低功率分布系統應用綜合分析

畢丹宏 楊 軍

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司，南京 210006

引言

室內分布系統可以在不增加頻率資源需求的前提下顯著提高網絡資源利用效率、優化有線和無線資源、提高頻率資源利用率、降低電磁輻射、減少室外宏站數量，降低網絡建設成本[1][2]。然而，傳統室分網絡建設模式主要面臨以下六大困境：

（1）物業協調困難，現有室分大多采用7/8饋線作為干線傳播信號，線纜較粗，彎折角度較小；

（2）覆蓋死角多，僅僅覆蓋走廊和電梯區域，覆蓋重疊區域較多，房間內的弱覆蓋區較多，高中層干擾嚴重；

（3）實現多網合路需要對現有室分網絡進行改造，并且需要考慮由于頻段差異較大帶來的覆蓋差異問題；

（4）室內覆蓋不均衡，對高速數據業務支撐能力低；

（5）大量的電能消耗和物業租賃費用成為運營商沉重負擔；

（6）工程施工困難，工程周期長。

低功率分布系統是以光纖、五類線等作為傳輸介質，實現高帶寬、全雙工、線性射頻放大及低損耗傳輸、分配的通信設備的總稱。低功率室內分布系統由數字變頻及信號處理主單元、擴展單元、變頻及信號處理遠端單元、天線以及五類線、同軸電纜和光纖組成。基本型主單元與遠端天線單元之間可以采用五類線或者CATV電纜傳輸，五類線的長度一般不超過100m（增加延長器可延伸到170m），CATV電纜傳輸的距離達到300m天線單元采用同軸電纜連接天線[3]。

1 低功率分布系統優勢分析

低功率室內分布系統與傳統的同軸電纜室內分布系統相比在解決方案應用中具有顯著的優勢特點。表1給出了兩者在覆蓋范圍、覆蓋深度、入戶施工難度、入戶形式、信源設備、組網能力、高層覆蓋效果方面的比較。

可以看出低功率分布系統的優勢主要集中在以下幾個方面：

（1）對信號源的要求低，降低信源設備及其建設投資

同軸電纜室內分布系統信號源基站建設方案采用大功率的基站設備，輸出功率10W～20W，而采用低功率室內分布系統只需要低功率的信號源（0～10dBm）。大功率基站設備體積大、耗電高、對環境要求高（需要空調機房）、安裝施工困難。

（2）采用前置低噪聲放大結構，有效改善上行信號質量，提高系統性能。低功率室內分布系統從信號源到天線口的總衰減非常小，同時采用在天線附近進行低噪聲接收結構，使上行信號的噪聲小，降低對作為信號源的基站的干擾門限，能夠有效地改善基站的接收靈敏度和覆蓋范圍，降低手機終端發射功率。

表1 低功率系統與傳統分布系統的比較

（3）采用光纖或五類線進行傳輸，適應光纖接入和綜合布線發展趨勢，傳輸距離遠，站址選擇靈活。同軸電纜室內分布系統采用射頻信號傳輸，傳輸距離嚴重受傳輸損耗的限制。低功率室內分布系統利用光纖和五類線作為傳輸和分布手段，適應光纖接入和綜合布線發展趨勢，傳輸距離可以達到6公里，而且和射頻電纜比較它施工簡單，占用空間小，基站可以遠距離集中放置，機房站址選擇靈活，方便網絡重新規劃和站址變更調整工作。

（4）系統的傳輸損耗低，手機終端省電，對電磁環境干擾小。同軸電纜室內分布系統采用射頻信號傳輸，傳輸損耗大。而低功率室內分布系統采用中頻傳輸，傳輸損耗非常小，降低了手機終端發射功率。在接收到相同信號強度的情況下，可以使手機的發射功率降低到原來的1/4到1/10，提高了手機電池的待機和通話時間。

（5）支持多系統共享接入，減少重復投資，網絡升級適應能力強。低功率室內分布系統采用中頻信號傳輸，對于不同頻率的傳輸衰減基本保持不變，同時支持工作帶寬在800MHz～2200MHz內的所有移動通信體制，支持多系統共享接入，可以將不同制式的基站集中放置在一個機房內，減少室外基站的數量和所需機房以及相應的傳輸、電源配套設施，從而避免重復建設投資。

2 應用場景分析

與傳統的RRU、干放、天饋分布系統相比，低功率室內分布系統有著很多優勢，以下給出了一些特殊場合的覆蓋分析和解決方案。

城中村小區覆蓋：將主單元集中放置在信源基站機房中，利用光纖線徑較細、易于布防的特點，沿街走線，將線纜固定在街邊樓墻壁上；同時將遠端單元與室外天線共同安裝，沿街覆蓋（如圖1所示）。利用監控功能，方便地調整和控制小區邊緣天線信號強度。

