光纖分布系統共建共享的探討

王國虎+孔明明

【摘要】針對目前國內室分共建共享的現狀，分析了共建共享的難點，介紹了LTE光纖分布系統在共建共享的優勢，并提出了具體的實現方案。

【關鍵詞】室內分布建設共建共享光纖分布系統

一、引言

隨著移動通信技術的快速發展和Iphone等智能終端的迅速崛起，爆炸式的數據流量對現有網絡提出很高的要求。在移動通信的發展過程中，2G主要承載語音和低速的數據業務，3G承載中高速數據業務，LTE承載高速數據業務[1]，而LTE牌照的發放，并不意味著2G、3G迅速退網，未來國內移動通信網絡將面臨多家運營商超過7種制式，12個頻段多網共存的局面，給網絡建設帶來了極大的挑戰。

縱觀國內移動通信網絡建設的歷程，由于三家運營商投資戰略、技術實力、網絡資源不平衡以及商業利益等因素，各家往往進行分區域、分期的單獨網絡建設，為后期網絡建設埋下重大隱患。特別是室內分布系統各自建設，直接導致豎井管道資源緊張，物業協調困難，投資浪費嚴重等問題。

二、室分共建現狀

自2008年9月工信部和國資委下發《關于推進電信設施共建共享的緊急通知》，要求重組后的三大運營商必須“共建共享電信基礎設施”，并作為后期電信行業改革和發展的一項重點,此舉使網絡建設投資累計節省超百億。隨著政策的逐步細化，2013年4月下發的共建共享實施意見中，室內分布系統已作為必須考核的內容，體現了室分共建共享的必要性。

目前室分共建共享大多以機場、地鐵等政府強制性要求場景為主，并以POI無源合路系統為主要解決方案。而對于辦公、住宅、商場、校園、車站等場景，由于物業協調、費用分攤，運營維護，特別是存在諸多技術難點導致共建率較低，垂直傳輸資源浪費突出。

三、共建共享的技術難點

2G、3G、LTE損耗差異大，各制式覆蓋效果無法同時達到預期目標；各運營商覆蓋指標要求不同導致功率匹配困難；多頻段共存導致網間干擾協調困難，這些因素嚴重制約了室內分布系統共建共享的發展。

3.1不同頻段損耗差異大

目前國內三大運營商頻段如表1所示，FDD-LTE還未發牌照，暫不列出。

不同頻段在室內傳播相差甚遠，以CDMA800和TD-LTE為例，圖1所示為室分信號傳播模型。信源到UE的損耗主要包括：（1）分配網絡損耗；（2）自由空間傳播損耗；（3）穿透損耗。

1、分配網絡損耗

分配網絡損耗包括饋線和器件損耗，各頻段器件饋線損耗基本一致，但饋線損耗不同。CDMA800和TD-LTE兩種不同頻段在饋線中傳輸30m的損耗如表2。

2、空間損耗

以自由空間模型計算，d取10m，

LF=32.45+20lgf（MHz）+20lgd（km）（1）

CDMA800和TD-LTE損耗見表3。

3、穿透損耗

幾種常見材料的穿透損耗見表4。

以1/2饋線和混凝土墻和為例，CDMA800和TD-LTE 在室分的鏈路損耗差異累計達14.8dB，顯然，不同頻段損耗差異很大，LTE系統雙通道功率不平衡更為突出。

3.2指標要求不同功率匹配困難

仍以CDMA800和TD-LTE為例進行分析，根據業務特點，兩者邊緣場強要求不同。邊緣場強計算如式（2），

PUE=PBTS-L+GANT（2）

其中，PUE為邊緣場強，PBTS為信源導頻功率，L為鏈路損耗，GANT為天線增益。

則L=PBTS-PUE+GANT （3）

CDMA信源功率均為20W，導頻功率取10%，即2W，配置三載波，則每載波導頻功率為10lg（2W/3）=28dBm。TD-LTE帶寬20MHz，子載波1200個，則子載波導頻功率為12.2dBm。一般CDMA邊緣場強要求為-85dBm，TD-LTE為-105dBm。假設兩者天線增益等同，由式3知，使兩者均滿足邊緣場強要求的鏈路損耗差異應小于4.2dB，而實際兩者相差14.8dB。那么當滿足CDMA邊緣場強時，LTE的邊緣場強無法達標。由此可見，各制式指標要求不同導致功率匹配困難。

