基于LampSite室分系统的下行容量分析方法与流程

本发明涉及室内无线通信技术领域，特别涉及一种基于lampsite室分系统的下行容量分析方法。

背景技术：

室内分布(简称室分)系统是针对室外基站在室内的信号覆盖弱、容量小等问题而提出的，是一种改善室内移动用户群通信质量的室内解决方案。室分系统利用室内天线将基站信号均匀分布在室内，从而解决室外信号在传输至室内时的损耗、覆盖、容量等问题，提高了用户服务质量。室内分布系统发展至今，已有多种技术手段。一般地，室分系统由信号源和信号分布系统组成。根据信号源的不同，可分为宏蜂窝接入室分系统(具有功率大、信号质量好、覆盖范围大等特点。适用于用户数量大，业务需求大的大型建筑内)；微蜂窝接入室分系统(具有建设成本小，周期短、规划简单等特点，适用于业务规模小的室内场景)；直放站接入室分系统(具有成本小、建设周期短、传输损耗小等特点，适用于对信号质量要求不高的室内场景和室内盲区覆盖)；分布式接入系统(信号处理和传输分离，适用于大部分室内场景)。根据信号分布系统传输媒介的不同，又可分为射频无源分布系统；射频有源分布系统；光纤分布方式；泄露电缆分布方式。

随着室内业务的不断变化，主要采用无源器件的传统室分系统(das)由于具有工程施工维护排查难度大、扩容升级困难、支持频段底等缺点，已经逐渐被新型室内分布系统取代lampsite新型室分系统就是在此条件下提出的一种室内覆盖解决方案。其主要致力于移动宽带数据的室内覆盖，通过室内覆盖的数字化，大幅度降低室内覆盖建设和维护成本，促进移动宽带体验的持续提升。lampsite新型室分系统共有3层架构，分别为bbu、rhub、prru；其中：(1)bbu:基带处理单元，实现基带信号处理功能，同现网bbu完全一样，可以和宏基站bbu共享；(2)rhub：射频拉远单元中心，实现光纤cpri信号到ge电信号的转换为prru实现poe一体化供电和传输交换；(3)prru：微型射频拉远单元，负责传送和处理bbu和射频天线系统之间的信号。lampsite设备物理支持链路把单个bbu分为6个光口，可接入6路光纤进行拉远扩展，扩展单元rhub可级联四级，且每个rhub可接入8个单网prru，即单个bbu最大接入单网prru数量为192个。在多网合一的情况下，每个rhub接入prru数量减半，且其容量划分更加灵活，能满足长时间业务发展需求。

技术实现要素：

为了抑制在高层建筑的室内场景下因同频组网带来的同频干扰对系统容量带来的不利影响，本发明提出一种基于lampsite室分系统的下行容量分析方法，包括以下步骤：

s1、在基于lampsite的室分系统中，发送端采用ofdm系统发送信号；

s2、发送信号由prru发送，经过两条路径到达参考用户端，根据信号在室内传播的一般情况建立信道的数学模型；

s3、对到达参考用户的信号进行解调，分别计算两条路径上所需信号和干扰信号的功率、计算信号的信干噪比及其概率密度函数，代入公式得到系统下行容量表达式；

s4、根据得到的系统下行容量表达式，分析各种因素给系统下行容量带来的同频干扰问题。

进一步的，步骤s3具体包括以下步骤：

采用相干解调对接收信号进行解调；

将小区内每一信道内的信号进行求和，得到获得接收信号的所需信号；

将室内干扰信号求和与室外反射信号求和，并将这两个信号之和作为干扰信号；

计算获得系统的信干燥比以及信干燥比的概率密度函数；

根据上述数据计算获得系统参考小区内平均下行容量。

进一步的，引入路径损耗、地板数量、穿透损耗、prru与用户的距离计算室内干扰信号，表示为：

其中，i⁽¹⁾表示室内干扰信号；a⁽¹⁾为室内干扰信号中的一个中间参数，表示为ps为信号发射功率，并且假定所有小区采用相同功率发射信号，n为小区总prru个数；为第m个小区内的第n个prru到参考用户室内传播路径的距离；为每层楼的穿透损耗；为第m个小区内的第n个prru到参考用户的楼层数；为室内路径的信道衰落因子；fc为载波信号频率；为室内载波信号随机相位；si表示ofdm发射信号符号；表示室内信号的传播时延；ts表示si的持续时间。

进一步的，引入外墙材料穿透损耗、反射损耗、相邻建筑物距离计算室外反射干扰信号，表示为：

其中，i⁽²⁾表示室外反射干扰信号，a⁽²⁾为室外反射干扰信号中的一个中间参数，表示为为第m个小区内的第n个prru到参考用户室外传播路径的距离，为玻璃反射损耗，表示为一面玻璃的穿透损耗，为室外路径的信道衰落因子，为室外载波信号随机相位；si表示ofdm发射信号符号；表示室内信号的传播时延；ts表示si的持续时间；为信号通过室外路径传播时延。

