微小區域室內信號覆蓋技術淺析

郭占濤

【摘 要】為了研究微小區域室內無線通信覆蓋的解決方案，采用分類描述和對比的方法，通過對RRU、Femtocell和微型直放站三種技術的特點進行分析，從實現方式、建設成本、使用環境以及對網絡質量的影響等方面比較了這三種技術的綜合性能，并給出了根據不同應用場景和要求的技術選擇建議。

【關鍵詞】RRU Femtocell 微型直放站 室內覆蓋

1 引言

目前，移動通信網絡覆蓋不斷地向廣度和深度發展，城市內大型區域的室內信號盲區和弱信號區的覆蓋問題已經通過建設室內分布系統基本得到解決。但是，在現有的通信網絡中，仍然存在很多室內微小區域的通信盲區和弱信號區。所謂微小區域，是指包括處于地下或半地下的小型停車場及類似生活和營業場所、建筑物密集的居民小區、相互緊靠的中高層群樓中的低層房間和離窗較遠的深度室內區域、電波傳播損耗嚴重的電梯內部等區域[1-2]。這些地方也是移動用戶生活和工作中不可缺少的活動區域，具有相當可觀的網絡需求。對于用戶和運營商來說，解決這些微小區域的通信盲區的信號覆蓋問題很有必要[3]。

除了常規的基站、直放站等室內分布系統外，目前能夠快速有效地解決微小區域室內信號覆蓋的方法主要包括TADS（Triple-networks Access Distribution System，三網接入分布式系統）、MDAS（Multiservice Distributed Access System Solution，多業務分布系統）、RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）、Femtocell（毫微微蜂窩式基站）和微型直放站等。本文將選取其中施工難度最低和部署時間最快的三種技術方案即RRU、Femtocell和微型直放站，重點對在不同情況和需求下適宜采用哪種技術方案進行探討。

2 三種解決方案的特點分析

RRU、Femtocell和微型直放站這三種覆蓋解決方案用于室內微小區域覆蓋時，各有長處與不足，顯示了各自的特點。

2.1 RRU的特點

RRU是通過光纖線纜將基站射頻處理單元拉到遠端的覆蓋目標區域，同一基站的多個射頻單元共享基帶處理單元資源池[4]。這個射頻拉遠的方式具有以下特點：

（1）與普通基站相比，RRU體積小、重量輕且對機房的要求低，能夠有效地降低選址難度和配套成本；

（2）在室內覆蓋系統中也常用一種微基站設備，但每個微基站都要解決Iub接口（RNC和Node B之間的邏輯接口）的傳輸問題，而多個RRU可以共用一個基帶池資源，這就簡化了Iub接口的傳輸問題；

（3）RRU與BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）之間只能通過現有傳輸網絡的光纖資源進行連接，每個扇區一般要占用一對裸纖，因此在缺少光纖資源的地方是無法使用RRU的。

2.2 Femtocell的特點

Femtocell又稱桌面基站[5]，是一種超小型化的基站，也是一種小容量家庭基站技術。它最巧妙之處在于利用住宅現有的寬帶接入線路（DSL、電纜Modem等）作為基站的回轉方式，借道互聯網把用戶手機發出的語音和數據呼叫傳接到移動通信運營商的基于標準接口的核心網絡（CN），這樣省去了RAN（Radio Access Network，無線接入網）與CN之間的傳輸中繼線。

Femtocell分為家庭版和企業版兩種，其工作頻段均為上行1920—1980 MHz、下行2110—2170 MHz，業務速率HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分組接入）均為7.2 Mbps、HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分組接入）均為1.44 Mbps，同為單載波。Femtocell的性能指標具體如表1所示：

家庭版Femtocell通常采取擺放或固定在家庭房間、小咖啡廳內，可采用擺放、掛墻、吊頂等方法；企業版Femtocell在大辦公室開闊區域可以直接擺放，也可以通過新建或接入現有室分系統。

Femtocell帶來的好處如下：

（1）提供高質量的移動覆蓋信號，使用戶在室內獲得優良的服務；

（2）由于Femtocell是微型基站，可以即插即用，因此方便插入現有的各種家庭寬帶網關（DSL、電纜Modem以太網、Wi-Fi等），也可以作為一個模塊內置于家庭網關產品之中；

（3）Femtocell是實現固定電話與移動電話融合的重要技術（FMC），能夠提供有線網絡的速率，移動用戶可享受相當于有線寬帶的數據業務以及有線通信的低廉價格。

2.3 微型直放站的特點

微型直放站是對普通直放站進行微型化的電路設計和結構設計后形成的專供覆蓋室內微小區域用的產品[6]。與其它室內覆蓋方式相比，微型直放站存在一系列頗有特色的優勢，具體如下：

（1）不對施主基站產生噪聲干擾；

（2）具有能明顯提高通信質量的特色功能是：

◆在覆蓋區內無用戶使用手機時，自動關閉上行放大鏈路；

◆自激監測與自動消除；

◆上下行鏈路自動平衡調試。

（3）方便攝取基站信號：當基站發射天線在視距范圍時，包括室外和室內場所，均可把施主基站信號接收下來；

（4）建網覆蓋成本低廉：安裝快速簡單，且設備可實現多次異地使用，拆卸搬遷方便。

在使用時，微型直放站一定要通過定向施主天線取得較純凈的基站信號，以保證較好的通信質量。微型直放站的主要不足是其與基站共享通信容量，不能擴展容量。

3 技術方案選擇

室內覆蓋系統主要解決覆蓋、質量和容量三大問題。由于微小區域室內環境下的容量較小，所以微小區域室內覆蓋系統主要解決的問題應該是：如何用最低的費用、最快的時間和最簡易的工程來因地制宜解決各種場景的微小區域室內信號覆蓋及通信質量問題。