3.3多頻段干擾復雜

室分干擾需綜合考慮雜散、阻塞、互調，LTE的引入使干擾情況變得異常復雜。以3GPP TR25.942的確定性算法分析CDMA800和TDD-LTE的隔離度。

1、雜散隔離

雜散隔離與基站底噪和雜散指標要求有關。設雜散隔離度為MCL1，則：

MCL1=PSPU-（SR-ΔS） （4）

其中，PSPU為干擾系統雜散輻射功率限值，SR為熱噪聲，SR-ΔS為被干擾系統的干擾容限，ΔS以SR惡化0.8dB計算，通常取值7dB，這里

SR=10lg（KT0BW）+NF =-174dBm+10lg（BW）+NF

（5）

其中，K為波爾茲曼常數K=1.38×10-23J/K；T0為標準噪聲溫度T0=290K；BW為系統信道帶寬，單位Hz，NF為基站噪聲系數，一般為5dB。

CDMA和LTE的信道帶寬BW分別為1.2288MHz和18MHz，代入式（5）有兩者干擾容限分別為-115dBm和-103dBm。根據3GPP規范，CDMA800在TD-LTE（E）頻段的雜散功率限值為-13dBm/18MHz，TD-LTE（E）在CDMA800的雜散功率限值為-29dBm/1.2288MHz。代入式4，得CDMA800干擾TD-LTE的雜散隔離要求為90dB，TD-LTE對CDMA800的隔離度要求為86dB。

2、阻塞隔離

設阻塞隔離度為MCL2，則：

MCL2=PBTS-PR（6）

其中PBTS為信源發射功率，CDMA和LTE均為43dBm， PR為阻塞干擾限制電平，參考3GPP規范，可知CDMA和TD-LTE的阻塞干擾電平分別為-16dBm，16dBm。根據式6，阻塞隔離分別為59dB和27dB。

由于CDMA和TD-LTE頻段間隔較大，互調影響較小，雜散、阻塞和互調取最大值，有CDMA800干擾TD-LTE的隔離度要求大于86dB，TD-LTE干擾CDMA800的隔離度要求大于90dB。易得各個頻段之間的隔離度要求如表5：

以上僅分析了CDMA與TD-LTE的干擾問題，若考慮表5中的多系統干擾，其復雜度更高，同時對室分器件提出了很高的要求。通過多系統合路平臺（POI）的方式解決此問題往往合路損耗大、功率損失嚴重。

本文在此對光纖分布系統在共建共享中解決上述問題做簡要探討。

四、共建共享的技術難點

4.1系統架構

光纖分布系統[2]以光纖為統一傳輸介質進行組網，實現移動通信信號的分布式覆蓋。由三級拓撲結構組成，如圖2所示，包括實現各制式射頻信號接入的信號接入單元、完成組網交換功能的擴展單元和用于不同場景承載無線信號輻射的遠端覆蓋單元，以完成水平和垂直多維度分布的延伸覆蓋。

4.2共建共享優勢

（1）節省管井資源。光纖線徑小柔韌度高，便于采用光電復合纜一次性施工，實現信號傳輸和供電的同步實施，節省管井空間和物業成本、降低施工難度，縮短建設周期。特別是2013年4月1日起國家強制實施《光纖到戶工程設計規范》和《工程施工及驗收規范》，方便復用FTTH、FTTB等資源，工程實施更為便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入單元至覆蓋單元間采用全光纖承載數字信號，各制式射頻功率損耗基本為零。遠端只連接4~6面天線，使傳輸和分配損耗降低，大大縮小了不同頻率的損耗差異，同時每個制式的輸出功率可單獨調整，更易實現功率匹配。（3）降低系統干擾。微功率光分布的系統增益比傳統20W直放站小20dB，減小了上行噪聲對基站接收靈敏度的影響。通過現網驗證，當基站靈敏度惡化0.8dB時能接入直放站遠端1臺約60面天線，而光分布遠端可接入至少64臺約256面天線，功率效率大大提升。同時其采用CPRI協議進行TDM組幀方式代替射頻傳輸，保證各頻段信號在匯聚遠端之前彼此隔離，只在遠端內合路，降低了頻率間的干擾。（4）提升MIMO性能。數字化光纖傳輸使光分布可實現遠距離覆蓋和256臺遠端的組網規模，能滿足各類場景，每臺遠端均可通過后臺進行精準參數調整，有效實現覆蓋控制。尤其對于LTE雙通道建設，中移動測試表明MIMO雙通道功率差異越大對速率損失越大，光分布數字化鏈路調整使雙通道功率平衡更容易實現，從而提升MIMO性能。

