數字多業務分布系統有效解決深度覆蓋難題分析

劉 旭，白 昱，楊雪楓

（中國移動通信集團設計院有限公司 北京100080）

1 深度覆蓋現狀及難點

隨著網絡規模的不斷擴大，基站密度也越來越大，在主要交通干線、廣場等公共區域基本能滿足覆蓋要求。但在密集城區中，仍存在部分場景深度覆蓋不足，傳統的室外分布建設方式因物業協調等問題無法實施，基站信源空有容量而覆蓋不足，資源利用率偏低的問題。

密集城區的網絡建設中，低層住宅小區、城中村、沿街商鋪、高層酒店等場景的網絡深度覆蓋至關重要，以城中村為例，幾乎每個地市都有大量的城中村，僅北京城八區就有332個城中村，總占地面積17 平方千米，人口數為100 多萬人，話務需求非常大。

傳統網絡覆蓋方式在實施過程中存在以下困難。

（1）住宅小區低層、城中村

建筑物數量多，樓間距小，且高度相似，樓宇排列往往自成體系，呈封閉式或半封閉式。道路為老式街道，彎曲且狹窄，使得室外基站天線不論朝哪個方向都可能會有盲區死角，直接影響手機用戶的網絡體驗。同時，物業協調非常困難，居民阻撓現象嚴重。

（2）沿街商鋪室內

商住樓經常被自有住宅建筑阻擋，商鋪內信號非常差，宏站信號僅能覆蓋到道路。建設室外分布系統存在走線困難、需協調業主眾多等難題。

（3）酒店房間

傳統室分通過饋線走線，只能將天線放置于走廊天花板，甚至因物業裝修等原因連天花板也無法實施，即便實施成功，也因墻體阻擋，使室分信號在房間內部無法占主導，乒乓切換頻繁發生。

2 深度覆蓋不足與其他網絡指標的關系

2.1 網絡資源利用率

深度覆蓋不足時，將會導致網絡資源分配嚴重不均，如城中村場景中，人流量大，話務需求也大，基站容量配置較多，但由于深度覆蓋不足，無線信號無法穿透重重建筑物的墻體，用戶無法起呼，導致基站容量大量冗余，網絡資源利用率嚴重偏低。

2.2 GSM 頻率干擾

為了達到深度覆蓋的目的，各地網絡建設時不得不加大基站等有源設備的輸出功率，同時架高基站天線高度，這雖然在一定程度上緩解了深度覆蓋問題，但也帶來了新問題。

（1）無源器件干擾

基站輸出功率增加，在無源器件互調抑制度不變的情況下必然帶來互調產物的增加，引發互調干擾。

（2）高基站

架高基站天線高度，基站的覆蓋范圍增加，用戶群的增加又帶來新擴容需求，在頻率資源有限的前提下必然引起頻率的越區覆蓋，帶來頻率干擾。

因此，為了徹底解決GSM 頻率干擾，一方面要求有源設備的輸出功率不宜過高；另一方面要求話務下沉，降低越區覆蓋的可能性。

3 數字多業務分布系統

數字多業務分布系統（multiservice distributed access system，MDAS） 可以有效地解決深度覆蓋不足的難題。它采用光纖或網線作為傳輸介質，由接入單元、擴展單元及遠端單元三級組網構成有源分布系統，如圖1 所示。

接入單元同時引入GSM 與TD-SCDMA的信號，通過光纖傳輸至覆蓋區附近的擴展單元；擴展單元對信號進行處理后，根據站點的情況選擇光纖或網線傳輸，將信號拉遠至覆蓋點位，其作用在于組網能力增強，增加覆蓋點位，同時可將WLAN 信號并入；遠端單元通過對信號壓縮包進行解調，分別放大輸出。

MDAS 對比傳統同軸分布系統有很大創新，主要體現在以下幾方面。

（1）有源天線——遠端單元內部集成天線

MDAS的遠端單元采用了隱蔽一體化設計，內部集成天線，在做到精確控制天線口輸出功率的同時，節省了施工時間，降低了物業協調難度。

圖1 MDAS 構成

（2）傳輸介質——光纖、網線

同軸分布系統主要采用同軸線纜進行傳輸，難以彎曲、施工難度大、傳輸損耗大、隱蔽性差、防盜性差；MDAS 采用光纖、網線進行傳輸，易彎曲、施工難度小、對射頻信號傳輸無損耗、隱蔽性強、防盜性強。

