LTE网络室外穿透覆盖室内方案分析

赵康成　王国梁

【摘 要】为了解决LTE网络室内深度覆盖不足的问题，综合考虑覆盖效果、投资成本和建设难度等因素，首选采用室外穿透覆盖室内的方案。针对室外穿透覆盖室内方案中的适用场景、站型选择、天线部署方式、工程设计等方面进行详细分析，提出了相应的应用建议，并结合工程实践案例指出了方案应用中的常见问题，从而提升LTE网络室内深度覆盖。

【关键词】深度覆盖 穿透覆盖 分布式宏站 天线对打

1 引言

LTE时代用户体验为王，深度覆盖已成为LTE网络竞争的战略高地。根据历史数据统计可知，虽然室内的覆盖面积只占移动通信覆盖区域总面积的20%左右，但是却贡献了80%的业务量。由于当前LTE网络的频段高、穿损大，宏站仅满足室内浅层覆盖需求，加之室分建设又受限于物业纠纷、工程量大、成本较高等因素，导致广大室内的深度覆盖无法得到满足，因此探索和应用室外穿透覆盖室内方案来解决LTE网络的室内深度覆盖问题势在必行。本文从适用场景、站型选择、天线部署方式、天线选型等方面入手，结合工程实践案例，详细分析了室外穿透覆盖室内方案的应用方法和策略。

2 方案应用分析

2.1 适用场景

室外穿透覆盖室内就是在覆盖对象周边选取合适的天线安装位置，因地制宜，灵活选用各种站型、多种手段、立体分层的组网方式，有针对性地解决室内覆盖问题，具体如图1所示：

对于普通多层和中高层居民区、建筑结构简单的写字楼、商业街、步行街、集贸市场等场景，由于其穿透损耗和覆盖面积适中，可以优先考虑采用室外穿透覆盖室内方案；而对于大型写字楼、大型商场、地下停車场、党政机关大楼等场景，由于其室内结构复杂且穿透损耗大，则建议考虑部署室内覆盖网络。

2.2 站型选择

在室外穿透覆盖室内的站型选择上，主要受限于机房和传输条件。在有线传输的条件下，建议优先采用2通道宏站，其次选择2通道分布式微站；在无有线传输的条件下，并且周围容量要求较高，建议采用一体化微站+非视距微波等提供无线回传，周围宏站容量要求不高，可选择Relay等产品。具体对比如表1所示。

2.3 天线部署方式

室外穿透覆盖室内应根据天线类型和特性，并结合高层楼宇特点，选择合适的天线部署方式。主要建议采用天线水平对打、天线向下对打、天线斜入射覆盖、大张角天线覆盖这4种覆盖方式，具体应用示例及场景建议如表2所示：

2.4 天线选型

天线选型应根据覆盖目标楼体高度、楼体宽度、天线与楼体距离，以天线半功率覆盖范围与楼体匹配（保证覆盖效果）且不超过楼体宽度为设计目标（控制泄露），选择合适的水平和垂直半功率角。半功率角的计算方法如图2所示：

2.5 工程设计

室外穿透覆盖室内工程中应避免过多使用功分器和耦合器，尽量减少射频馈线使用。对于高楼体应部署高、低两（多）幅天线分别覆盖高层和低层，超宽楼体则应部署水平多副天线来解决楼体超宽问题。当天线无法正对楼体部署时，可采用斜射部署，但建议斜射角度不高于70°。楼体厚度20 m以上的“塔楼”需要双侧对打，电梯井位于楼体中间的建筑结构，需要在电梯走廊过道加装室分系统以保证覆盖效果。另外，天线应尽量下倾部署，自上向下覆盖，控制信号泄露，实际工程设计中应综合天线数量、覆盖范围等因素确定天线的下倾。工程设计建议具体如表4所示。

2.6 链路预算

对于由室外穿透覆盖室内的场景，室内RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）高于-115 dBm覆盖面积比例应大于95%。链路预算中路损模型一般为：