五、共建共享具體實現

三級架構的光纖分布系統為共建共享的具體實施提供了可能。

首先，信號接入單元實現所有制式共同接入，可與信源共享機房，便于進行電源和網絡維護管理。光纖分布系統完成延伸覆蓋，信源只需提供容量不作覆蓋，對其發射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，擴展單元通過光纖鏈型組網和星型組網，可以靈活部署在相應目標區域，解決多種場景的覆蓋，同時有利于實現容量和覆蓋的平衡。在共建共享實施中，多制式數字信號經光纖傳輸至遠端覆蓋單元，綜合考慮各頻段在天饋系統的干擾和覆蓋單元射頻器件隔離度實現的難易程度，提出以下兩種方案實現射頻合路，共享天饋。

方案1：各制式上下行分別傳輸。

具體實現上，在覆蓋單元的射頻模塊中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四種制式的上下行分別進行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）頻段間隔小，容易產生雜散和互調干擾，因此選擇TD-SCDMA與CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同時傳輸。LTE在覆蓋單元的多工器上增加FDD-LTE雙工通道和TDD-LTE通道即可。如圖4所示。

方案2：各制式按照干擾指標歸類傳輸。

依據表5的隔離度要求將各制式歸類傳輸，覆蓋單元采用端口隔離足夠高的多工器完成濾波。其中，WCDMA與TD-SCDMA以及GSM&DCS與CDMA800兩組制式對隔離度要求較高，容易互相干擾，均分開傳輸。FDD-LTE和TDD-LTE在兩路通道同時傳輸，詳見圖5。

LTE室分系統的共建共享須考慮MIMO技術對雙通道分布的要求。若三家運營商以傳統方案獨立建設則需6套天饋，而光纖分布系統提供雙通道射頻輸出，僅需兩套天饋即可實現MIMO；且雙通道天饋的空間隔離對降低異系統間的干擾起到一定作用。

相比而言，方案1射頻模塊干擾處理比較簡單，同時更易滿足電磁兼容性要求，方案2在射頻模塊實現相對復雜，多工器的設計需考慮多個系統間上下行的隔離。在實際工程建設過程中，遠端覆蓋單元靠近天線安裝，壓縮了傳輸距離和分配級數，最大限度降低鏈路損耗差異及功率匹配難度。

六、結束語

光纖分布系統為室內分布共建共享提供了一種可行的有源解決方案。深圳國人通信有限公司已在北京國家大劇院、南京宏圖三胞研發大廈和深圳證券大廈等大型場景進行了應用。數字化處理和全光纖組網為未來共建延伸至固網寬帶甚至小區安防業務等領域，為智能化樓宇方案提供了有參考價值的統一平臺。目前光分布也面臨有源節點數量較多的問題，對系統的穩定性有很高的要求，需要運營商規范網管以提高故障響應能力。另外，共建共享的商業模式尚不完全成熟，現在普遍采用的有第三方承建并向運營商出租和三大運營商輪流承建的模式，各地實際情況復雜，還需各機構通力合作，積極探索。

參考文獻

[1]趙訓威，林輝，張明等. 3GPP長期演進（LTE）系統架構與技術規范[M]. 人民郵電出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纖分布系統及應用分析[J]. 《電信技術》，2012年，12A：35-39

4.2共建共享優勢

（1）節省管井資源。光纖線徑小柔韌度高，便于采用光電復合纜一次性施工，實現信號傳輸和供電的同步實施，節省管井空間和物業成本、降低施工難度，縮短建設周期。特別是2013年4月1日起國家強制實施《光纖到戶工程設計規范》和《工程施工及驗收規范》，方便復用FTTH、FTTB等資源，工程實施更為便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入單元至覆蓋單元間采用全光纖承載數字信號，各制式射頻功率損耗基本為零。遠端只連接4~6面天線，使傳輸和分配損耗降低，大大縮小了不同頻率的損耗差異，同時每個制式的輸出功率可單獨調整，更易實現功率匹配。（3）降低系統干擾。微功率光分布的系統增益比傳統20W直放站小20dB，減小了上行噪聲對基站接收靈敏度的影響。通過現網驗證，當基站靈敏度惡化0.8dB時能接入直放站遠端1臺約60面天線，而光分布遠端可接入至少64臺約256面天線，功率效率大大提升。同時其采用CPRI協議進行TDM組幀方式代替射頻傳輸，保證各頻段信號在匯聚遠端之前彼此隔離，只在遠端內合路，降低了頻率間的干擾。（4）提升MIMO性能。數字化光纖傳輸使光分布可實現遠距離覆蓋和256臺遠端的組網規模，能滿足各類場景，每臺遠端均可通過后臺進行精準參數調整，有效實現覆蓋控制。尤其對于LTE雙通道建設，中移動測試表明MIMO雙通道功率差異越大對速率損失越大，光分布數字化鏈路調整使雙通道功率平衡更容易實現，從而提升MIMO性能。

