一种楼宇高度自适应的TD—LTE深度覆盖解决方案

董健　李晓明　王超 王荣军

【摘 要】

针对当前住宅楼宇室内深度覆盖不足的问题，结合室外覆盖室内的技术思路，运用创新型的智能天线，提出了一种高度自适应的TD-LTE深度覆盖解决方案。该方案包含了针对住宅楼宇覆盖需求的水平与垂直均具备较宽覆盖能力的特色天线、完整的建设与设计流程及方法、易于推广实施的美化天线思路与多系统天线等。通过多地现网测试的统计分析，给出了建议天线的安装位置及适用场景，同时也对建设投资节约进行了分析，为LTE住宅楼宇深度覆盖提供了一种解决思路。

【关键词】

LTE 住宅楼宇 深度覆盖 天线

1 引言

在中国移动大力开展TD-LTE网络建设时期，正值我国城市化飞速发展，城区内出现了大量高层建筑密集的商业区和高容积率住宅小区，现有的移动通信无线网络不能对这类区域进行良好覆盖，导致移动用户在这类区域内经常遇到无线信号不好、无法上网或网速极慢等情况。这类场景区域往往是高数据流量、人口密集区域，将会极大地影响网络运营收益。从公众角度看，随着移动用户普及率的提高，移动终端成为许多人的生活必需品，移动网络信号对人民生活质量的影响越来越大。

为保证移动网络信号的质量，最常见的解决方案为室内分布天线，通过众多吸顶天线实现对高层建筑物内的覆盖，在实施过程中需要业主配合，工程建设和维护难度大、投资高，常因业主限制而无法实施，且竣工后楼道内信号质量好于室内，受限于户型结构等因素，室内客厅卧室等区域用户体验也很难保障。现网中也有少量的利用室外宏站对室内进行覆盖，比如用射灯天线，但一副射灯天线覆盖区域小于10层，多副射灯才能完成一座高层楼宇的覆盖，大量的天线选址存在难点，可行性不高，仅能作为少量弱覆盖的补充。一些运营商也会选择将传统天线横置，此方法一方面由于上旁瓣抑制技术，会在一侧产生覆盖能力的不足，另一方面下零点填充技术将在另一侧导致较严重的外泄干扰，覆盖效果无法保证，除个别地点进行实验外，一直没有得到广泛应用。近期还有一些垂直面宽波束天线，由于是非智能天线，其垂直面张角无法根据不同楼宇高度进行调整，不适宜针对各种楼层，易产生泄露干扰或覆盖不足的情况。

在住宅楼宇覆盖场景中，一方面，不同楼宇的高度各有不同；另一方面，天线的可安装位置取决于物业协调等因素。为了满足覆盖并控制干扰，匹配不同楼层的覆盖要求，且便于工程设计与实施，本文提出了一种用于针对各种高度的楼宇覆盖需求的新型智能天线（层层通天线），一副天线可满足整栋楼宇的覆盖要求，根据楼层的情况与天线安装位置的情况，有针对性地配置符合本楼宇的天线参数，实现了覆盖与干扰控制兼顾，提升了网络规划优化的精细化水平。

2 解决方案的技术点

为解决现有技术室外覆盖室内覆盖能力的不足，本文提出了一种适用于在高楼密集市区使用的具有良好通信效果的智能天线及其应用的技术方案。包括以下技术点：

（1）智能天线工作模式变化

天线结构创新，在天线内部结构中进行了有针对性的设计，实现了水平和垂直覆盖能力均较大的效果，且垂直方向可以达到30～90°可调节（F频段），在业内达到领先水平，具备了在常规间距下覆盖6～30层楼宇的能力，实现以最少数量天线系统，甚至一副天线适应各种高层建筑物楼高覆盖的需求。同时，业务波束扫描方式为垂直扫描，充分利用楼板的纵向空间隔离效应，提高纵向空间抗干扰能力、复用效率和系统容量，达到降低能耗的目的，利用电磁波的隧道传播效应获得楼层内的最大传播深度。

（2）天线整体尺寸小，可适应多种美化天线

如图1所示，根据本天线用于高楼密集区的物理空间距离特点，压缩阵元尺寸，使天线的整体尺寸大大减小，尺寸仅是一般天线的1/3大小，适宜选站，降低了安装难度、提高了功效以及周围物业认可度。

图1 天线的安装对比效果

进一步讲，可以采用当前主流的美化外罩，如空调室外机、射灯外罩等，适应周围环境，安装位置灵活。此外，还提出了利用太阳能板外型的美化天线，可以安装在中低层楼宇的外侧，有利于隐藏和进一步推广该项技术。

（3）提出多种制式合一的天线结构，节省宝贵的天面资源

研制出支持多系统的天线，节约天面资源。在推广应用中发现弱覆盖的区域对2G的需求也同样强烈，因此研制出了支持2G/3G/4G多系统的天线。该天线集成了2G、4G振子，采用集束电缆，实现了一个天面实现2种系统的覆盖，且覆盖区域为垂直方向大覆盖、水平方向覆盖也较宽的效果。