根據上文對各種技術方案的工作原理和工作特點的闡述，現將微型直放站、RRU和Femtocell這三種覆蓋方式做一個綜合的性能比較，以便更好地了解它們在解決室內微小區域覆蓋應用中的優缺點[7-10]。下面將對三種技術方案在實現方式、建設成本、使用環境、對網絡質量的影響等方面進行對比，具體分別如表2至表5所示。

3.1 RRU適合光纖資源豐富地區

當今移動通信無線覆蓋技術的發展，一方面應是不斷提高設備的性能和指標以及設備適應環境的能力；另一方面也應不斷降低設備自身及運維成本。基于光纖技術的RRU設備的出現是無線網絡設備適應移動通信發展趨勢的必然結果。與傳統的宏基站相比，RRU降低了建網成本和運維成本，設備對環境的要求也大大減低，同時提供了更多的網絡覆蓋解決方案，使設備的性價比大幅度提高。RRU基帶拉遠技術的發展，使得RRU設備在很多場景可以代替宏基站和大功率直放站的應用，成為3G/4G網絡中的主流設備。

對于一些對通信質量要求較高的商住小區和辦公場所以及面積較大的室內小區，選擇RRU作信號源對室內進行信號覆蓋，這樣既可以保證信號質量，也可以根據需要擴展容量。但是與微型直放站相比，RRU除了通信質量稍占上風之外，還有以下不足之處：

（1）使用RRU存在的一個突出問題是必須在有光纖資源的地方才可以使用，而許多小區域室內環境往往缺乏光纖線路；

（2）由于RRU與BBU一定要配套，而各個廠家的接口都是不一樣且保密的，A廠的RRU一般不與B廠的BBU配套，因此RRU設備的兼容性不好；

（3）RRU作為基站主設備的組成之一，在工程建設、工程時間、工程協調、工程調試、工程成本和人員成本等一系列問題上仍略高；

（4）RRU是分布式基站，一個BBU帶若干個RRU，若基帶池BBU出現故障，則所有RRU都無法正常工作，處理故障的時間周期長。

3.2 Femtocell優缺點明顯

在家庭居住地和小型辦公室可選用Femtocell覆蓋解決方案，因為可以利用現有的寬帶接入線路作為扁平化處理基站的回轉方式。同時，Femtocell也能給用戶提供質量較好的覆蓋信號，安裝較方便。

由于Femtocell系統本身具有靈活、即插即用、自組織、自優化的特點，很大程度上降低了部署難度，因此在實際應用中，可以根據不同應用場景、用戶數、覆蓋面積和應用價值等因素確定布放的Femtocell類型。

微小區域Femtocell的適用情況如表6所示。可以看出，Femtocell主要應用在一些中小型建筑的室內熱點或者盲點區域。此外，對于一些傳統室分不易進入但有大流量業務連續覆蓋需求的特殊場景，也可以適當引入Femtocell系統進行覆蓋。

在具體應用中，應考慮Femtocell與宏峰窩網絡的相互干擾及乒乓切換等問題。一般來說，分為Femtocell小區和宏小區之間的重選與切換問題、企業級應用中多個Femtocell小區之間的重選與切換。這方面需要運營商側對Femtocell與宏小區切換、重選等設置合理的鄰區重選策略。同時，考慮到用戶使用的便捷性，在微小區域內，運營商應設法盡量減少用戶從Femtocell小區切換到宏網絡的幾率，如適當增大CS用戶2D/2F的起壓模門限、提高PS用戶業務質量門限等。

總體而言，Femtocell造價低廉且安裝簡便，但是覆蓋范圍小、支持用戶數少，干擾、同步方案較宏站更復雜，為運營和維護帶來一些不確定性風險。

3.3 微型直放站適用范圍最廣

在一般情況下，所有微小區域室內覆蓋都可以選用微型直放站覆蓋解決方案。因為在面對室內微小區域覆蓋問題時，微型直放站的優勢非常明顯：安裝快捷、工程走線方便、物業協談容易、建設周期短、建設和維護費用小、攝取基站信號容易、不會給施主基站產生噪聲干擾，并且特有的幾個特色功能可以有效提高通信質量。微型直放站覆蓋面積可以從幾十平方到1000平方左右，普通家庭、中小型辦公室以及生產、餐飲、娛樂和健身等場所都能使用。

相應地，微型直放站也存在一些不足，主要是其與施主基站共享容量資源，可能會使基站出現業務擁擠情況。此外，雖然微型直放站也支持即插即用，但是運營商需要上門提供一對一安裝服務，并且單用戶成本相對較高。

4 結束語

本文主要針對室內覆蓋施工難度最低及部署時間最快的RRU、Femtocell和微型直放站三種技術進行分析，通過比較其覆蓋性能、對網絡要求和建設成本等方面，嘗試給出了技術選擇建議。綜合來看，RRU得到比較廣泛的青睞，但是對光纖資源的要求較高；Femtocell適用于能夠接駁有線資源的室內且覆蓋范圍和用戶數不多的場景，如家庭、小型辦公室等；微型直放站具有結構簡單、投資較少和安裝方便等優點，可廣泛用于難以覆蓋的盲區和弱區，如商場、賓館、機場、碼頭、車站、體育館、娛樂廳、地鐵、隧道、高速公路、海島、電梯、城中村等場所。

對于微小區域覆蓋問題，還應因地制宜地根據不同的條件和環境進行具體測算，以達到建設成本和網絡收益的平衡。同時，為了降低技術選型難度，提高選型效率和科學性，建議下一步開發自動化軟件，可根據輸入的關鍵參數給出技術選型的偏向性指南，將有助于未來室內覆蓋工作的快速解決。

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