TD—SCDMA射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

王玉龍　李樹(shù)磊??

【摘要】由TD-SCDMA 技術(shù)本身特點(diǎn)出發(fā)，比較射頻拉遠(yuǎn)、中頻拉遠(yuǎn)、基帶光纖拉遠(yuǎn)三種拉遠(yuǎn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出在TD-SCDMA 通信系統(tǒng)中引入基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，能夠較好解決運(yùn)營(yíng)商TD-SCDMA 通信系統(tǒng)基站站址選擇、站址建設(shè)和工程施工難等問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】TD-SCDMA；射頻拉遠(yuǎn)；智能天線

Application and Development of TD - SCDMA RF Remote Technology

Wang Yu-long，Li Shu-lei

（Tianyuan Ruixin Communication Technology Co.， LtdXi'anShaanxi710075）

【Abstract】Based on the characteristics of TD-SCDMA technology， the advantages and disadvantages of three far-reaching technologies are proposed， which are introduced in the TD-SCDMA communication system to introduce the baseband fiber technology. Better solve the operator TD-SCDMA communication system base station site selection， site construction and construction problems and so on.

【Key words】TD-SCDMA；RF remote；Smart antenna

1. 前言

（1）TD-SCDMA（以下簡(jiǎn)稱TD）作為國(guó)際第三代移動(dòng)通信主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一，具有許多特色技術(shù)，比如智能天線、聯(lián)合檢測(cè)、接力切換、動(dòng)態(tài)信道分配等。第三代移動(dòng)TD通信系統(tǒng)采用的智能天線核心技術(shù)，存在天線尺寸大、饋線多、塔放外掛等問(wèn)題。TD 通信系統(tǒng)受其工作頻段2GHz 電磁波傳播特性的限制，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)宏峰基站（一套天線）的覆蓋半徑只有1～3 Km，如果是處在高樓大廈林立、樹(shù)木遮擋嚴(yán)重的城市，此覆蓋半徑還要小得多，更為嚴(yán)重的是在此覆蓋區(qū)域內(nèi)可能還會(huì)存在很多無(wú)法通信的陰影區(qū)域，因此要在一個(gè)城市內(nèi)實(shí)現(xiàn)比較好的覆蓋就必須架設(shè)大量的基站，這給城市站址選擇、站址建設(shè)和工程施工帶來(lái)極大挑戰(zhàn)，特別是在密集市區(qū)，考慮到物業(yè)談判、站址成本等因素，可用的站址資源非常有限。

（2）引入基于光纖的基帶拉遠(yuǎn)技術(shù)，通過(guò)將功放和低噪聲放大器、射頻收發(fā)信機(jī)甚至中頻單元作為遠(yuǎn)端模塊拉遠(yuǎn)至遠(yuǎn)離基站的覆蓋區(qū)，從而使室內(nèi)基帶處理單元和室外拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行了分離，室內(nèi)和室外單元之間通過(guò)光纖連接可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)5000 米的遠(yuǎn)距離拉遠(yuǎn)，大大增加覆蓋的距離，能夠較好解決TD 通信系統(tǒng)基站站址選擇、站址建設(shè)和工程施工難等問(wèn)題，滿足TD 通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際需要。基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低、組網(wǎng)靈活、覆蓋良好等好處。

2. 智能天線及天饋系統(tǒng)

智能天線是TD的最核心技術(shù)之一，具有增加覆蓋、降低干擾和提高容量等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)智能天線及天饋系統(tǒng)在實(shí)際組網(wǎng)的應(yīng)用中存在一定問(wèn)題。智能天線技術(shù)的原理是使一組天線和對(duì)應(yīng)的收發(fā)信機(jī)按照一定的方式排列和激勵(lì)，利用波的干涉原理產(chǎn)生強(qiáng)方向性的輻射方向圖。采用數(shù)字信號(hào)處理方法進(jìn)行基帶處理，使得輻射方向圖的主瓣自適應(yīng)地指向用戶來(lái)波方向，達(dá)到提高信號(hào)的載干比，降低發(fā)射功率，提高系統(tǒng)覆蓋范圍的目的。從接收的角度來(lái)看，基站利用智能天線對(duì)來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的多徑電波方向進(jìn)行波到達(dá)方向（DOA）估計(jì)，并進(jìn)行空間濾波（也稱為上行波束成型），抑制其他移動(dòng)臺(tái)和多徑干擾。從發(fā)射的角度來(lái)看，基站利用智能天線對(duì)發(fā)射信號(hào)下行波束成型，使基站發(fā)射信號(hào)能夠沿著移動(dòng)臺(tái)電波的來(lái)波方向發(fā)送回移動(dòng)臺(tái)，從而降低發(fā)射功率，減少對(duì)其他移動(dòng)臺(tái)的干擾。

智能天線及天饋系統(tǒng)由3部分硬件構(gòu)成：智能天線、塔放、饋線，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示：

2.1智能天線。

應(yīng)用在TD系統(tǒng)中的智能天線有環(huán)狀天線（全向天線）和板狀天線（定向天線）兩種，其內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要有一塊鋁合金背板，上面加裝了8行，每行8塊鋁合金貼片，然后外加天線罩。其中的一個(gè)貼片為一個(gè)陣子，陣子數(shù)量越多，單天線陣元增益越大；一行貼片為一個(gè)天線陣元，陣元越多，只能天線的增益也越大。

