面向4G的室內覆蓋系統演進策略研究

【摘要】 傳統同軸電纜室內分布系統由于自身材質及技術限制，在4G建設環境下面臨高速率、高帶寬、多制式、多天線等諸多應用要求，支撐乏力，本文在分析現有分布系統面臨問題的基礎上，就室內分布系統向下一代演進的光分布方案和無源分布方案進行了探討。

【關鍵詞】 室內覆蓋系統 技術演進 4G 光纖分布系統 無源分布系統

隨著移動通信技術的快速發展，智能終端迅速普及以及海量增長的移動應用兩者互相促進，正改變著用戶的消費習慣，推動移動數據使用量呈爆炸式增長。國內各電信運營商積極建設3G、4G網絡以應對以高速移動數據為代表的移動互聯網的挑戰。據統計70%的移動數據業務發生在室內，因此如何建設室內無線覆蓋系統是各大運營商占領移動數據業務制高點的關鍵。

一、傳統室內覆蓋系統

1.1 傳統室內覆蓋系統組成

傳統室內覆蓋系統主要由信源和天饋分布系統兩部分組成，信號源所放大或產生的信號由該系統為傳輸媒介，通過天線發送到建筑物內的各個角落，達到預期的覆蓋效果。

1.2 傳統室內覆蓋系統建設現狀及存在問題

每年各運營商均投入大量人力、物力、財力建設室內覆蓋系統，室內覆蓋投資占比約達到無線網整體投資的30%，預計隨著網絡建設的深入，室內覆蓋投資在整個無線網中占比將達到70%。

由于傳統室分采用無源分布方式進行建設，目前也面臨如下問題：（1）設計復雜：傳統室分采用同軸電纜和無源器件組網，工程設計需考慮線損和耦合度，計算工作量大。（2）施工復雜：傳統室分需采用大量無源器件和接頭進行天饋線連接，對施工人員技術和體力均有較高要求。（3）業主抗拒：目前業主環保和維權意識較強，在以住宅小區為代表的個別場景，傳統分布進場難度極大。（4）維護困難：由于傳統無源分布系統不具備管理手段，設備老化、腐蝕、脫落等問題發生后網管人員無法及時感知，造成覆蓋質量變差。并且由于天饋線一般安裝在頂棚，設備維修也存在一定難度。（5）演進乏力：目前國內各運營商均有3～4種無線制式需納入室內覆蓋系統，傳統合路方式在功率和容量上無法保證多制式網絡的均衡性，并且單路分布模式也無法滿足4G提出的多收多發的天線應用方式。

二、4G室內覆蓋系統應用需求

據國內某電信運營商2014年2月統計，3G網絡CS域話務量增長是去年同時期的1-2倍，而PS域流量增長是去年同時期的2-8倍，流量增長幅度遠遠大于話務的增長幅度，因此預計以高速數據為代表的多業務綜合覆蓋網絡將是室內覆蓋系統的發展趨勢，其特點如下：（1）高速率：以微博、微信為代表的無線互聯網應用已在用戶終端中普及，“打電話”使用手機的時間在手機整體使用時間中占比逐漸變小。隨著無線數據資費的降低，無線視頻等高速無線數據業務在運營商無線數據業務中的占比將逐年加大。以LTE Rel9為例，其對室內覆蓋系統的下行數據起步要求就是100Mbps。（2）高可用：即時消息、實時語音，用戶對移動數據網絡接入的依賴性與日俱增，因此對無線接入網絡的可用性也提出了較高的要求。（3）多系統：運營商多年的建設，各個站點累計了2G、3G、WLAN網絡資源，結合即將開始的4G網絡，下一代室內分布系統將面臨多達4系統的共站建設需求。針對高鐵車站、會展中心等公共區域，還會面臨多個運營商的多套系統共站建設問題。因此多系統綜合組網將是下一代室內覆蓋系統的基本功能。（4）多天線：受限于高速數據的應用要求，WLAN 802.11N以及LTE Rel8網絡中都開始采用了多收多發（MIMO）的多天線技術，多天線也將是下一代室內覆蓋系統發展的必然趨勢。

三、覆蓋系統向下一代演進方案研究

下一代室內覆蓋系統的MIMO多天線技術應用需求對覆蓋系統演進起著關鍵性的影響。目前來看，下一代室內覆蓋系統有兩種演進方向：其一，是沿著以光纖分布系統為代表的“更新替代方案”進行演進，其二，是沿著以無源分布系統為代表的“合路改造方案”進行演進。下面將就這兩種演進方式進行詳細分析。

3.1 光纖分布系統演進方案

3.1.1 光纖分布系統簡介

光纖分布系統FDS（Fiber Distributed System）是一種以光纖承載無線信號進行傳輸和分布的解決方案，該系統充分發揮光纖承載帶寬大和傳輸損耗小的優勢，適應了電信運營商多業務運營的網絡建設需求：

目前業界有兩種光纖分布實現方案，分別是：基于RRU的xDAS方案和基于BBU的xRRU方案。xDAS光纖分布系統由近端單元、擴展單元、遠端單元組成，近端單元和擴展單元用光纖連接，擴展單元與遠端單元之間用五類線或復合光纜連接，遠端由擴展單元直接遠程供電。xRRU光纖分布系統由BBU、擴展單元、遠端單元組成，BBU和擴展單元間用光纖連接，擴展單元與遠端單元間用五類線連接，遠端單元由擴展單元直接遠程POE供電。

