TD-LTE與WLAN共室分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
李響 梁婷 張永寧 2011/03/31
目前，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，與3G相比，LTE在數(shù)據(jù)速率等方面具有更大的技術(shù)優(yōu)勢，TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)必將大規(guī)模應(yīng)用。而WLAN以其靈活性、移動(dòng)性、低成本等優(yōu)點(diǎn)也將獲得廣泛的發(fā)展。
根據(jù)頻率規(guī)劃，TD-LTE系統(tǒng)工作在2400~2483.5MHz頻段，在室分系統(tǒng)中有可能與2300~2400MHz頻段的WLAN系統(tǒng)存在鄰頻共存干擾問題。如果兩種系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，將會(huì)造成總體投資的浪費(fèi)以及建設(shè)維護(hù)難度的增加。因此，研究TD-LTE與WLAN兩系統(tǒng)合一的綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)對于解決室內(nèi)覆蓋問題具有非常實(shí)際的意義。
共建原則
室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)要統(tǒng)籌考慮GSM/TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN四網(wǎng)融合的目標(biāo)，提前考慮WLAN大規(guī)模部署以及LTE引入等因素對分布結(jié)構(gòu)的影響，避免后期頻繁改動(dòng)。
設(shè)計(jì)人員應(yīng)精心設(shè)計(jì)分布系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，充分考慮新制式的影響，便于新系統(tǒng)的引入：以TD制式的技術(shù)條件來確定分區(qū)，以WLAN制式的技術(shù)條件來確定分簇，使分布系統(tǒng)局部的調(diào)整盡量在分簇或分區(qū)的小范圍內(nèi)進(jìn)行，避免引入新技術(shù)時(shí)對整個(gè)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行大調(diào)整。
分布系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)考慮多系統(tǒng)間的干擾，尤其關(guān)注室內(nèi)LTE與WLAN的天線隔離，以及多系統(tǒng)合路器的干擾抑制指標(biāo)。
共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)
共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)可以采用無源分布系統(tǒng)或混合分布系統(tǒng)。無源的綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)一般應(yīng)用在建筑物內(nèi)覆蓋面積不大，饋線長度比較短的情況下。與其他無線系統(tǒng)相比，WLAN接入點(diǎn)的發(fā)射功率比較低，因而在使用無源綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)WLAN系統(tǒng)通常采用后端接入方式，即WLAN的接入點(diǎn)在靠近分布系統(tǒng)天線的一端接入�；旌戏植枷到y(tǒng)是綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)更為常見的形式，針對各個(gè)系統(tǒng)基站發(fā)射功率以及覆蓋要求加入特定頻段的干線放大器，針對特定系統(tǒng)的信號(hào)進(jìn)行放大。通過增加干線放大器可以有效的增強(qiáng)系統(tǒng)覆蓋能力，減小各個(gè)系統(tǒng)之間覆蓋能力的差異。
TD-LTE與WLAN的合路
雙網(wǎng)合路的技術(shù)思路，是將TD-LTE和WLAN的無線射頻信號(hào)通過合路器饋入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，各頻段信號(hào)共用天饋進(jìn)行覆蓋。在天饋系統(tǒng)無源器件無法滿足合路頻段要求，或由于天線安裝位置不合理導(dǎo)致無法達(dá)到預(yù)定信號(hào)覆蓋強(qiáng)度等情況下，可以對原有天饋系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)頻或結(jié)構(gòu)改造，以實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)或多網(wǎng)合路。
TD-LTE網(wǎng)絡(luò)與WLAN之間并不存在直接的相互關(guān)系，只是通過合路單元（多頻合路器）實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)共用天饋傳輸。
與雙網(wǎng)合路有關(guān)的元器件主要包括合路器、功分器、耦合器、天線等，另外影響合路效果的器件還有天饋線、饋線接頭，相同的器件對不同頻段射頻信號(hào)通過造成的插損和線路損耗是不同的，對于WLAN的2.4GHz高頻信號(hào)造成的影響略微大于對TD-LTE信號(hào)的影響。
合路器對電磁波信號(hào)進(jìn)行濾波，讓需要的信號(hào)通過，抑制不需要的信號(hào)，再將信號(hào)合成一路，同樣的，也可以把寬帶信號(hào)分離成多路，其特性可以用以下指標(biāo)來描述。
- 通帶工作頻段：即濾波器答應(yīng)通過電磁波的頻率范圍。
- 通帶插入損耗：由于系統(tǒng)中增加了濾波器，會(huì)對系統(tǒng)信號(hào)造成一定的衰減，通帶插入損耗（簡稱插損）度量了損耗的幅度，一邊希望損耗越小越好。
- 阻帶抑制度：理想的濾波器是矩形的，通帶內(nèi)的信號(hào)全部通過，通道外的信號(hào)全部過濾掉，但實(shí)際情況是，只能過濾掉一部分能量，阻帶抑制度反映了對過濾信號(hào)的衰減幅度，通常也稱為通道外抑制。
- 端口駐波比：端口駐波也是衡量濾波器性能的一個(gè)要害指標(biāo)，反映濾波器件與系統(tǒng)中其它部件的匹配程度。
- 回波損耗：從概念上指的是一種損耗，實(shí)際上，它測量的是傳輸信號(hào)被反射到發(fā)射端的比例。
