模成一定的概率函数，慢衰落采用对数正太分布，具体建模如下表：,*注：f2.3GHz,室内覆盖链路预算-天线口功率（1）,其中每个RE 的噪声：N=10lg(K*T*BW)+NF=-174+10lg(15k)+7=-174+41.8+7=-125.2 dBm。(假设接收机的噪声系数为7）,方案1确定的每个RE的最小接收电平,方案1确定的天线口每个RE需要的功率为-21.7dBm方案2确定的天线口每个RE需要的功率为比方案1大18dB,为-4dBm左右,每个RE的最小天线口功率,方案2确定的每个RE的最小接收电平在-100dBm以上,覆盖15米的范围,室内覆盖链路预算-天线口功率（2）,20MHz 带宽-100RB-100 x 12=1200 subcarriers(REs)整个带宽的功率:-21.7+10 x lg(1200)=9.1 dBm考虑到采用2x2 MIMO和发射分集(3dB)的场景,每路功率可在11.1dBm的基础上降低3dB,(9.1 3=6.1 dBm)也就是说,天线口的输入功率应为6dBm左右.假设,RRU每个通路输出功率为40dBm（10W),这样,允许的馈线及耦合器、分路器等损耗为 40-6=34dB左右,针对边缘场强方案1,针对边缘场强方案2,边缘场强方案2较边缘场强方案1天线口功率需增加18dBm，为24dBm，允许的馈线及耦合器、分路器等损耗为 40-24=16 dB左右.但国家规定室内天线口发射总功率15dBm，不符合国家规定。如若要符合国家要求，因此修正覆盖范围为8m左右。,2.1 TD-LTE室内覆盖规划,一、开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,2.2 TD-LTE室内容量规划,2.4 TD-LTE合路模式考虑,2.3 TD-LTE室内MIMO引入方案,小区容量分析-单用户吞吐量测试结果,在20M带宽，2:2时隙配比，特殊子帧配比10:2:2下，小区吞吐量可达到DL:81Mbps,UL:8Mbps，但由于目前终端的限制，单用户的下行峰值吞吐量只能达到小区吞吐量的1540%。,*注：创毅视讯3004E在支持64QAM时，性能不是很稳定，一般只能支持16QAM，下行在15M左右。,小区容量分析-多用户吞吐量测试结果,目前TD-LTE终端只能最多支持810个UE并发接入。本次多终端容量测试采用4个终端，终端类型采用了创毅数据卡（3004E）测试结果看出由于终端能力受限（不支持64QAM，不支持MIMO)，目前小区的吞吐量只有达到下行15Mbps，上行11Mbps,N表示更近点：RSRP-75dBmM表示中点：-85dBm RSRP-90dBmF表示中远点：-95dBm RSRP-100dBm,室内单站传输带宽需求估算,单小区峰值81+16=97Mbps,单小区传输带宽97*(1+10%+5%)=112Mbps,单基站传输带宽(假设,s1/1/1)112*3=336Mbps,单基站传输带宽(考虑到覆盖)室内:336*42%=141Mbps,单小区峰值15+11=26Mbps,单小区传输带宽26*(1+10%+5%)=30Mbps,单基站传输带宽(假设,s1/1/1)30*3=90Mbps,单基站传输带宽(考虑到覆盖)室内:90*42%=38Mbps,根据系统实测峰值（MIMO，64QAM),根据多终端小区吞吐量（SIMO，16QAM),2.2 TD-LTE室内容量规划,2.1 TD-LTE室内覆盖规划,一、开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,2.4 TD-LTE合路模式考虑,2.3 TD-LTE室内MIMO引入方案,MIMO在室内的应用性能提升（仿真）,仿真场景采用ITU Indoor Hot Spot 模型用户移动速度3km/hr仿真结果1:频谱效率 3 bps/Hz with SIMO 4 bps/Hz with SU-MIMO 频谱效率提升3040仿真结果2：5边缘速率SIMO:2.5 Mbps;2x2 SU-MIMO:2.9 Mbps边缘速率提升17,SIMO,1x2 