（3）多業務集成——四網融合

MDAS 同時支持2G、3G、WLAN 制式，同時支持LTE 升級，一臺遠端單元即完成四網覆蓋，建設效率高，業主可接受度高，易于實施。

（4）全系統監控——直接監控到末端

傳統分布系統僅能監控到RRU、直放站側，其后所帶的無源分布系統屬于監控盲區，當系統出現故障時無法快速定位故障點，維護困難，維護效率低，監控粒度粗；MDAS天線貼近有源端，全系統均可監控，當系統任何一節點出現故障時均可快速定位，方便維護。

（5）升級擴容簡單——數字化

升級擴容主要包括以下2個方面內容。

一是增加覆蓋點位。傳統分布系統在原有室分系統中擴容需增加天線和無源器件，重新計算鏈路功率，當功率不足時需新增有源設備，且天線口功率難以統一，LTE 升級時MIMO 要求雙天線口功率相近，傳統室分實現難度過大；MDAS 各遠端單元輸出功率一致，在擴容時只需接上遠端即可實現，與LTE的MIMO 要求吻合。

二是增加系統、載頻等。如LTE 升級時，傳統室分為達到MIMO的要求，需要重新計算LTE 頻段的功率，并新增一套天饋系統與之進行匹配，實現難度很大；MDAS 輸出功率恒定，傳輸鏈路不變，只需增加相應LTE 遠端即可。

（6）微功率覆蓋——精確覆蓋、定點覆蓋

MDAS 有源設備輸出功率較小，能避免無源器件的互調干擾，同時符合“小功率、多天線”的建設思路，能有效地利用功率、避免外泄干擾。

與傳統覆蓋方式相比，采用MDAS 進行密集城區的深度覆蓋，具有以下優勢：

· 網線/光纖傳輸介質，隱蔽施工，降低物業協調難度；

· “小功率、多天線”方式實現定點/精確覆蓋；

· 射頻單元靠近用戶端，改善系統信噪比，提升系統效率；

· 全網監控，提高維護及優化效率；

· 端到端設計，系統調整、調試、優化方便；

· “GSM/TD-SCDMA/WLAN”多業務協同覆蓋；

· 降低多系統組網對無源器件的要求。

4 覆蓋模型

MDAS 可應用于低層住宅區域、沿街商鋪、校園、酒店、寫字樓等場景，以下僅以約1.25 萬平方米的密集低層住宅為例進行分析。

4.1 密集低層住宅深度覆蓋模型

4.1.1 密集低層住宅區域概況

密集低層住宅一般是指城中村、低層住宅小區等區域，這些區域樓宇建筑密集，樓高一般在7 層（20 m）以下，間或有一兩棟10 層以上的建筑，地形基本平坦，街道彎曲且狹窄。

這些區域由于生活便利，醫療、教育和購物等配套設施齊全，因此人口密集，保有用戶量大。

4.1.2 密集低層住宅區域覆蓋現狀

密集低層住宅小區無線網絡覆蓋困難，除了在周邊高樓有宏基站外，小區內沒有站址和分布系統覆蓋。由于樓層低矮且房屋密集，離宏站距離稍遠的區域室內無線網絡效果通常很差，尤其是1～3 層室內經常為信號盲區，從而導致大量用戶投訴。宏站覆蓋方式在這些場景中，由于建筑物的阻擋，周邊基站只能覆蓋到樓宇頂部及一些空曠區域，下層區域均為信號盲弱區，宏站覆蓋方式（密集低層住宅）如圖2 所示。

由于小區內的居民對無線電設備（基站或分布覆蓋系統）的安裝有很強的抵觸心理，從而導致密集低層區域無法協調宏站站址或實現傳統室外分布覆蓋方式，該區域信號覆蓋弱的問題一直無法解決，大量用戶長期投訴也無法解決。用戶既投訴又維權，網絡建設遇到極大挑戰。

圖2 宏站覆蓋方式（密集低層住宅）

4.1.3 傳統室外分布覆蓋

現階段密集住宅小區信號覆蓋差，小區內無法建設宏基站，存在大量用戶投訴，需要在該區域進行信號覆蓋，可采用傳統室外分布建設模式進行信號覆蓋，其分布系統信源一般選用以RRU（每載波20 W）或數字光纖直放站（每載波20 W）作信源，傳統室外分布覆蓋（密集低層住宅）如圖3 所示。

