面向4G的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)演進(jìn)策略研究

【摘要】 傳統(tǒng)同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)由于自身材質(zhì)及技術(shù)限制，在4G建設(shè)環(huán)境下面臨高速率、高帶寬、多制式、多天線等諸多應(yīng)用要求，支撐乏力，本文在分析現(xiàn)有分布系統(tǒng)面臨問(wèn)題的基礎(chǔ)上，就室內(nèi)分布系統(tǒng)向下一代演進(jìn)的光分布方案和無(wú)源分布方案進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng) 技術(shù)演進(jìn) 4G 光纖分布系統(tǒng) 無(wú)源分布系統(tǒng)

隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，智能終端迅速普及以及海量增長(zhǎng)的移動(dòng)應(yīng)用兩者互相促進(jìn)，正改變著用戶的消費(fèi)習(xí)慣，推動(dòng)移動(dòng)數(shù)據(jù)使用量呈爆炸式增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)各電信運(yùn)營(yíng)商積極建設(shè)3G、4G網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)對(duì)以高速移動(dòng)數(shù)據(jù)為代表的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)70%的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，因此如何建設(shè)室內(nèi)無(wú)線覆蓋系統(tǒng)是各大運(yùn)營(yíng)商占領(lǐng)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)制高點(diǎn)的關(guān)鍵。

一、傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

1.1 傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)組成

傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要由信源和天饋分布系統(tǒng)兩部分組成，信號(hào)源所放大或產(chǎn)生的信號(hào)由該系統(tǒng)為傳輸媒介，通過(guò)天線發(fā)送到建筑物內(nèi)的各個(gè)角落，達(dá)到預(yù)期的覆蓋效果。

1.2 傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

每年各運(yùn)營(yíng)商均投入大量人力、物力、財(cái)力建設(shè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，室內(nèi)覆蓋投資占比約達(dá)到無(wú)線網(wǎng)整體投資的30%，預(yù)計(jì)隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入，室內(nèi)覆蓋投資在整個(gè)無(wú)線網(wǎng)中占比將達(dá)到70%。

由于傳統(tǒng)室分采用無(wú)源分布方式進(jìn)行建設(shè)，目前也面臨如下問(wèn)題：（1）設(shè)計(jì)復(fù)雜：傳統(tǒng)室分采用同軸電纜和無(wú)源器件組網(wǎng)，工程設(shè)計(jì)需考慮線損和耦合度，計(jì)算工作量大。（2）施工復(fù)雜：傳統(tǒng)室分需采用大量無(wú)源器件和接頭進(jìn)行天饋線連接，對(duì)施工人員技術(shù)和體力均有較高要求。（3）業(yè)主抗拒：目前業(yè)主環(huán)保和維權(quán)意識(shí)較強(qiáng)，在以住宅小區(qū)為代表的個(gè)別場(chǎng)景，傳統(tǒng)分布進(jìn)場(chǎng)難度極大。（4）維護(hù)困難：由于傳統(tǒng)無(wú)源分布系統(tǒng)不具備管理手段，設(shè)備老化、腐蝕、脫落等問(wèn)題發(fā)生后網(wǎng)管人員無(wú)法及時(shí)感知，造成覆蓋質(zhì)量變差。并且由于天饋線一般安裝在頂棚，設(shè)備維修也存在一定難度。（5）演進(jìn)乏力：目前國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商均有3～4種無(wú)線制式需納入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，傳統(tǒng)合路方式在功率和容量上無(wú)法保證多制式網(wǎng)絡(luò)的均衡性，并且單路分布模式也無(wú)法滿足4G提出的多收多發(fā)的天線應(yīng)用方式。