SU-MIMO,MIMO在室内的应用性能提升（世博场馆测试）,测试环境说明信息通信馆前展，约250平方米LTE天线下面有吊顶遮挡测试内容双通道单用户下行吞吐量测试单通道单用户下行吞吐量测试,单天线小区吞吐量33.59Mbps,双天线小区吞吐量55.45Mbps,是单天线吞吐量的1.65倍,空旷展览馆场景测试结果,TD-LTE双通道室内分布系统小区下行吞吐量相比单通道室内分布系统都有明显的提高，平均小区吞吐量提高65左右,MIMO最佳天线间距测试,测试环境说明：15m*20m房间内 2300MHz频段，10MHz带宽下，DL:UL=2:2天线口功率5dBm，天线口增益2dBi单用户可调度16个RB,实测结果实测10MHz带宽下，MIMO室内单用户速率下行平均为89Mbps；经测试验证，在室内环境下，当基站天线间距大于2倍信号波长后，再增加天线间距，系统吞吐量基本保持不变；因此，TD-LTE室内覆盖天线间距要求需大于2倍信号波长（约26cm）,MIMO在TD-LTE室内分布系统中的引入,室内MIMO分布系统建设要求 在室内引入MIMO系统，需要在信号源处引出两个射频通路，接入不同的分布系统；对于已建好室内分布系统的楼宇，射频线缆和天线可重用一部分原有室内覆盖系统，为了实现MIMO，还要再铺设一个通道的室内射频线缆和天线，对原有室内分布系统改造较大对于新建分布系统的楼宇，可以直接部署两套馈线系统和天馈以实现MIMO工作方式，同时兼顾2G/3G系统的覆盖需求，但工程投资较大,室内MIMO实现方案新建或已建但未采用POI场景下,对于新建室内分布系统，可直接部署两套馈线系统和天馈以实现MIMO工作方式，同时需要兼顾2G/3G系统的覆盖质量；优点：覆盖效果好，MIMO性能优；缺点：工程投资较大对于已建室内分布系统，并且原室分系统未采用POI，可重用一部分系统的射频线缆和天线，并且还需再铺设一个通道的室内射频线缆和天线；优点：可重用一部分原室分系统以节省资源；缺点：需新增一套布线系统，对原系统改动较大，工程协调难度大,基于以上两种方案中无论是新建还是改造，都需要新增一路室内分布线缆，投资大，且改造难度大，甚至无法得到改造，因此提出了一种通过一路室内分布线缆引入MIMO的方案,通过一路室内分布线缆引入MIMO(一）,本方案的主要创新思想是提出通过变频，使MIMO信源引出的原本是同一频点两路射频链路的频点错开，然后通过合/分路器件将两路射频信号合路，从而得以在一路室分线缆上传输两路MIMO信号，并在靠近天线口端将变频后的信号恢复。,优点：无论是新建和已建室内分布系统，通过该方案知需要一条室内分布线缆，无需为了引入MIMO而铺设两路室内分布线缆，大大减少了改造的难度和建设成本 缺点：需要增加一个有源器件，增加了维护的难度及成本,室内MIMO实现方案采用POI场景下,对于已建室内分布系统，并且原室分系统采用POI，则为了实现MIMO，可采用如下几种改造方式：方案一：直接合路于POI的Tx和Rx端 方案二：将Tx或Rx端天线更换为双极化天线 方案三：新增一路单元天线,方案一：直接合路于POI的Tx和Rx端,该方案的优势为：能充分体现MIMO上下行容量增益；无需对原室内分布系统进行改动该方案存在以下问题：收发支路TD-LTE易受多系统信号影响，互调干扰严重；原收发天线间距需要满足MIMO工作要求；,方案二：将Tx或Rx端天线更换为双极化天线,该方案的优势有：能充分体现MIMO上下行容量增益；无需增加天线布设数量和位置，仅更换Tx或Rx天线类型；多系统合路干扰较小该方案存在以下问题：目前还没有支持全向双极化的吸顶天线；对于线槽方案已施工的建筑，增加一路馈线工程实施难度大；单改造Tx天线，其它系统面临Tx与Rx具有相位及损耗差异的风险；工程投资较大,方案三：新增一路单元天线,该方案的优势有：能充分体现MIMO上下行容量增益；无需使用高风险的双极化天线，对其他系统影响较小；多系统合路干扰较小该方案存在以下问题：网络改造量较大，对于已确认天线布点的建筑，需重新协调；对于线槽方案已施工的建筑，增加一路馈线工程实施难度大；工程投资较大,室内MIMO应用总结与建议,总结建议对于新建室内分布系统的楼宇推荐使用MIMO方式进行建设；对于已建设且适用POI 的室内分布系统，可根据具体场景选择上述方案一、二、或者三；对于已建室内分布系统，可根据情况改造一路，新建一路的方式；对于已建室内分布系统，且改造难度非常大的场景，则只能通过空分复用的方式增加系统吞吐量（但不能改善单用户的吞吐量）对于业务需求量大，且原布线系统改造困难的楼宇，推荐使用通过一路室内分布线缆引入MIMO的方案，但该方案还需要进一步测试验证，同时根据实际情况引入；对于业务需求量大，但新增干线施工较易的楼宇推荐使用方案二或三实现MIMO方式，由于WLAN与TD-LTE频段相邻，建议POI后端合路时尽量避免与WLAN系统所在支路合路,容量方面,室内多径环境下低速移动场景下（典型场景），采用MIMO相比不采MIMO吞吐量可增加 3040。