进一步的，系统参考小区的下行容量表示：

其中，l′表示系统同频组网时的复用距离，b表示系统分配给每个小区的带宽，γsinr为参考用户接收信号的信干燥比，p(γsinr)为γsinr的概率密度函数，γmin表示为使系统正常工作时能接受的最小信干燥比。

进一步的，参考小区内，平均下行容量表示为；

其中，参考小区内平均下行容量；a、b表示所选楼层房间的长和宽，c表示为系统参考小区的下行容量。

本发明针对现有技术在室分系统的理论研究相对较少，针对当前室内分布系统正在由传统室内分布式天线系统(das)向新型数字化室内分布系统的过渡阶段，在对lampsite新型室分系统进行室内无线传播建模的时候，无法直接移植原有传统das模型等问题进行改进，且发明在更高频段下，部署新型室内分布系统时，分析解决了室内小区间的同频干扰问题，确定不同场景下的频率复用距离。在此基础上，根据参考用户在楼层中的可能位置对微型射频拉远单元(prru)的位置配置及数量进行选择。

附图说明

图1为本发明一种基于lampsite室分系统的下行容量分析方法的流程图；

图2为本发明所需的lampsite新型室分系统模型图；

图3为本发明参考小区内各点位置坐标图；

图4为本发明高楼每两层复用同一频率时，各楼层下行容量与信噪比关系示意图；

图5为本发明高楼每三层复用同一频率时，各楼层下行容量与信噪比关系示意图；

图6为本发明高楼每两层复用同一频率时，各楼层下行容量与穿透损耗关系示意图；

图7为本发明高楼每三层复用同一频率时，各楼层下行容量与穿透损耗关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出一种基于lampsite室分系统的下行容量分析方法，如图1，包括：

s1、在基于lampsite的室分系统中，发送端采用ofdm系统发送信号；

s2、发送信号由prru发送，经过两条路径到达参考用户端，根据信号在室内传播的一般情况建立信道的数学模型；

s3、对到达参考用户的信号进行解调，分别计算两条路径上所需信号和干扰信号的功率、计算信号的信干噪比及其概率密度函数，代入公式得到系统下行容量表达式；

s4、根据得到的系统下行容量表达式，分析各种因素给系统下行容量带来的同频干扰问题。

本发明中，基于lampsite的室分系统包括一套lampsite设备、基带处理单元bbu、射频拉远单元中心rhub以及微型射频拉远单元prru，其中，lampsite设备为基于三层级的分布式光纤分布系统，系统第一级单元为系统主机的基带处理单元bbu，基带处理单元bbu安装在大楼机房中；第一级单元由光纤连接第二级单元，第二级单元为射频拉远单元中心rhub，射频拉远单元中心rhub设置在大楼的每一层的小区中；第二级单元通过五类线与第三级单元微型射频拉远单元prru相连，微型射频拉远单元prru安装在小区室内天花板上，其中：

基带处理单元bbu，用于实现基带信号处理功能；

射频拉远单元中心rhub，用于接入微型射频拉远单元prru，实现光电信号的转换；

微型射频拉远单元prru，用于把电信号转换为射频信号，并对信号进行放大、调制。

在本发明中，lampsite新型室分系统下行容量分析系统中采用最大比率进行传输。

在本实施例中，本发明所述的lampsite新型室分系统如图1所示，假设用户处于一个参考服务小区内，那么在这栋建筑中，当发射机和接收机位于不同楼层时，信号可以通过不同传播路径到达其他楼层，内部路径在建筑物内传播，外部路径通过相邻建筑物反射回参考用户接收机，假设建筑物侧面由玻璃构成，那么信号传播衰减、损耗取决于穿透地板的数量；发射机与接收机的楼层数量、相对位置；墙壁的构造材料(渗透损失)；与相邻建筑物的距离等。

为方便标记prru与参考mt的坐标，选取所研究建筑最底层建立图2坐标系：其中a，b，c分别表示所选楼层的长，宽，高。以左下角为原点，以长a方向为x轴，宽b方向为y轴，设参考mt的坐标为(x，y)，小区prru位于b/2处且均匀分布在距地板c高度上。

在本实施例中，选取参考小区发射信号时，发射机发射信号为：

式中ps表示每一小区的发射总能量，si表示发射符号，p(t)表示信号发射脉冲，当t∈(0,ts)时p(t)＝1，当时p(t)＝0。

根据系统框图模型，整个系统的信道脉冲响应由两部分组成，即：

式中表示发射机通过室内路径直接传输到接收机的距离，为

其中，l″定义为参考小区内prru到参考用户的楼层数，表示其他小区prru与参考用户之间的楼层数；m为小区编号；mr为参考小区的遍号；l'表示系统同频组网时的复用距离；d0为参考用户距地板的高度；(xn,yn)表示第n个prru的二维坐标，(x,y)表示参考用户的二维坐标。