二、4G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)應(yīng)用需求

據(jù)國(guó)內(nèi)某電信運(yùn)營(yíng)商2014年2月統(tǒng)計(jì)，3G網(wǎng)絡(luò)CS域話務(wù)量增長(zhǎng)是去年同時(shí)期的1-2倍，而PS域流量增長(zhǎng)是去年同時(shí)期的2-8倍，流量增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于話務(wù)的增長(zhǎng)幅度，因此預(yù)計(jì)以高速數(shù)據(jù)為代表的多業(yè)務(wù)綜合覆蓋網(wǎng)絡(luò)將是室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，其特點(diǎn)如下：（1）高速率：以微博、微信為代表的無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已在用戶終端中普及，“打電話”使用手機(jī)的時(shí)間在手機(jī)整體使用時(shí)間中占比逐漸變小。隨著無(wú)線數(shù)據(jù)資費(fèi)的降低，無(wú)線視頻等高速無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在運(yùn)營(yíng)商無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中的占比將逐年加大。以LTE Rel9為例，其對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的下行數(shù)據(jù)起步要求就是100Mbps。（2）高可用：即時(shí)消息、實(shí)時(shí)語(yǔ)音，用戶對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入的依賴性與日俱增，因此對(duì)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的可用性也提出了較高的要求。（3）多系統(tǒng)：運(yùn)營(yíng)商多年的建設(shè)，各個(gè)站點(diǎn)累計(jì)了2G、3G、WLAN網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合即將開始的4G網(wǎng)絡(luò)，下一代室內(nèi)分布系統(tǒng)將面臨多達(dá)4系統(tǒng)的共站建設(shè)需求。針對(duì)高鐵車站、會(huì)展中心等公共區(qū)域，還會(huì)面臨多個(gè)運(yùn)營(yíng)商的多套系統(tǒng)共站建設(shè)問(wèn)題。因此多系統(tǒng)綜合組網(wǎng)將是下一代室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的基本功能。（4）多天線：受限于高速數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，WLAN 802.11N以及LTE Rel8網(wǎng)絡(luò)中都開始采用了多收多發(fā)（MIMO）的多天線技術(shù)，多天線也將是下一代室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

三、覆蓋系統(tǒng)向下一代演進(jìn)方案研究

下一代室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的MIMO多天線技術(shù)應(yīng)用需求對(duì)覆蓋系統(tǒng)演進(jìn)起著關(guān)鍵性的影響。目前來(lái)看，下一代室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)有兩種演進(jìn)方向：其一，是沿著以光纖分布系統(tǒng)為代表的“更新替代方案”進(jìn)行演進(jìn)，其二，是沿著以無(wú)源分布系統(tǒng)為代表的“合路改造方案”進(jìn)行演進(jìn)。下面將就這兩種演進(jìn)方式進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 光纖分布系統(tǒng)演進(jìn)方案

3.1.1 光纖分布系統(tǒng)簡(jiǎn)介

光纖分布系統(tǒng)FDS（Fiber Distributed System）是一種以光纖承載無(wú)線信號(hào)進(jìn)行傳輸和分布的解決方案，該系統(tǒng)充分發(fā)揮光纖承載帶寬大和傳輸損耗小的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)了電信運(yùn)營(yíng)商多業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求：

目前業(yè)界有兩種光纖分布實(shí)現(xiàn)方案，分別是：基于RRU的xDAS方案和基于BBU的xRRU方案。xDAS光纖分布系統(tǒng)由近端單元、擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元組成，近端單元和擴(kuò)展單元用光纖連接，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元之間用五類線或復(fù)合光纜連接，遠(yuǎn)端由擴(kuò)展單元直接遠(yuǎn)程供電。xRRU光纖分布系統(tǒng)由BBU、擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元組成，BBU和擴(kuò)展單元間用光纖連接，擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元間用五類線連接，遠(yuǎn)端單元由擴(kuò)展單元直接遠(yuǎn)程POE供電。