路损=自由空间损耗（20lgF+20lgD+32.4）+天线水平和垂直角度损耗（L（α， β））+斜入射损耗+穿透损耗 （1）

（1）天线水平和垂直角度损耗L（α， β）=L（α）+L（β），

α、β分别表示与天线水平和垂直法线方向的夹角，L（α）、L（β）分别表示对应角度的天线增益损失；

（2）斜入射损耗=20log10（1/COSθ），θ表示天线和楼体之间的斜入射角度，使用余弦倒数的10倍log值作为理论评估值；

（3）穿透损耗可由测试得到，可以选择斜入射角度为0、天线水平和垂直角度为0的楼层进行测量得到，一般为30 dB左右。

此外，对于由多个RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）组成的室外穿透覆盖室内场景，在容量允许的条件下，一般采用小区合并功能来提升覆盖和上下行吞吐性能。

2.7 无线参数

在室外穿透覆盖室内的无线参数规划中，需主要注意以下两点：

一是尽量选择与周围宏站异频组网以规避干扰，若必须同频组网，则需要在工程设计阶段严格控制信号泄露，方案部署后应对周围道路进行细致的扫频测试，客观了解信号在周围道路的强度并进行针对性优化；

二是与覆盖室外的宏站间配置完善的邻区关系和合理的移动性参数，以保证室内外信号的无缝衔接。

3 案例分析

3.1 楼间对打

场景介绍：高档小区，小区楼层较高，多为32～37层，厚度为17 m，楼宇密集，楼间距为30～50 m。

场景特点：居住人员智力高、密度高、潮汐严重，对4G需求迫切，且对绿色环保人员要求非常高，物业管理严格，小区内普通宏站和室分建设都十分困难。

覆盖情况：小区周边有宏站，但受到高楼阻挡，小区室内基本无覆盖。

站型选择：2通道宏站RRU。

部署方式：楼间对打。

天线选型：8 dBi（垂直半功率角65°）、11 dBi（垂直半功率角30°）。endprint

工程设计：在覆盖对象前后相邻楼体的37层楼顶（双侧）和11层（双侧）分别部署RRU及天线，距覆盖对象40 m，具体如图3所示。

频段选择：F频段，与周围宏站异频组网。

结果分析：方案部署完成后，按照多种方案进行室内遍历测试，如表5所示。仅单侧的1号或2号RRU开启，覆盖达标楼层不足30%；单侧2个RRU开启，覆盖达标楼层在50%左右；双侧4个RRU全部开启后，达标率提升至80%左右；双侧4个RRU全部开启并进行小區合并后，达标率更是提升至90%以上。

应用建议：高层楼间对打方案中应部署高、低双层天线，并且根据实际情况在楼体两侧部署RRU，在容量允许的情况下优先开启小区合并，进一步提升覆盖达标率。

3.2 大张角天线覆盖

场景介绍：某物业点，楼高25层，宽度40 m，厚度40 m，塔楼结构，电梯井位于楼体中间。

场景特点：独栋写字楼，人员密集，室分建设投资巨大。

覆盖情况：小区周边有宏站，但相对高度较低，写字楼中、高层基本无覆盖。

站型选择：2通道宏站RRU。

部署方式：大张角天线覆盖。

天线选型：根据楼体高度、宽度以及天线与楼体的距离，选择垂直半功率角65°、水平半功率角25°的垂直面大张角天线进行覆盖，天线增益12 dBi。

工程设计：利用周边宏站抱杆，站高35 m，距离楼体45 m，具体如图4所示。

频段选择：F频段，与周围宏站异频组网。

结果分析：正对天线的一单元覆盖达标楼层为87.5%，基本满足覆盖要求；而背侧二单元以及电梯走廊无法满足覆盖要求，其中电梯覆盖达标率为0。

应用建议：厚度较大的板楼仅靠单侧的室外穿透覆盖室内方案无法满足需求，还需要应用“双向对打+电梯走廊部署室分”的综合覆盖方案。

4 结束语

本文主要对室外穿透覆盖室内方案进行分析，该方案具备覆盖较好、部署灵活、成本低等优势，在实际应用中需要综合考虑建筑物的面积、结构、用途、用户数量等因素，选择合适的站型、天线型号、天线部署方式、无线参数以及工程设计方案，同时还需考虑控制信号外泄、减少干扰等问题。此外，在规模化应用室外穿透覆盖室内方案中，还应遵循室内外覆盖协同规划、协同建设与协同优化的原则，通过更加合理的移动性管理机制、更加有效的负荷均衡手段，进一步提升室内用户的网络体验。

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