采用傳統室外分布方式，大功率設備的射頻信號通過無源器件功率分配和饋纜傳輸，將射頻信號傳送到天線，此時天線口導頻功率約13 dBm。

采用傳統室外分布建網方式，由于居民對傳統設備、天線、饋線等敏感，需要協調的業主多，協調難度非常大，一方面用戶投訴信號差，另一方面用戶又以維權方式阻擾站點建設，因此這些站點就成為通信建設中的難題站點。

傳統室外分布系統需進行合理的方案設計，需要選擇合理的無源器件和饋線類型，從而使天線口功率基本平衡。該方案設計為同軸分布，由同軸電纜、耦合器、功分器和有源設備等組成，從信源到天線的鏈路設計復雜。后期需要進行覆蓋調整和優化擴容，需要重新進行方案鏈路預算。傳統室外分布系統（密集低層住宅）如圖4 所示。

圖3 傳統室外分布覆蓋（密集低層住宅）

圖4 傳統室外分布系統（密集低層住宅）

傳統室外分布系統在類似城中村場景所需的7/8”饋線約占70%的比例，7/8”饋纜線徑粗、重量大，在布放安裝時需要鋼絲繩等固定配件，安裝施工不方便，施工隱蔽性差，極易受到業主阻撓。

4.1.4 新型MDAS 室外覆蓋

采用MDAS 進行密集低層住宅（包括城中村或低層住宅小區）信號覆蓋，其組網為扁平式結構，接入單元和擴展單元通過光纖連接，擴展單元通過網線連接到遠端單元，遠端單元為室外型，采用隱蔽一體化設計（內部集成天線），天線口下行輸出導頻功率為13 dBm。新型MDAS 室外覆蓋（密集低層住宅）如圖5 所示。

MDAS 室外深度解決方案采用微功率室外型遠端單元設備，通過交叉的方式精確布點，有效地解決信號的穿透覆蓋。新型MDAS 室外覆蓋系統（密集低層住宅）如圖6 所示。

相對于傳統室外分布方式，MDAS 方案無需布放饋纜，也無需進行方案的鏈路損耗計算，方案設計簡單；采用一體化小型室外設備，便于協調安裝；采用光纖和超網線等傳輸介質，便于快速布線，施工隱蔽性強。

圖5 新型MDAS 室外覆蓋（密集低層住宅）

圖6 新型MDAS 室外覆蓋系統（密集低層住宅）

4.2 傳統室外分布系統和MDAS 方案對比分析

4.2.1 功率有效利用

傳統室外分布系統采用同軸分布方式，射頻信號在分配器件和饋線長距離傳輸中損耗大，信源和有源設備的功率浪費嚴重；MDAS 采用光纖和網線分布式組網，數字信號傳輸過程無射頻損耗，可以有效地利用設備功率。

采用MDAS 方案的功率有效利用率為100%，而采用傳統室外分布方式的功率利用率僅為8%，約92%的信號功率浪費在器件插損和饋線傳輸損耗中。由此可見，MDAS 設備功率利用率高，能達到環保節能的效果。傳統室外分布系統和MDAS 對比分析見表1 所列。

4.2.2 上行覆蓋范圍

（1）傳統室外分布上行覆蓋

重點分析傳統室外分布天線口3G 系統的等效噪聲系數，傳統室外分布系統方案設計，3G 信源為20 W設備，下行輸出導頻功率為33 dBm，天線口功率約為13 dBm，對⑤位置天線進行分析，分析該天線口位置的等效噪聲系數。傳統室外分布如圖7 所示。

天線口導頻功率為13 dBm，此時基站和天線口的路徑損耗約為20 dB。3G 信源RRU 設備的噪聲系數為5，則系統上行鏈路的等效噪聲系數為NF=33-13+5=25 dB。

此時等效于天線口功率的話音業務上行接收靈敏度：

假設3G 系統的上下行系統鏈路互易，其上下行路徑損耗基本一致，此時手機至天線口功率的損耗為98 dB，天線口增益為2 dB，此時邊緣覆蓋導頻-85 dBm位置UE的發射功率Tx≥-101-2+98=-5 dBm。