光纖分布系統(tǒng)采用樹形擴(kuò)展的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能靈活適應(yīng)不同的場(chǎng)景規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，只要將不同制式的信號(hào)源統(tǒng)一放置于機(jī)房?jī)?nèi)，基站輸出的電信號(hào)分別輸入主單元，完成多業(yè)務(wù)信號(hào)合路和電光變換，再經(jīng)光纖和擴(kuò)展傳輸單元將其分布到區(qū)域內(nèi)的各遠(yuǎn)端單元，然后恢復(fù)成原來(lái)的射頻信號(hào)即可覆蓋一個(gè)特定的區(qū)域。

3.1.2 光纖分布系統(tǒng)的特點(diǎn)

光纖分布系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：（1）多系統(tǒng)融合，可融合2G、3G、4G、WLAN、有線寬帶等多種業(yè)務(wù)。（2）降低底噪，微功率分布，改善上行覆蓋。（3）施工方便，光纖和網(wǎng)線作為路由，布放方便，施工便捷。（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，端到端設(shè)計(jì)，即插即用，遠(yuǎn)端可調(diào)功率，系統(tǒng)調(diào)整、優(yōu)化方便。（5）全系統(tǒng)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓鞴?jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)全面監(jiān)控，監(jiān)控粒度更精細(xì)。

3.1.3 光纖分布系統(tǒng)向下一代演進(jìn)

目前各廠商遠(yuǎn)端單元均內(nèi)置了射頻模塊，可同時(shí)滿足2G、3G、WLAN覆蓋需求，部分產(chǎn)品還支持外接天線以滿足個(gè)性化場(chǎng)景覆蓋要求，網(wǎng)絡(luò)向下一代演進(jìn)時(shí)，遠(yuǎn)端、近端插入對(duì)應(yīng)模塊即可。建議各運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)光纖分布產(chǎn)品時(shí)，提前預(yù)購(gòu)遠(yuǎn)端4G射頻模塊，政策條件具備后，遠(yuǎn)端僅軟件升級(jí)即可完成4G網(wǎng)絡(luò)部署。endprint

3.2 無(wú)源分布系統(tǒng)演進(jìn)方案

無(wú)源分布系統(tǒng)向下一代網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方式分為兩類：不支持MIMO的單通道方式和支持MIMO的雙通道方式。雙通道方式中，在電纜側(cè)又可分為：雙纜方案和單纜變頻方案；在天線側(cè)可分為：?jiǎn)螛O化天線方案和雙極化天線方案。根據(jù)LTE試驗(yàn)網(wǎng)的測(cè)試結(jié)果顯示，單通道實(shí)現(xiàn)方式的網(wǎng)絡(luò)性能大約比雙通道實(shí)現(xiàn)方式降低30%。

3.2.1 分布系統(tǒng)改造方案

分布系統(tǒng)改造建設(shè)方案有以下幾種：（1）單通道獨(dú)立新建方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)單路射頻分布系統(tǒng)，不實(shí)現(xiàn)MIMO。（2）單通道合路方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)采用合路方式與現(xiàn)網(wǎng)2G/3G共用原單路射頻分布系統(tǒng)，不實(shí)現(xiàn)MIMO。（3）雙通道單極化天線獨(dú)立新建方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)兩套分布系統(tǒng)，天線采用單極化方式，不與原有分布系統(tǒng)合路。（4）雙通道單極化合路建設(shè)方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)新建一路分布，合路原有分布一路，實(shí)現(xiàn)MIMO，天線采用單極化方式。（5）雙通道雙極化天線獨(dú)立建設(shè)方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立建設(shè)兩路饋線，一路天線，天線采用雙極化方式實(shí)現(xiàn)MIMO，不與原有分布系統(tǒng)合路。（6）雙通道雙極化合路建設(shè)方案：指下一代網(wǎng)絡(luò)新建一套饋線，合路一套饋線，替換原有天線為雙極化天線，實(shí)現(xiàn)MIMO。