由于合路以后WLAN系統(tǒng)信號(hào)直接饋入TD-LTE室內(nèi)信號(hào)分布系統(tǒng)，因此由多系統(tǒng)共用天線對用戶區(qū)進(jìn)行覆蓋，但是由于AP發(fā)射功率有限，在天饋系統(tǒng)中經(jīng)過層層分支后，信號(hào)到達(dá)末端時(shí)功率不足會(huì)成為制約雙網(wǎng)合路應(yīng)用的一個(gè)因素。為了使單個(gè)AP的信號(hào)覆蓋更大區(qū)域，工程中需要采用WLAN功率放大器，將AP信號(hào)放大。
最簡單的合路方式不需要WLAN功率放大器，AP設(shè)備將本身的射頻輸出直接通過合路器注入天饋系統(tǒng)。按照國家無委對2.4GHz頻段設(shè)備的功率限制要求，AP最大輸出功率一般為100mw（20dBm），由于功率有限，因此簡單直接的合路方式只適用于天饋系統(tǒng)比較簡單的方案，或者在天饋的支路末梢進(jìn)行合路。
TD-LTE與WLAN共室內(nèi)覆蓋的影響分析
WLAN與TD-LTE系統(tǒng)共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，考慮最簡單的合路方式，將WLAN的無線發(fā)射信號(hào)通過合路器直接饋入TD-LTE室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。
假設(shè)AP在發(fā)射功率為最大值20dBm時(shí)，相對頻譜儀的參考帶寬100kHz，在2300~2400MHz頻帶內(nèi)功率泄漏曲線如圖1所示。
根據(jù)圖1中不同WLAN設(shè)備在2300-2400MHz頻帶內(nèi)的泄漏功率值Pleak ，得到TD-LTE系統(tǒng)基站在2.3GHz～2.4GHz頻帶內(nèi)某頻點(diǎn)處對合路器的耦合損耗要求為：
其中，I為TD-LTE系統(tǒng)基站能夠承受的最大干擾門限，單位為dBm/100KHz。I是根據(jù)干擾電平準(zhǔn)則，通過以下公式得到：
3GPP中的所允許的干擾值通過一定的靈敏度損失指標(biāo)得到，基站一般采用0.8dB靈敏度損失準(zhǔn)則。0.8dB靈敏度損失評(píng)估準(zhǔn)則作為基站之間共存的評(píng)估準(zhǔn)則，對應(yīng)的最大允許的外系統(tǒng)干擾應(yīng)比接收機(jī)底噪低7dB。
通過以上方法，得到共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)WLAN發(fā)射支路到TD-LTE系統(tǒng)接收支路間的耦合損耗要求見下表1。
目前，通過設(shè)計(jì)，共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的單個(gè)合路器設(shè)備在2300-2400MHz頻段和2400-2483.5MHz頻段間的帶外耦合損耗能夠達(dá)到90dB左右，整個(gè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的整體帶外耦合損耗與合路器、放大器的配置有密切關(guān)系，實(shí)際指標(biāo)將比單個(gè)設(shè)備指標(biāo)有一定程度的下降。
同時(shí)考慮到不同廠商的合路器設(shè)備指標(biāo)之間存在一定的差異性，因此，新建室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)用于WLAN和TD-LTE綜合覆蓋時(shí)，可能會(huì)發(fā)生兩系統(tǒng)間耦合損耗達(dá)不到共存標(biāo)準(zhǔn)的情況，需要在WLAN信號(hào)接入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)前增加濾波器，改善WLAN設(shè)備在2300-2400MHz頻段上的泄漏以滿足共存要求，在這種條件下，兩個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)共用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)。
對于已建設(shè)的共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，由于建設(shè)時(shí)可能沒有考慮到合路器等設(shè)備2300-2400MHz頻段和2400-2483.5MHz頻段間的帶外耦合損耗要求，所以不能實(shí)現(xiàn)TD-LTE和WLAN的共用，需要對合路器等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，提高耦合隔離度。
同樣，如果需要保護(hù)WLAN系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)間耦合損耗達(dá)不到要求時(shí)，也可以在TD-LTE信號(hào)接入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)前增加額外濾波器，降低TD-LTE設(shè)備在2.4GHz以上的帶外泄漏。
結(jié)論及建議
基于對幾種常見的WLAN系統(tǒng)AP設(shè)備的測試結(jié)果，進(jìn)行TD-LTE與WLAN系統(tǒng)共室內(nèi)覆蓋影響分析，實(shí)現(xiàn)LTE與WLAN共室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，需要預(yù)留約20~30MHz保護(hù)帶。
結(jié)合現(xiàn)有設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的單個(gè)合路器帶外隔離技術(shù)指標(biāo)以及不同設(shè)備對綜合覆蓋系統(tǒng)帶外耦合損耗的要求，在新建室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)用于WLAN和TD-LTE綜合覆蓋時(shí)，當(dāng)發(fā)生兩系統(tǒng)間耦合損耗達(dá)不到共存標(biāo)準(zhǔn)的情況時(shí)，需要在WLAN信號(hào)接入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)前增加濾波器，改善WLAN設(shè)備在2300-2400MHz頻段上的泄漏以滿足共存要求，對于已有室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)則需要進(jìn)行升級(jí)改造。
通信世界周刊
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