表示信号通过相邻建筑物反射回参考小区mt的信道函数，即：

根据已有研究，当系统存在发射分集时，为使系统容量最大化，也为降低系统平均误码率，使用最大比率传输，即：

上式为cauchy-schwarz不等式，根据其成立条件，发射信号权重为：

即发射信号为其中，为参考小区mr内第n个prru到参考用户的室内传播距离；β为路径损耗指数，为其它小区第n个prru到参考用户的室内传播距离；为每层楼的穿透损耗；为第m个小区到参考小区mr的楼层数；为信道衰落因子；n为一个小区内prru的总个数。

参考小区接收机接收此楼层prru发送的有用信号，同时接收信号存在其他小区发送的同频干扰信号，由此，参考小区接收机的接收信号r(t)可表示为：

其中，m为该高层建筑总小区数；为系统信道函数；ηr(t)为双面功率谱密度为n0/2的加性高斯白噪声(awgn)。

在接收机进行信号处理，采用相干解调后的信号为：

其中，s表示接收机接收参考小区所需信号，i表示接收的干扰信号，fc为载波信号的频率。

那么s可以表示为参考小区接收机接收每个prru发送信号之和，表示为：

其中，ps表示每一小区的信号发射功率；表示加权后的发射信号；ts表示si的持续时间。

根据系统框图，接收到的干扰信号分为两部分，室内穿透楼层的部分和通过相邻建筑反射到接收机的信号，即：

其中a⁽¹⁾和a⁽²⁾分别表示为：

其中，为第m个小区内的第n个prru到参考用户室内传播路径的距离为室内载波信号随机相位；为第m个小区内的第n个prru到参考用户室外传播路径的距离，为玻璃反射损耗，表示为一面玻璃的穿透损耗，为室外路径的信道衰落因子，为室外载波信号随机相位。

为第m个小区内的第n个prru到参考用户室外传播路径的距离，

本实施例中，根据参考小区接收机在地板上的位置(x，y)来分析可实现的速率。然后，通过对整个楼层的条件可实现速率求平均来获得平均可实现速率。对于每个位置，导出参考小区接收机的瞬时sinr和sinr的概率密度函数(pdf)。解调器输出端的瞬时sinr由下式给出:

其中s²表示为：

因为信道衰落因子服从nakagami-m分布，则呈伽马分布，因此接收机sinr是随着变化的随机变量，其概率密度函数为：

其中，mn表示衰落参数；gn,k表示对每一小区信道函数求mn次导；ω表示该参考用户接受信干燥比的平均功率。

表示为：

其中，表示一面玻璃的穿透损耗，表示信号通过室外路径的传播距离。

那么系统参考小区的下行容量为：

对参考小区内，平均下行容量为：

其中，参考小区内平均下行容量；c表示为系统参考小区的下行容量。

在本实例中，根据最终所求下行容量表达式，对结果进行仿真，关键仿真数据如下，高层建筑总共9层，每间房间长a为25m，宽b为20m，高c为3m，与相邻建筑物的距离d1为20m，一面玻璃的反射损耗为-3db，路径损耗指数β为2.7，每层地板的穿透损耗为-10db，prru个数为每小区4个。为使系统能正常工作的最小信干燥比γmin为8db，得到信噪比、复用楼层数与系统下行容量的关系如图4和图5所示(图中l1表示频率复用楼层数，当l1＝2时，表示高楼每两层复用同一频率，l2表示参考小区内prru到参考用户的楼层数，并且l2<l1。)，从图中可以看出，随着参考用户接收到的信噪比增大，系统下行容量也缓慢增大。当复用距离l1＝3时，系统的下行容量要高于l1＝2时，这是系统的同频干扰信号对参考小区的影响较小。得到每层地板的穿透损耗、复用楼层数和系统下行容量的关系如图6和图7所示。从图中可以看出，随着地板穿透损耗增大，系统下行平均容量也增大，这是因为由于地板穿透损耗，导致接收到的总信号干扰功率显着降低。从而系统下行平均容量增大，但是随着参考小区内prru到参考用户的楼层数l2从1变为2层时，系统下行平均容量显著降低，再变为3时系统下行容量变化不大，这是因为系统传输信号时，所需信号穿过的地板从无到有再到增加一层，所需信号和干扰信号的功率都减少，但所需信号的减少趋势明显大于干扰信号，从而下行容量显著减少。

因此在实际系统的部署中，当参考用户与小区prru处于不同的楼层，系统的同频复用距离并不是越大越好，如用户与本小区prru的楼层间隔为2时，采用2层复用距离，系统的下行容量要高于3层，同时当复用距离确定时，与prru处于同一楼层的用户通信质量明显高于其他用户。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。