雙通道改造方案和雙通道新建方案在設(shè)計(jì)上工作量相當(dāng)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本改造略低，最終實(shí)現(xiàn)后網(wǎng)絡(luò)性能也相差不大，但工程實(shí)施時(shí)由于器件廠家和出廠時(shí)間的不同，兩條鏈路功率很難做到平衡，給分布系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用埋下了隱患。

單極化天線與雙極化天線對(duì)于下一代網(wǎng)絡(luò)MIMO性能的影響，主要取決于單極化天線的空間隔離度和雙極化天線的極化隔離度以及天線工藝。從LTE試驗(yàn)網(wǎng)測(cè)試結(jié)果來(lái)看，二者性能相差不大，但雙極化天線的使用可在天線數(shù)量上較單極化天線減少一半。

3.2.2 通道變頻方案

通道變頻方案指的是通過(guò)變頻技術(shù)將雙通道信號(hào)變換到不同頻率上進(jìn)行合路傳輸，在天線側(cè)再將信號(hào)通過(guò)反向變頻恢復(fù)出兩路信號(hào)，從而用單條饋線實(shí)現(xiàn)了MIMO功能。該方案可以在現(xiàn)有的單通道室內(nèi)分布中實(shí)現(xiàn)MIMO功能，降低了網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的難度，但合路端和天線端有源變頻設(shè)備的引入，與無(wú)源分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)初衷相悖，從而使分布系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性降低。

四、覆蓋系統(tǒng)演進(jìn)策略

4.1 演進(jìn)方案選取策略

對(duì)于新建室內(nèi)分布系統(tǒng)，只需要LTE和3G系統(tǒng)的場(chǎng)景，建議采用光纖分布方式進(jìn)行建設(shè)。

對(duì)于已建2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)，且進(jìn)行LTE單通道建設(shè)的場(chǎng)景，建議采用無(wú)源分布系統(tǒng)改造進(jìn)行建設(shè)，做到一次改造滿足多系統(tǒng)使用的需要。

對(duì)于已建2G/3G室內(nèi)分布系統(tǒng)，需要進(jìn)行LTE雙通道建設(shè)的場(chǎng)景，可適時(shí)選取新建光纖分布和新建傳統(tǒng)分布方式進(jìn)行建設(shè)，采用雙通道分布系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，需保證雙通道的一致性。

4.2 單/雙通道選取策略

對(duì)于新建室分的場(chǎng)景，可采用雙通道建設(shè)方案。對(duì)于已建2G/3G室分系統(tǒng)的場(chǎng)景，需根據(jù)實(shí)際情況按照以下原則選擇建設(shè)方案：現(xiàn)網(wǎng)已有分布系統(tǒng)的場(chǎng)景，一般采用單通道建設(shè)方案；對(duì)于重要性高、品牌影響力大的重點(diǎn)場(chǎng)景，如大型交通樞紐（機(jī)場(chǎng)、火車站和碼頭等）、大型會(huì)展中心、業(yè)務(wù)演示營(yíng)業(yè)廳、城市標(biāo)志性建筑等，應(yīng)采用雙通道建設(shè)方案。

4.3 雙通道方案天線選取策略

優(yōu)選單極化天線，兩個(gè)單極化天線間距應(yīng)保證不低于4λ（約為0.6米），在有條件的場(chǎng)景盡量采用10λ以上間距（約為1.5米）。在單極化隔離距離難以實(shí)施或者物業(yè)抵觸增加天線的場(chǎng)景下，可使用雙極化天線進(jìn)行覆蓋。

五、總結(jié)

綜合比較兩種演進(jìn)路線，光分布方案：組網(wǎng)靈活、施工便捷、適用性較廣，但設(shè)備的穩(wěn)定性有待驗(yàn)證，此方案在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中發(fā)展前景看好；傳統(tǒng)分布改造方案：技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工及后期改造均有一定難度，此方案在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)演進(jìn)過(guò)程中整體前景看淡。

參 考 文 獻(xiàn)

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