光纖分布系統采用樹形擴展的拓撲結構，能靈活適應不同的場景規模系統應用時，只要將不同制式的信號源統一放置于機房內，基站輸出的電信號分別輸入主單元，完成多業務信號合路和電光變換，再經光纖和擴展傳輸單元將其分布到區域內的各遠端單元，然后恢復成原來的射頻信號即可覆蓋一個特定的區域。

3.1.2 光纖分布系統的特點

光纖分布系統主要有以下特點：（1）多系統融合，可融合2G、3G、4G、WLAN、有線寬帶等多種業務。（2）降低底噪，微功率分布，改善上行覆蓋。（3）施工方便，光纖和網線作為路由，布放方便，施工便捷。（4）設計簡單，端到端設計，即插即用，遠端可調功率，系統調整、優化方便。（5）全系統監控，實現網絡拓撲各節點實時全面監控，監控粒度更精細。

3.1.3 光纖分布系統向下一代演進

目前各廠商遠端單元均內置了射頻模塊，可同時滿足2G、3G、WLAN覆蓋需求，部分產品還支持外接天線以滿足個性化場景覆蓋要求，網絡向下一代演進時，遠端、近端插入對應模塊即可。建議各運營商采購光纖分布產品時，提前預購遠端4G射頻模塊，政策條件具備后，遠端僅軟件升級即可完成4G網絡部署。endprint

3.2 無源分布系統演進方案

無源分布系統向下一代網絡演進方式分為兩類：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，在電纜側又可分為：雙纜方案和單纜變頻方案；在天線側可分為：單極化天線方案和雙極化天線方案。根據LTE試驗網的測試結果顯示，單通道實現方式的網絡性能大約比雙通道實現方式降低30%。

3.2.1 分布系統改造方案

分布系統改造建設方案有以下幾種：（1）單通道獨立新建方案：指下一代網絡獨立建設單路射頻分布系統，不實現MIMO。（2）單通道合路方案：指下一代網絡采用合路方式與現網2G/3G共用原單路射頻分布系統，不實現MIMO。（3）雙通道單極化天線獨立新建方案：指下一代網絡獨立建設兩套分布系統，天線采用單極化方式，不與原有分布系統合路。（4）雙通道單極化合路建設方案：指下一代網絡新建一路分布，合路原有分布一路，實現MIMO，天線采用單極化方式。（5）雙通道雙極化天線獨立建設方案：指下一代網絡獨立建設兩路饋線，一路天線，天線采用雙極化方式實現MIMO，不與原有分布系統合路。（6）雙通道雙極化合路建設方案：指下一代網絡新建一套饋線，合路一套饋線，替換原有天線為雙極化天線，實現MIMO。

雙通道改造方案和雙通道新建方案在設計上工作量相當，網絡建設成本改造略低，最終實現后網絡性能也相差不大，但工程實施時由于器件廠家和出廠時間的不同，兩條鏈路功率很難做到平衡，給分布系統的長期使用埋下了隱患。

單極化天線與雙極化天線對于下一代網絡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試驗網測試結果來看，二者性能相差不大，但雙極化天線的使用可在天線數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變頻技術將雙通道信號變換到不同頻率上進行合路傳輸，在天線側再將信號通過反向變頻恢復出兩路信號，從而用單條饋線實現了MIMO功能。該方案可以在現有的單通道室內分布中實現MIMO功能，降低了網絡演進的難度，但合路端和天線端有源變頻設備的引入，與無源分布系統設計初衷相悖，從而使分布系統的整體穩定性降低。

四、覆蓋系統演進策略

4.1 演進方案選取策略

對于新建室內分布系統，只需要LTE和3G系統的場景，建議采用光纖分布方式進行建設。

對于已建2G/3G室內分布系統，且進行LTE單通道建設的場景，建議采用無源分布系統改造進行建設，做到一次改造滿足多系統使用的需要。

對于已建2G/3G室內分布系統，需要進行LTE雙通道建設的場景，可適時選取新建光纖分布和新建傳統分布方式進行建設，采用雙通道分布系統建設時，需保證雙通道的一致性。

4.2 單/雙通道選取策略

對于新建室分的場景，可采用雙通道建設方案。對于已建2G/3G室分系統的場景，需根據實際情況按照以下原則選擇建設方案：現網已有分布系統的場景，一般采用單通道建設方案；對于重要性高、品牌影響力大的重點場景，如大型交通樞紐（機場、火車站和碼頭等）、大型會展中心、業務演示營業廳、城市標志性建筑等，應采用雙通道建設方案。

4.3 雙通道方案天線選取策略

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

五、總結

綜合比較兩種演進路線，光分布方案：組網靈活、施工便捷、適用性較廣，但設備的穩定性有待驗證，此方案在室內覆蓋系統演進過程中發展前景看好；傳統分布改造方案：技術成熟、應用廣泛，但系統設計、施工及后期改造均有一定難度，此方案在室內覆蓋系統演進過程中整體前景看淡。

參 考 文 獻

[1] 祁澎泳，許長峰. 無線網光纖分布系統工程應用分析[J]. 中國新通信，2013年

[2] 高澤華等. 室內分布系統規劃與設計[M]. 人民郵電出版社，2013年

[3] 沈嘉. 3GPP長期演進（LTE）技術原理與系統設計[M]. 北京郵電出版社，2008年

[4] 方深媛. WCDMA室內無線環境分析及覆蓋方案研究[M]. 電子工業出版社，2010年endprint