（2）新型MDAS 方案上行覆蓋分析

對于傳統分布方式和采用MDAS 進行分布式組網方式的室內和室外覆蓋，MDAS 遠端單元天線口功率和分布天線口功率基本一致，此時下行信號覆蓋范圍一致。MDAS 室外分布如圖8 所示。

當系統的多個放大器進行串聯時，多級放大器串聯方式如圖9 所示。

表1 傳統室外分布系統和MDAS 對比分析

圖7 傳統室外分布

圖8 MDAS 室外分布

信號傳輸中的多級放大器原理有利于改善系統熱噪聲的影響。對一個多級放大系統來說，它的系統噪聲系數為：

從式（1）可以看出，多級放大系統的噪聲主要取決于第一級的噪聲系數F1。

MDAS 上行功放位于天線接收端前端，可以有效地改善系統上行接收性能。實際上，一般多臺MRU 組網，所有MRU 對信源基站有底噪抬升，此時底噪抬升值和MRU的功率及數量有關。城中村模型中，1個信源小區共有8 臺MRU，每臺MRU 總功率為0.2 W，下行輸出導頻功率為13 dBm，此時基站的底噪抬升值為：

參數：

n 為MRU 數量，取值為8；

NFrep為MRU 噪聲系數，取值為6 dB；

NFbts為基站噪聲系數，取值為5 dB；

Prep為MRU 輸出功率，取值為23 dBm；

Prep為基站輸出功率，取值為43 dBm。

此時MDAS 位于第一級放大器，其增益為35 dB，MDAS 遠端單元輸出導頻功率為13 dBm，此時可計算出MDAS 近端耦合輸入導頻功率為-22 dBm，基站至MDAS的插損=33-（-22）=55 dB。

F1=MDAS 噪聲系數=6 dB。

F2=基站至MDAS的插損=55 dB。

G1=MDAS 增益=35 dB。

根據放大器串聯的系統噪聲計算公式，等效于天線口總噪聲系數為：

計算MDAS 方案⑤位置天線的等效噪聲系數，

NF=20.17 dB

此時等效于天線口功率的話音業務上行接收靈敏度：

此時⑤位置邊緣覆蓋導頻-85 dBm 位置UE的發射功率Tx≥-105.8-2+98=-9.8 dBm。

由此可見，相比大功率設備，采用MDAS 作為覆蓋，其天線等效噪聲系數降低4.8 dB，其上行手機發射功率可減少4.8 dB，等同上行覆蓋范圍提升4.8 dB。

4.2.3 建設施工周期

（1）傳統室外分布建設施工周期

傳統室外分布方式采用天線和射頻電纜布放困難，業主接受度低，接入大量接頭及無源器件，質量難以保證，布放同軸線纜施工難度大，工期長。

在密集低層住宅區域進行室外分布系統建設，覆蓋面積約1.25 萬平方米，共需安裝2 臺大功率設備（20 W/每載波），8 副室外全向天線，1/2”饋線315 m，7/8”饋線，7個無源器件。在物業協調時，需要協調8 副室外天線安裝，饋線需架空或沿墻角走線，此時需要拉鋼絲或套PVC 管，信源或有源設備的功率大、體積大、重量大，需要協調較大空間進行安裝。饋線線纜較粗，設備體積大，其運輸過程不方便。

在約1.25 萬平方米的密集低層住宅的室外分布建設中，物業協調（安裝位置、取電）風險大，所需時間難以預估，假設為N天，物業協調成功率低，材料準備、運輸等前期準備工作時間需1天，假設施工過程中無任何阻撓，施工和開通調測需2天，整個項目實施周期最快為N+3天。

（2）新型MDAS 方案建設施工周期

MDAS 采用扁平化結構，采用光纖或網線進行星型或鏈型組網，其設備體積小、重量輕，遠端單元設備可采用遠程網線供電方式。光纖和網線纜線徑小，柔軟度高，彎曲半徑小，網線接頭和光纖接頭可在室內做好后，再運送到覆蓋區域?，F場線纜布放和安裝，無需拉鋼絲，物業協調難度極低，施工隱蔽性高；室外一體化遠端單元MRU 集成射頻放大和天線，施工隱蔽性強，基本不存在施工過程中的業主阻撓。