五、共建共享具體實現

三級架構的光纖分布系統為共建共享的具體實施提供了可能。

首先，信號接入單元實現所有制式共同接入，可與信源共享機房，便于進行電源和網絡維護管理。光纖分布系統完成延伸覆蓋，信源只需提供容量不作覆蓋，對其發射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，擴展單元通過光纖鏈型組網和星型組網，可以靈活部署在相應目標區域，解決多種場景的覆蓋，同時有利于實現容量和覆蓋的平衡。在共建共享實施中，多制式數字信號經光纖傳輸至遠端覆蓋單元，綜合考慮各頻段在天饋系統的干擾和覆蓋單元射頻器件隔離度實現的難易程度，提出以下兩種方案實現射頻合路，共享天饋。

方案1：各制式上下行分別傳輸。

具體實現上，在覆蓋單元的射頻模塊中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四種制式的上下行分別進行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）頻段間隔小，容易產生雜散和互調干擾，因此選擇TD-SCDMA與CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同時傳輸。LTE在覆蓋單元的多工器上增加FDD-LTE雙工通道和TDD-LTE通道即可。如圖4所示。

方案2：各制式按照干擾指標歸類傳輸。

依據表5的隔離度要求將各制式歸類傳輸，覆蓋單元采用端口隔離足夠高的多工器完成濾波。其中，WCDMA與TD-SCDMA以及GSM&DCS與CDMA800兩組制式對隔離度要求較高，容易互相干擾，均分開傳輸。FDD-LTE和TDD-LTE在兩路通道同時傳輸，詳見圖5。

LTE室分系統的共建共享須考慮MIMO技術對雙通道分布的要求。若三家運營商以傳統方案獨立建設則需6套天饋，而光纖分布系統提供雙通道射頻輸出，僅需兩套天饋即可實現MIMO；且雙通道天饋的空間隔離對降低異系統間的干擾起到一定作用。

相比而言，方案1射頻模塊干擾處理比較簡單，同時更易滿足電磁兼容性要求，方案2在射頻模塊實現相對復雜，多工器的設計需考慮多個系統間上下行的隔離。在實際工程建設過程中，遠端覆蓋單元靠近天線安裝，壓縮了傳輸距離和分配級數，最大限度降低鏈路損耗差異及功率匹配難度。

六、結束語

光纖分布系統為室內分布共建共享提供了一種可行的有源解決方案。深圳國人通信有限公司已在北京國家大劇院、南京宏圖三胞研發大廈和深圳證券大廈等大型場景進行了應用。數字化處理和全光纖組網為未來共建延伸至固網寬帶甚至小區安防業務等領域，為智能化樓宇方案提供了有參考價值的統一平臺。目前光分布也面臨有源節點數量較多的問題，對系統的穩定性有很高的要求，需要運營商規范網管以提高故障響應能力。另外，共建共享的商業模式尚不完全成熟，現在普遍采用的有第三方承建并向運營商出租和三大運營商輪流承建的模式，各地實際情況復雜，還需各機構通力合作，積極探索。

參考文獻

[1]趙訓威，林輝，張明等. 3GPP長期演進（LTE）系統架構與技術規范[M]. 人民郵電出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纖分布系統及應用分析[J]. 《電信技術》，2012年，12A：35-39

