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摘 要：室内覆盖在网络建设中是极其关键和重要的环节，越来越受到运营商的重视，MIMO作为LTE核心技术之一，在提高信道容量，增强信道可靠性等方面起着重要作用，因此，对支持MIMO的LTE室内分布方案及相应的信道的容量进行研究显得非常必要。从LTE室内解决方案入手，着重讨论支持MIMO的情形，并对不同LTE室内改造方案进行对比。
关键词：SCM MIMO LTE 室内分布
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-104-02
1 引言
自2009年中国发放3G牌照以来，中国就全面进入了移动互联网时代，层出不穷的移动互联网产品如雨后春笋般席卷通信行业，随之引发的数据流量爆炸式增长，在给运营商带来巨大商业契机的同时，也给网络带来了巨大的挑战。第三代通信技术规范机构3GPP把OFDM、MIMO、CA等技术作为核心，发展了第四代通信技术LTE，来缓解网络压力，改善网络性能。根据DoCoMo室内外业务分查，约70%的业务量来源于室内，因而，作为运营商，针对数据高发区域的室内进行重点规划，是极为重要的一环。
2 LTE MIMO室内解决方案
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术，通过利用空间资源，来达到增强无线系统覆盖性能的目的，一直是LTE室内分布系统的热门技术之一。若在室内LTE系统中引入MIMO技术，则可有望提供更优化的服务。目前支持MIMO的LTE室内分方案有多种，在本文章中主要介绍其中三种，分别是两路馈线实现MIMO， 两路光纤实现MIMO以及一路馈线实现MIMO。
（1）两路馈线实现LTE MIMO的室分方案：
本种方案通过新增一路馈线和天线点，来实现室内LTE MIMO，可以提供较高的用户峰值速率，因而，主要用以支持单用户MIMO模式。具体而言，将现有的馈线和天线点作为LTE MIMO系统的一路分支，同时新建一路分支，两路分支分别接入LTE基站的两个通道，其天线点间距满足MIMO非相关性隔离度的要求，如图 1-A所示（注：两个单极化天线可更换为一个双极化天线，天线极化隔离度需满足MIMO天线非相关性隔离要求）。
（2）两路光纤实现LTE MIMO的室分方案：
本方案只在远端单元和天线间采用馈线链接，其信号通过两路光纤进行传输和分布，由于光纤系统自身的优势，该方案具有成本低，系统设计简单的特点，但由于系统中引入了较多有源设备，使得维护和供电问题较难以解决，因此，该方案比较适合新建的室内分布系统。方案设计图如图1-B所示，具体而言，主单元接入基站信源，远端单元置于建筑物每个平层，可与原分布系统合路，以此来共享平层的天馈系统。
（3）一路馈线实现LTE MIMO的室分方案：
本方案通过一路馈线实现室内LTE MIMO的改造，其基本原理是通过变频技术使得在同一路馈线中传输的两路信号互不干扰，进而在接收端采取相应的分离技术将两路信号分离出来。本方案可与现有分布系统共用馈线传传输系统，也可以采用较低发射功率的信源，从而达到降低改造成本的效果，因此，本方案适用于馈线改造难度极大或者不具备改造条件的室内场景。其示意图如图1-C，可以看到，从RRU发出的两路小功率射频信号经过近端节点时，通过下变频技术，变成不同频率的信号，然后被一并合路输出；合路后包含两路信号信息的合路信号再与现有的系统信号合路，并通过一根主馈线进行传输；在远端节点处，分路器首先分离出含有两路LTE信息的信号，然后再经过上变频技术，将其传至与RRU输出相同的射频频率上，进而传输至双极化室内分布天线的两个极化输入端口，达到室内分布MIMO的目的。
图1 支持MIMO的LTE室内改造方案
可以看出，与其他两种方案相比，一路馈线实现LTE MIMO的室内改造方案在系统复杂度和建设维护成本上都比较适中，因此，在解决了设备性能和远端供电的情况下，将会有广阔的应用前景。
3 基于SCM的MIMO信道容量分析
基于射线法的SCM信道模型能反映MIMO信道的每次实现的变化特性在综合考虑仿真实现的复杂度和模拟信道环境的准确程度上，可以得出基于射线法的信道建模方式有较大的优势。本节设立了A，B，C三个仿真方案，来实现非MIMO和MIMO性能对比，以及两个单极化天线实现MIMO和一个双极化天线实现MIMO的性能对比。
方案A：单路单极化天线方案；
方案B：双路单极化天线方案；
方案C：双路双极化天线方案。
图2 MIMO和非MIMO
由图 2的仿真结果可以看出，在SINR=32dB处，双路双极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升40%左右，0.5倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约20%，4倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约58%，10倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约64%；当SINR=15dB时，双路双极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升70%左右，0.5倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约57%，4倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约71%，10倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约85%；而在SINR=8dB处，双路双极化天线方案、0.5倍波长间距的双路单极化天线、4倍波长间距的双路单极化天线、10倍波长间距的双路单极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升基本相同，约80%左右。