圖1 城中村覆蓋場景

室內覆蓋：主單元安裝于基站處,以“低功率、多天線”為設計原則,主單元通過光纜連接擴展單元，擴展單元再通過光電混合纜連接遠端單元，最終通過遠端單元連接的天饋系統將信號均勻的覆蓋到建筑物或家庭內部（如圖2和圖3所示）。

圖2 樓宇室內覆蓋場景

圖3 家庭入戶覆蓋場景

電梯：采用光纖為傳輸介質，隨電梯自己的排線移動。在電梯轎廂頂上放置定向天線，保障轎箱內信號均勻和穩定，避免電梯的隧道效應。電梯內的覆蓋信號容易隨電梯的移動而變化，使信號強度不隨電梯轎箱的升降而變化（如圖4所示）。

圖4 電梯覆蓋場景

小區覆蓋：將主單元集中放置在信源基站機房中，利用光纖傳輸將擴展單元放置在小區中的不同樓宇、路燈、屋頂等區域，根據覆蓋需求將遠端天線單元放置到摟層（如圖5所示）。利用監控功能調整和控制小區邊緣天線信號強度，減少網絡干擾。

圖5 小區覆蓋場景

大型場館、商業場所、高校等區域覆蓋解決方案：這些需要覆蓋的面積大，同時具有極大的峰值容量需求，忙時、閑時容量需求差別巨大，信號源一般選用宏蜂窩基站。低功率室內分布系統采用光纖和五類線作為傳輸和分布手段，適應光纖接入和綜合布線發展趨勢，完全可以滿足大型區域的覆蓋要求（如圖6所示）。同時，低功率分布系統采用射頻容量共享，可以解決這些大型場所的話務量潮汐問題。

圖6 大型商業場所覆蓋場景

3 低功率系統在3G網絡的應用

對于網絡從2G到3G系統的升級，由于3G信號工作頻段更高，在同軸電纜饋線中的傳輸損耗要遠大于2G信號，因此采用同軸室內分布系統應對網絡升級時需要將原來2W功率的干線放大器用5W的代替，才能保持覆蓋半徑不變，網絡升級將需要對現有網絡進行改造且增加建設成本；而低功率室內分布系統采用中頻信號傳輸，對于2G網絡和3G網絡的信號在低功率室內分布系統中傳輸，其信號損耗基本一致，因此，使用低功率室內分布系統可以方便地實現網絡升級，同時不因網絡升級而額外增加不必要的設備和工程上的成本。

下面我們以某高層樓宇的3G室內覆蓋為例進行鏈路預算分析。根據無線電波室內傳播的Keean-Motley模型公式：

其中L1：1m處的路徑損耗，

L1=32.45-30nlg10+20lgf；

r：手機到天線點的距離（km）；

f：手機到天線點的距離（km）；

p：波穿透的墻壁數；

W：墻壁衰減因子函數（dB）；

n：路徑衰耗指數，一般取值2～4

天線點與終端之間的路徑損耗：

根據樓宇的情況，將遠端單元安裝于家庭客廳內部，到達最遠處臥室取15m傳播損耗，3G網絡占用的2000MHz頻段總的路徑損耗約為91dB，則最遠臥室內邊緣最低信號強度為10dBm-91dBm=-81dBm，滿足覆蓋要求。因此，采用低功率分布系統完全可以滿足家庭室內覆蓋的要求，實現室外有線傳輸、室內無線覆蓋、可同時接入網絡和業務平臺的一體化家庭全業務覆蓋方案。

4 結語

根據前面我們對低功率分布系統的分析研究，我們從多個角度，建議在實際網絡建設方案中采用以下幾點原則：

（1）低功率系統適用于隔斷較多的住宅、規模較大的住宅小區、大型公共區域、城中村等特殊覆蓋區域；

（2）對于僅僅需要進行部分覆蓋的區域，例如電梯、地下室等，考慮到低功率分布系統的造價因素，建議仍然采用原有RRU加天饋的覆蓋方式；

（3）對于較高的高層住宅，由于高層電磁環境較為復雜導致切換頻繁，且在小區內安裝的美化天線上傾能力有限，建議采用低功率分布系統；

（4）對于線纜穿越較為困難或者無法進入的區域，建議采用五類線配合遠端單元進行隱蔽安裝。

（5）傳統室分網絡建設較差、覆蓋較弱的樓層應充分考慮后期3G、4G網絡的業務需求，盡快采用低功率分布系統進行替換，不宜在原有分布系統上進行改造。

[1]周宏旭.移動通信網絡室內覆蓋建設與優化.通信世界，2001年19期

[2]王超.移動通信室內分布系統設計研究. 郵電設計技術，2004年02期

[3]中國移動通信有限公司2008年低功率分布系統產品集中采購技術規范書，2008年1月