4.2共建共享優勢

（1）節省管井資源。光纖線徑小柔韌度高，便于采用光電復合纜一次性施工，實現信號傳輸和供電的同步實施，節省管井空間和物業成本、降低施工難度，縮短建設周期。特別是2013年4月1日起國家強制實施《光纖到戶工程設計規范》和《工程施工及驗收規范》，方便復用FTTH、FTTB等資源，工程實施更為便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入單元至覆蓋單元間采用全光纖承載數字信號，各制式射頻功率損耗基本為零。遠端只連接4~6面天線，使傳輸和分配損耗降低，大大縮小了不同頻率的損耗差異，同時每個制式的輸出功率可單獨調整，更易實現功率匹配。（3）降低系統干擾。微功率光分布的系統增益比傳統20W直放站小20dB，減小了上行噪聲對基站接收靈敏度的影響。通過現網驗證，當基站靈敏度惡化0.8dB時能接入直放站遠端1臺約60面天線，而光分布遠端可接入至少64臺約256面天線，功率效率大大提升。同時其采用CPRI協議進行TDM組幀方式代替射頻傳輸，保證各頻段信號在匯聚遠端之前彼此隔離，只在遠端內合路，降低了頻率間的干擾。（4）提升MIMO性能。數字化光纖傳輸使光分布可實現遠距離覆蓋和256臺遠端的組網規模，能滿足各類場景，每臺遠端均可通過后臺進行精準參數調整，有效實現覆蓋控制。尤其對于LTE雙通道建設，中移動測試表明MIMO雙通道功率差異越大對速率損失越大，光分布數字化鏈路調整使雙通道功率平衡更容易實現，從而提升MIMO性能。

五、共建共享具體實現

三級架構的光纖分布系統為共建共享的具體實施提供了可能。

首先，信號接入單元實現所有制式共同接入，可與信源共享機房，便于進行電源和網絡維護管理。光纖分布系統完成延伸覆蓋，信源只需提供容量不作覆蓋，對其發射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，擴展單元通過光纖鏈型組網和星型組網，可以靈活部署在相應目標區域，解決多種場景的覆蓋，同時有利于實現容量和覆蓋的平衡。在共建共享實施中，多制式數字信號經光纖傳輸至遠端覆蓋單元，綜合考慮各頻段在天饋系統的干擾和覆蓋單元射頻器件隔離度實現的難易程度，提出以下兩種方案實現射頻合路，共享天饋。

方案1：各制式上下行分別傳輸。

具體實現上，在覆蓋單元的射頻模塊中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四種制式的上下行分別進行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）頻段間隔小，容易產生雜散和互調干擾，因此選擇TD-SCDMA與CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同時傳輸。LTE在覆蓋單元的多工器上增加FDD-LTE雙工通道和TDD-LTE通道即可。如圖4所示。

方案2：各制式按照干擾指標歸類傳輸。

依據表5的隔離度要求將各制式歸類傳輸，覆蓋單元采用端口隔離足夠高的多工器完成濾波。其中，WCDMA與TD-SCDMA以及GSM&DCS與CDMA800兩組制式對隔離度要求較高，容易互相干擾，均分開傳輸。FDD-LTE和TDD-LTE在兩路通道同時傳輸，詳見圖5。

LTE室分系統的共建共享須考慮MIMO技術對雙通道分布的要求。若三家運營商以傳統方案獨立建設則需6套天饋，而光纖分布系統提供雙通道射頻輸出，僅需兩套天饋即可實現MIMO；且雙通道天饋的空間隔離對降低異系統間的干擾起到一定作用。

相比而言，方案1射頻模塊干擾處理比較簡單，同時更易滿足電磁兼容性要求，方案2在射頻模塊實現相對復雜，多工器的設計需考慮多個系統間上下行的隔離。在實際工程建設過程中，遠端覆蓋單元靠近天線安裝，壓縮了傳輸距離和分配級數，最大限度降低鏈路損耗差異及功率匹配難度。

六、結束語

光纖分布系統為室內分布共建共享提供了一種可行的有源解決方案。深圳國人通信有限公司已在北京國家大劇院、南京宏圖三胞研發大廈和深圳證券大廈等大型場景進行了應用。數字化處理和全光纖組網為未來共建延伸至固網寬帶甚至小區安防業務等領域，為智能化樓宇方案提供了有參考價值的統一平臺。目前光分布也面臨有源節點數量較多的問題，對系統的穩定性有很高的要求，需要運營商規范網管以提高故障響應能力。另外，共建共享的商業模式尚不完全成熟，現在普遍采用的有第三方承建并向運營商出租和三大運營商輪流承建的模式，各地實際情況復雜，還需各機構通力合作，積極探索。

參考文獻

[1]趙訓威，林輝，張明等. 3GPP長期演進（LTE）系統架構與技術規范[M]. 人民郵電出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纖分布系統及應用分析[J]. 《電信技術》，2012年，12A：35-39