4 结语
LTE室内分布系统中采用MIMO方案，可以有效实现数据量的分流，对提高用户速率，改善传输质量，增加系统容量方面具有重要意义，对影响MIMO性能的参数进行理论分析以及对不同MIMO改造方案间进行对比，有利于灵活改造现有室分系统，实现成本与收益的均衡。
关键词：SCM MIMO LTE 室内分布
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-104-02
1 引言
自2009年中国发放3G牌照以来，中国就全面进入了移动互联网时代，层出不穷的移动互联网产品如雨后春笋般席卷通信行业，随之引发的数据流量爆炸式增长，在给运营商带来巨大商业契机的同时，也给网络带来了巨大的挑战。第三代通信技术规范机构3GPP把OFDM、MIMO、CA等技术作为核心，发展了第四代通信技术LTE，来缓解网络压力，改善网络性能。根据DoCoMo室内外业务分查，约70%的业务量来源于室内，因而，作为运营商，针对数据高发区域的室内进行重点规划，是极为重要的一环。
2 LTE MIMO室内解决方案
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术，通过利用空间资源，来达到增强无线系统覆盖性能的目的，一直是LTE室内分布系统的热门技术之一。若在室内LTE系统中引入MIMO技术，则可有望提供更优化的服务。目前支持MIMO的LTE室内分方案有多种，在本文章中主要介绍其中三种，分别是两路馈线实现MIMO， 两路光纤实现MIMO以及一路馈线实现MIMO。
（1）两路馈线实现LTE MIMO的室分方案：
本种方案通过新增一路馈线和天线点，来实现室内LTE MIMO，可以提供较高的用户峰值速率，因而，主要用以支持单用户MIMO模式。具体而言，将现有的馈线和天线点作为LTE MIMO系统的一路分支，同时新建一路分支，两路分支分别接入LTE基站的两个通道，其天线点间距满足MIMO非相关性隔离度的要求，如图 1-A所示（注：两个单极化天线可更换为一个双极化天线，天线极化隔离度需满足MIMO天线非相关性隔离要求）。
（2）两路光纤实现LTE MIMO的室分方案：
本方案只在远端单元和天线间采用馈线链接，其信号通过两路光纤进行传输和分布，由于光纤系统自身的优势，该方案具有成本低，系统设计简单的特点，但由于系统中引入了较多有源设备，使得维护和供电问题较难以解决，因此，该方案比较适合新建的室内分布系统。方案设计图如图1-B所示，具体而言，主单元接入基站信源，远端单元置于建筑物每个平层，可与原分布系统合路，以此来共享平层的天馈系统。
（3）一路馈线实现LTE MIMO的室分方案：
本方案通过一路馈线实现室内LTE MIMO的改造，其基本原理是通过变频技术使得在同一路馈线中传输的两路信号互不干扰，进而在接收端采取相应的分离技术将两路信号分离出来。本方案可与现有分布系统共用馈线传传输系统，也可以采用较低发射功率的信源，从而达到降低改造成本的效果，因此，本方案适用于馈线改造难度极大或者不具备改造条件的室内场景。其示意图如图1-C，可以看到，从RRU发出的两路小功率射频信号经过近端节点时，通过下变频技术，变成不同频率的信号，然后被一并合路输出；合路后包含两路信号信息的合路信号再与现有的系统信号合路，并通过一根主馈线进行传输；在远端节点处，分路器首先分离出含有两路LTE信息的信号，然后再经过上变频技术，将其传至与RRU输出相同的射频频率上，进而传输至双极化室内分布天线的两个极化输入端口，达到室内分布MIMO的目的。
图1 支持MIMO的LTE室内改造方案
可以看出，与其他两种方案相比，一路馈线实现LTE MIMO的室内改造方案在系统复杂度和建设维护成本上都比较适中，因此，在解决了设备性能和远端供电的情况下，将会有广阔的应用前景。
3 基于SCM的MIMO信道容量分析
基于射线法的SCM信道模型能反映MIMO信道的每次实现的变化特性在综合考虑仿真实现的复杂度和模拟信道环境的准确程度上，可以得出基于射线法的信道建模方式有较大的优势。本节设立了A，B，C三个仿真方案，来实现非MIMO和MIMO性能对比，以及两个单极化天线实现MIMO和一个双极化天线实现MIMO的性能对比。
方案A：单路单极化天线方案；
方案B：双路单极化天线方案；
方案C：双路双极化天线方案。
图2 MIMO和非MIMO
由图 2的仿真结果可以看出，在SINR=32dB处，双路双极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升40%左右，0.5倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约20%，4倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约58%，10倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约64%；当SINR=15dB时，双路双极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升70%左右，0.5倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约57%，4倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约71%，10倍波长间距的双路单极化天线相对单路单极化天线方案的吞吐量提升约85%；而在SINR=8dB处，双路双极化天线方案、0.5倍波长间距的双路单极化天线、4倍波长间距的双路单极化天线、10倍波长间距的双路单极化天线方案相对非MIMO的单路单极化天线的方案吞吐量提升基本相同，约80%左右。
4 结语
LTE室内分布系统中采用MIMO方案，可以有效实现数据量的分流，对提高用户速率，改善传输质量，增加系统容量方面具有重要意义，对影响MIMO性能的参数进行理论分析以及对不同MIMO改造方案间进行对比，有利于灵活改造现有室分系统，实现成本与收益的均衡。