上述水平与垂直均具备较宽覆盖能力的特色天线、完整的建设与设计流程、方法以及易于推广实施的美化天线思路与多系统天线等，构成了层层通室内的覆盖解决方案。可以看出，该方案兼容现有宏站技术，利用现有站址资源或者选择合适的天线安装位置，可实现垂直方向上从几层至30层的有效覆盖。与其他室外到室内天线方案相比，本方案中的新型天线为智能天线，垂直面覆盖能力可根据不同楼宇高度进行调整，适宜针对各种楼层的建筑，也可对特定区域进行重点覆盖，不易产生泄露干扰或覆盖不足，极大降低了天线安装地点的要求。

3 网络应用效果

以某地市为例，目标覆盖楼宇为并排分布的几栋高层住宅（31层）小区，户型较大，如图2所示。一方面楼道的室内分布系统无法对屋内良好覆盖，另一方面因物业协调而不适宜使用小区分布覆盖，而附近的宏站高度有限，传统宏站覆盖方式又无法实现31层覆盖，高层成为覆盖盲点，用户投诉密集。

图2 某地应用场景

整改覆盖方案为利用对面楼顶站点资源，采用一个RRU和一副新型天线实现覆盖一座31层楼宇。重点关注的是用户的实际体验，即通过入户测试客观地表明实际效果。对比整改方案前后的入户测试效果，如表1所示，15层入户测试RSRP打点对比图3所示，可以看出RSRP提升了约16～23dB，SINR提升了13～21dB，提升效果显著。需要强调的是，天线安装的位置为7～8层楼高度，实现了31层入户平均RSRP为-106.6dBm，实现了一副天线垂直方向上覆盖一座楼的方案目标。

表1 方案使用前后对比

试点情况 RSRP/

dBm RSRP平均值/dBm SINR/dB SINR平均值/dB 提升效果

31层

试点前 -125～-100 -106.6 -15～5 -0.28 RSRP

提升16.5dB；

SINR提升13dB

31层

试点后 -105～-70 -90.13 10～17 12.67

15层

试点前 -111～-90 -95.93 -7～13 4.54 RSRP

提升23dB；

SINR提升21dB

15层

试点后 -80～-58 -72.06 18～28 25.4

图3 某楼层测试效果

4 节约投资对比

以30层单栋住宅楼、连片小区建设投资对比分析为例，投资对比分析如下：

（1）对于某30层单栋楼宇，采用本方案只需要新增一个RRU、一副新型天线以及相关设计及测试优化即可。需要说明的是，这里的对比尚未增加物业协调成本。

（2）对于某连片小区（8～10个楼规模），采用本方案预计需要新增十几个RRU和新型天线，传输、电源等配套仅到一半数量即可（5个），以及需要相关设计及测试优化；而采用常规方案，需要室分RRU数十个。

投资对比分析见表2，从经济、速度、可靠性、是否利于维护等角度进行对比。

5 方案要点与适用场景分析

（1）本方案要点

1）结合勘察情况，做好覆盖能力的估算，合理选择天线安装位置。

在各省推广应用中，建议先单个试点，再稳步推广。天线距离楼宇过近影响覆盖范围，过远则易对大网造成干扰且穿透能力不足。本方案已经实现了6层住宅楼、13层党政办公楼、30层居民住宅楼（100m左右）、35层写字楼（125m）等不同高度楼宇的覆盖。图4为多地应用的楼宇高度及天线安装位置。

2）天线主方向为楼宇待覆盖区域的中心部，确定方位角与上倾角（下倾角）；垂直方向的覆盖能力可以通过参数配置进行调整，理论计算结合实际对比测试，选择最优参数；水平方向的覆盖能力通过合理地选择待覆盖楼宇的宽度、控制天线与楼宇距离、调整方位角，实现覆盖与干扰的最优配置。通过多地测试与应用表明，在50m左右的间距下，水平方向可以覆盖1～2个单元，可以有效覆盖30层的垂直方向能力。

（2）建议部署场景

1）适用于对LTE有迫切需求的物业点以及重点客户增强覆盖。本方案建设周期短，能够快速部署，可提升用户感知。

2）常规室分不能满足用户活动区域覆盖且室外站址可选择点较少，无法通过大量射灯进行覆盖的情况。

3）成片的新建住宅区，部分或者全部采用本方案可有利于节约建设投资。

4）难以协调，或者进驻成本过大的物业点，即针对之前无法布放室内分布系统的物业点优先考虑本方案。

6 结论

本技术在河北省内石家庄、保定、秦皇岛等多地应用取得良好效果，同时在青海、甘肃、新疆、云南、山西等地进行了试点应用。通过多地的实测和应用验证了该技术的可行性和推广价值，本成果可解决室分系统TD-LTE深度覆盖能力不足的问题，在特定场景替代室内分布技术，降低室分建设成本、提升移动网络质量、缩短为用户提供4G业务的时间、提升上网速率、改善客户感知、增加客户黏性，从而带来业务收入的增加。

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