有線共纜傳輸實現(xiàn)移動室內覆蓋的研究和實踐

摘 要： 從理論上分析了移動通信信號通過有線電視共纜傳輸實現(xiàn)室內覆蓋分布系統(tǒng)的可行性，利用低溫共燒陶瓷器件實現(xiàn)了寬帶合路器和無源分路終端兩個關鍵部件的研制，并用多個實例驗證了該室內覆蓋方案的合理性和經(jīng)濟性。該方案的提出為多種無線通信信號的室內覆蓋提供了一種新的途徑。

關鍵詞： 共纜傳輸； 室內覆蓋； 射頻合路； 低溫共燒陶瓷

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）04-09-03

Research and practice on mobile signal indoor coverage via CATV cable transmission

Ni Xiaohong1， Wang Weidong2

（1. Zhejiang Xinjianuo Communication Technology Co.， Ltd， Hangzhou， Zhejiang 310012， China；

2. Institute of Information and Communication Engineering， Zhejiang University）

Abstract： In this paper， the feasibility of mobile communication signal indoor coverage system via CATV cable transmission is theoretically analyzed first. Two key components， wideband combiner and passive splitter terminal， are produced using low temperature co-fired ceramic devices. Finally， the rationality and economy of this indoor coverage solution is verified after a number of experiments. A new way for a variety of wireless communication signals indoor covering is provided by this scheme.

Key words： cable transmission； indoor coverage； RF combine； LTCC

0 引言

隨著城市里移動用戶的快速增加，話務密度不斷上升，移動用戶對通信信號的覆蓋要求也不斷提高。但是由于城市高層建筑越來越多，建筑物的遮擋和吸收作用，造成了無線通信信號較大的傳輸衰耗，形成了移動信號的弱場強區(qū)甚至盲區(qū)。

3G技術的蓬勃發(fā)展雖然解決了部分容量需求的問題，但由于3G系統(tǒng)工作頻段均在2000MHz左右較高頻率，電波繞射能力差，穿透損耗較大，3G信號的覆蓋與2G信號相比存在著覆蓋范圍小的缺陷。3G無線網(wǎng)絡會有更多弱信號區(qū)出現(xiàn)，特別是在建筑物內部，更是存在著盲區(qū)多、易斷線、不穩(wěn)定的缺點。據(jù)統(tǒng)計，70%的無線數(shù)據(jù)業(yè)務量發(fā)生在室內，3G網(wǎng)絡的主要業(yè)務量來自于室內。提高室內覆蓋能力，可以給用戶帶來更好的使用體驗，在一定程度上分散過密地區(qū)的網(wǎng)絡壓力，從整體上提高移動網(wǎng)絡的服務水平。室內覆蓋的完善，特別是用戶居家覆蓋是3G取得成功的一個關鍵因素。

室內覆蓋系統(tǒng)原理是利用室內天線分布系統(tǒng)將移動基站的信號均勻分布在室內每個角落，從而保證室內區(qū)域擁有理想的信號覆蓋[1]。室內分布系統(tǒng)的建設，可以較為全面地改善建筑物內的通話質量，提高移動電話接通率，開辟出高質量的室內移動通信區(qū)域。

傳統(tǒng)的室內分布系統(tǒng)的接入方式，使用的基站或直放站的射頻有源分布系統(tǒng)容易造成環(huán)境輻射污染問題；而光纖或泄露電纜分布方式需要在已有的室內房間布線施工，不太適合用戶居家室內覆蓋的要求。而且，3G信號和2G信號會在較長時間同時存在[3]，所以同時解決多種無線通信信號的室內覆蓋是移動通信中亟待解決的問題。

本文介紹一種利用現(xiàn)有用戶有線電視共纜傳輸?shù)纳漕l無源分布系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過有線電視電纜傳輸多種無線通信信號，可以不穿墻實現(xiàn)室內房間的無線信號覆蓋。

1 信號傳輸損耗分析

現(xiàn)有的酒店和公寓都是有同軸線纜的，用于傳輸CATV有線電視信號，但目前CATV常用的SY（W）V-75-5同軸電纜用于傳輸移動通信信號時衰減較大。根據(jù)實際數(shù)據(jù)，2GHz的頻段同軸電纜衰減為50dB/100m以上。

通過有線電視共纜傳輸?shù)奈⒉ㄦ溌窊p耗計算公式為：

L=32.5+20logf+20logD+L1 ⑴

其中，L為總損耗，L1為傳輸線纜損耗，單位為dB。D為室內通信距離，單位為m。f為信號頻率，單位為GHz。

通過計算信號鏈路損耗可知：假設傳輸距離為60米，采用CATV線纜的傳輸損耗要比通過空氣傳輸減少5～8db左右；如果加上樓板和墻壁對無線傳輸?shù)?5～25dB損耗，CATV線纜傳輸至少比直接無線覆蓋方式減少了20db的損耗。

圖1所示中上面的曲線為無線信號在空氣中直線傳輸?shù)乃p特性，圖1所示中下面的曲線為無線信號在有線電視電纜中傳輸?shù)乃p特性，未考慮障礙物的影響。由圖1可以看出，即使在無障礙、無干擾的理想條件下，當傳輸距離小于60米時，普通質量的有線電纜對無線信號的傳輸性能優(yōu)于空氣中傳輸約30dB。如果再考慮墻壁、天花板等障礙物對無線傳輸損耗的影響（每層30cm厚的墻壁/天花板對2.4GHz信號的衰減增加20～25dB），當傳輸距離小于60米時，利用有線電視信號線傳輸2.4GHz無線信號，優(yōu)勢可達50dB以上。