由此可見，1.25 萬平方米的城中村MDAS 室外分布建設，物業協調周期較傳統分布方式至少縮短一半時間，成功率極高，材料準備等前期準備工作需0.5天，施工和開通調測需1天，最多僅需1.5天，項目實施周期較傳統室外分布系統至少可減少一半。

圖9 多級放大器串聯方式

4.2.4 建設和運維成本

（1）建網成本

在密集低層住宅（城中村和低層住宅小區），對MDAS 和傳統室外分布系統覆蓋進行對比分析，在約1.25 萬平方米范圍內：采用MDAS 覆蓋需用1 臺MAU、1 臺MEU、8 臺MRU；采用傳統室外分布需要1 臺20 W的3G 信源設備、1 臺20 W的2G 設備、8 副室外天線。密集低層住宅建網成本對比分析（約1.25 萬平方米）如圖10 所示。

在1.25 萬平方米的密集低層住宅區域，采用傳統室外分布方式共需5.53 萬元；新型MDAS 室外覆蓋方式共需5.29 萬元，同比可節省約4.3%建網投資。

（2）運維成本

根據傳統室外分布大功率2G 設備（20 W）、3G 設備（20 W）和MDAS 各單元的功耗，計算運維用電費用。城中村和低層住宅覆蓋解決方案運維成本對比分析（約1.25 萬平方米）見表2 所列。

采用MDAS 方案進行城中村或低層住宅覆蓋，相對傳統室外分布方式，總功耗可節省178 W，功耗占比節省約44.5%。

統計分析一年電費，按每度電1 元計算，傳統室外分布需交3 504 元，而MDAS 需交1 945 元，每年共計節省1 559 元，可節省44.5%的電費。

4.2.5 資產利舊率

密集低層住宅一般為城中村或老舊住宅小區，這些區域建筑隨著城市經濟發展將逐漸被拆遷改造，需要考慮其覆蓋方案中的資產利舊率。

采用傳統室外分布方案，傳輸介質（饋線）成本占17%，設備費用占72%，器件、天線和輔材占11%。

采用新型MDAS 方案建網，傳輸介質（網線）成本僅站3%，設備費用占96%，器件、天線和輔材占1%。

在城中村或老舊住宅小區的拆遷改造中，設備和器件可以重復利用，傳統室外分布方式資產里利舊率僅為77%，新型MDAS 方案的資產利舊率可達到97%，資產利舊率提升20%。

圖10 密集低層住宅建網成本對比分析（約1.25 萬平方米）

表2 城中村和低層住宅覆蓋解決方案運維成本對比分析（約1.25 萬平方米）

表3 密集低層住宅方案對比分析總結

圖11 安裝實景

圖12 開通前后測試對比

4.3 傳統室外分布系統和MDAS 方案對比分析總結在密集低層住宅區域進行信號覆蓋，采用傳統室外分布系統和新型MDAS 方案進行建網，密集低層住宅方案對比分析總結見表3 所列。

密集低層住宅采用新型MDAS 建網，可提升功率有效利用率，擴大上行覆蓋范圍，改善業務性能，降低建網成本和運維成本，縮短施工建設周期，提高資產利舊率。

5 應用實例

某住宅小區由于附近移動基站安裝較少，小區內綠樹較多，對無線信號的阻擋較為嚴重，造成小區內弱信號，切換頻繁，部分室內脫網，嚴重影響用戶通話，且由于用戶量大，投訴較多。

該站點原計劃采用傳統分布系統的方式建設，但由于業主反對遲遲難以實施。后改用MDAS，借助寬帶建設的名義，4天內完成站點的勘測、設計、施工和開通，效果良好。安裝實景如圖11 所示。

開通后高峰時段吸收話務為6 Erl，日均吸收話務量超過70 Erl，日均數據流量超過200 Mbit，數據業務占用十分活躍，話務、流量吸收效果明顯。解決弱信號投訴的同時，有效實現了話務下沉，有利于宏網指標的改善。站點開通前后測試對比如圖12 所示。

6 結束語

MDAS 是伴隨著網絡建設進程出現的一種新解決方案，它有效地彌補了一些傳統解決方案的不足，在密集城區中的低層住宅小區、城中村、沿街商鋪、高層酒店、寫字樓等場景建設中能充分發揮優勢，在提升網絡覆蓋的可實施性、GSM 網絡干擾控制、2G/3G網絡資源利用率等方面發揮了重要的作用。