（在单用户场景下，世博园实际测试得到应用MIMO比不应用MIMO吞吐量可增加65）,系统改造方面,对于已建室内分布系统的楼宇，采用MIMO方式，需增加一路天馈，工程实施难度较大，系统复杂度高,投资方面,对于已建室内分布系统的楼宇，采用MIMO方式，需增加天馈及布线系统，工程协调难度大，投资较大,2.3 TD-LTE室内MIMO引入方案,2.2 TD-LTE室内容量规划,2.1 TD-LTE室内覆盖规划,一、开题计划完成情况,目 录,二、主要研究成果,2.4 TD-LTE合路模式考虑,TD-LTE合路方式分析,对于已建室内分布系统的楼宇，从节省投资和资源利用等方面考虑，建议TD-LTE与原系统进行合路，共用分布系统和天馈 原室内分布系统不采用POI的情况按合路位置可分为前端合路和后端合路前端合路优点：施工较简便缺点：后期优化调整难度大后端合路优点：适用范围广，易对信号接入功率进行控制缺点：需要两条主干线，主干线工程实施较为复杂原室内分布系统采用POI的情况按合路位置可分为POI内部合路和POI后端合路POI内部合路优点：干扰抑制效果好，系统稳定性高，扩容成本较低，维护方便；缺点：组网形式不灵活，大多现有POI不包含TD-LTE接口；POI后端合路优点：接入方式灵活，功率控制相对简单；缺点：需要使用特殊的合路器，实现难度较大，成本较高；现场实施、后期维护难度较大,不同合路方式的比较,不同合路方式的比较在室内引入TD-LTE系统，主要分为前端合路、后端合路与新建三种方案对于已建2G/3G室内分布系统的楼宇，考虑到天线口功率需满足一定的业务覆盖及容量要求，并且现有POI大多没有TD-LTE接口模块，因此建议优选后端合路方案,TD-LTE对原室内分布系统改造要求（1）,对无源器件的要求 总体原则在原器件支持并确保TD-LTE室内覆盖的前提下，应充分利用原有系统的资源，共用室内分布系统对不满足LTE覆盖要求的器件可进行如下改造无源器件需满足工作频率范围为8002500MHz 合路器的更换需要满足系统隔离度、插入损耗、抗杂散互调干扰等指标 为了保证天线口输出功率，需将功分器和耦合器进行数量调整或更换不同耦合比的耦合器,TD-LTE对原室内分布系统改造要求（2）,对馈线的影响 TD-LTE频段较高，相同长度下的馈线损耗较大现有室内分布系统大多采用1/2”馈线和7/8”馈线产品。1/2”馈线和7/8”馈线产品在2400MHz相对TD的2100MHz百米损耗差异一般在1dB以内，在2400MHz与900MHz的损耗相差较大改造建议对于独立新建的系统，应结合具体楼宇环境和天线馈入口功率要求选择适当的馈线类型；对于原系统馈线损耗较大，且不能选用更粗的馈线时，可适当增加干放设备以补偿分布系统损耗。但应严格控制干放数量，以免对系统底噪抬升过大，降低接收机灵敏度,TD-LTE对原室内分布系统改造要求（3）,对室内分布系统天线的影响对已建TD-SCDMA室内分布系统的楼宇，如TDS的天线支持TDL频段，可以考虑与原有室内分布系统共天馈（对TDS已建楼宇建TDL）对于仅建了GSM900/DCS1800，而未建TDSCDMA的楼宇，由于与TD-LTE频率相差较大，一般不建议共用天馈（未建TDS，重要性不高，初期不考虑建设TDL）改造建议天线需支持8002500MHz频段以满足不同系统的接入要求；原2G/3G系统如果用较少天线数量，较大天线口功率覆盖的区域，引入TD-LTE信号未能达到TD-LTE的边缘场强要求的，需要增加天线密度，以使信号覆盖更均匀；根据原有天线的距离，适当改变天线口的位置；对于有MIMO室内应用需求的场景，可增加一路布线系统和天馈以实现MIMO工作方式。该方案对原有系统改造要求较高，可考虑率先在新建楼宇内试点引入。,请各位领导/专家指导！,39,结束,谢谢大家！,