通過理論計算和仿真分析，移動通信信號通過有線電視共纜傳輸是完全可行的。

2 寬帶合路器的設計

要將移動通信的無線信號加入到有線電視同軸電纜進行共纜傳輸，首先需要研制符合多種通信制式的寬帶合路器。支持數(shù)字電視的頻率范圍是50MHz～750MHz，移動通信信號支持GSM、CDMA、TD、WCDMA、WLAN等網(wǎng)絡的頻率范圍是880～2500MHz，3G與2G共用室內分布系統(tǒng)。

該寬帶合路器的設計選用美國Minicircuits公司的LTCC（低溫共燒陶瓷）器件，HFCN-880+高通濾波器和LFCN-630+低通濾波器。LTCC技術是近年發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技術，已經(jīng)成為無源集成的主流技術，成為無源元件領域的發(fā)展方向。陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性，特別適合用于高頻通訊用組件。

由于該寬帶合路器采用了先進的LTCC器件，電路簡潔，一致性好、精度高，可以達到產品免調試制造。寬帶合路器實物圖如圖3所示，實際尺寸為50×40×23mm，具有三個端口。

寬帶合路器的測試指標見圖4所示，CATV信號通帶為50～750MHz，帶內插損小于3.0 dB，移動通信信號通帶為880MHz～2500MHz，插損小于3.3dB，兩路信號的隔離度大于45dB。

3 無源分路終端的設計

無源終端用于室內無線信號的轉發(fā)，與寬帶合路器信號方向剛好相反，可采用相同的電路設計。但內部將濾波器和LTCC寬帶天線集成在一起，具有發(fā)射接收無線通信信號的功能，原理圖如圖5所示。

無源分路終端實物如圖6所示，尺寸為65×50×20mm，具有二個端口，可以直接插接原有線電視插座上，不改變原有線電視的使用習慣。

4 共纜傳輸實際試驗

實驗方法：將GSMWCDMA信號通過專用的合路器與有線電視信號合路，并通過原有的有線電視饋線，將信號傳送至用戶房間內，在TV終端接口處，用專用的無源分路終端將有線電視信號與GSMWCDMA信號分離，分離后的電視信號直接接入電視機；將GSMWCDMA信號接入已經(jīng)內置的天線，通過該天線向房間內發(fā)射信號。結構圖如圖7所示。

4.1 實驗一

地點：杭州大廈A樓地下室。實驗開始前，地下室是原始信號盲區(qū)。

從A樓3樓把室分的信號斷開，合路TV線路后，3G輸入信號為-2.5dBm，有線線路長度未知，地下室電視機位置信號輸出為-84dBm。

實驗結果：

⑴ 加室分全向天線，在房間內測試信號為，3G：-80dBm；2G：-60dBm。

⑵ 把3樓的有線電視線斷開，此時地下室全部為盲區(qū)。

4.2 實驗二

地點：浙江賓館新樓6108房間。實驗開始前，該房間內原始信號為，2G：-77dBm，3G：-86dBm。

從最近的室分末端天線取信號，合路有線電視信號后，頻譜儀測試3G輸入信號為0dBm左右，有線線路長度約20米，此時在房間內測試信號輸出為-30dBm左右（頻譜儀直接測得），得出：整條線路損耗約30dBm。

實驗結果：

⑴ 在0dBm信號輸入加室分全向天線，在房間的信號最弱區(qū)用手機測試結果為，3G：-85dBm；2G：-60dBm。

⑵ 把信號加強10dBm輸入，加小天線，在房間的信號最弱區(qū)用手機測試結果為，3G：-75dBm；2G：-53dBm。

⑶ 信號合路有線電視線路后，對電視信號無任何影響。

4.3 實驗三

實驗地點：溫州廣信大廈5幢某單元1504室。住戶室內原先2G信號不穩(wěn)定，容易掉話。未接入室分之前，房間內2G信號為-65dBm左右，房間各個頻點的場強相近，容易產生乒乓效應。

在最近的15F弱電井內室分主干增加6dB耦合器后取GSMWCDMA信號，經(jīng)合路后傳輸至1504房間，該段線路長約10米左右；2G輸入信號約為+16dBm。

實驗結果：

⑴ 在房間內大廳處離重發(fā)天線約2米處，2G信號為-45dBm。

⑵ 距重發(fā)天線5米處（室分2G信號為-63dBm）靠窗位置，因室外信號較強（-50dBm左右）被切換。

⑶ 室分信號對電視信號未產生任何影響，電視的清晰度也被用戶所認可。

5 結束語

移動通信信號的室內覆蓋分布可以充分利用現(xiàn)有有線電視的電纜資源，通過有線電視共纜傳輸移動信號，有工程量小，經(jīng)濟快捷的優(yōu)點。本文采用先進的LTCC器件，研制了高性能的寬帶合路器和無源分路終端，并用多個實例驗證了該室內覆蓋方案的可行性。采用合路方式實現(xiàn)了2G信號和3G信號的室內覆蓋，這為更多標準的無線通信信號的室內覆蓋提供了參考。

參考文獻：

[1] 葉長青.淺談室內覆蓋[J].無線互聯(lián)科技，2011.10：15-16

[2] 侯玉娟，曹燕春.基于有線電視HFC 網(wǎng)絡的無線寬帶覆蓋[J].廣播與電視技術，2012.4：90-93

[3] 王應波，李挺，孫煉，羅亞丹.WLAN與GSM、TD-SCDMA室內覆蓋分布系統(tǒng)合路試點及應用研究[J].電信工程技術與標準化，2010.6：11-15