2.2塔放。

TD系統(tǒng)中的塔放（TPA）其實(shí)具有其他移動(dòng)通信中的下行功放和上行低噪聲放大器的兩種功能。在WCDMA和CDMA2000系統(tǒng)中，一般情況下每個(gè)扇區(qū)只有一個(gè)功率放大器，功放的額定功率在20W～40W之間。而TD系統(tǒng)中由于采用了智能天線技術(shù)，塔放數(shù)量是和天線陣元數(shù)量一致的，通常智能天線有8個(gè)天線陣元，那么就有8個(gè)塔放。

2.3饋線。

TD的智能天線有多少天線陣元，就必然有多少饋線，加上控制/電源線、標(biāo)準(zhǔn)電纜、GPS饋線等，正常情況下，3個(gè)扇區(qū)有（8+1+1）×3+1=31根電纜。電纜線徑是和電纜損耗相對(duì)應(yīng)的。線纜越粗，其百米損耗越小，現(xiàn)有設(shè)備要求塔放到天線口的損耗不大于0.5dB，那么7/8饋線可以布放7.5米，1/2饋線只能布放2.8米。對(duì)于TD系統(tǒng)而言，由于饋線多，不可能使用7/8以上的饋線，只能用1/2以下的饋線，而且饋線的柔韌性要好。

3. 拉遠(yuǎn)技術(shù)及其分類

拉遠(yuǎn)技術(shù)：是指將功放和低噪聲放大器、射頻收發(fā)信機(jī)甚至中頻單元置于遠(yuǎn)端模塊拉遠(yuǎn)至遠(yuǎn)離基站的覆蓋區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)基帶處理單元和室外無(wú)線拉遠(yuǎn)單元分離，室內(nèi)和室外單元之間通過(guò)電纜或光纖連接，可以達(dá)到增加覆蓋距離的目的。拉遠(yuǎn)技術(shù)一般分為射頻拉遠(yuǎn)、中頻拉遠(yuǎn)、基帶光纖拉遠(yuǎn)三種技術(shù)。endprint

圖2射頻拉遠(yuǎn)原理示意圖

3.1射頻拉遠(yuǎn)。

射頻拉遠(yuǎn)是最早用于解決饋線問(wèn)題的技術(shù)。射頻拉遠(yuǎn)在其室內(nèi)基帶處理單元部分完成基帶數(shù)字信號(hào)到中頻模擬信號(hào)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，并通過(guò)濾波技術(shù)將中頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)；然后在射頻前端通過(guò)光電耦合部件將射頻信號(hào)用電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)基站的射頻部分和無(wú)線信號(hào)處理部分分離，其拉遠(yuǎn)模塊包括光電耦合部件、功放設(shè)備、低噪聲放大器，從而使在遠(yuǎn)端放大信號(hào)的同時(shí)不會(huì)將噪聲同時(shí)放大。線路中傳輸2GHz 的射頻信號(hào)，使用9 根1/2 英寸或1/4 英寸的電纜，如圖2所示。

3.2中頻拉遠(yuǎn)。

中頻拉遠(yuǎn)是在射頻拉遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上，將射頻收發(fā)信機(jī)從室內(nèi)基帶處理單元中移至室外拉遠(yuǎn)模塊中，無(wú)線基站中的模擬射頻收發(fā)部分與無(wú)線基站的基帶數(shù)字信號(hào)處理部分在模擬中頻處分開(kāi)，從而形成遠(yuǎn)端射頻前端設(shè)備與室內(nèi)單元。中頻拉遠(yuǎn)技術(shù)通過(guò)基站室內(nèi)單元的模擬中頻接口，使用中頻電纜將射頻收發(fā)信機(jī)拉遠(yuǎn)至天線附近，拉遠(yuǎn)距離可以達(dá)到300 米左右，如圖3所示。

圖3中頻拉遠(yuǎn)原理示意圖

3.3基帶光纖拉遠(yuǎn)。

基帶光纖拉遠(yuǎn)，是在中頻拉遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上，將中頻單元從室內(nèi)基站主體中移至拉遠(yuǎn)模塊，如圖4所示。基帶拉遠(yuǎn)在拉遠(yuǎn)連接線上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，故可以使用光纖進(jìn)行拉遠(yuǎn)，傳輸距離一般可達(dá)5Km 以上，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端拉遠(yuǎn)（即指機(jī)房和天面不在同一個(gè)站點(diǎn)），同時(shí)也避免了由于室內(nèi)基站部分和室外塔頂單元之間通過(guò)饋線連接所帶來(lái)的工程上的不便，可以有效解決密集市區(qū)無(wú)法找到可利用的站址資源等問(wèn)題。

4. TD-SCDMA 基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)

4.1TD-SCDMA 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)采用基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的可行性。在TD 系統(tǒng)中，智能天線的使用大大提升了系統(tǒng)性能，同時(shí)也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，比較突出的如電纜數(shù)量較多。由于TD 系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，TD 基站較多都采用了拉遠(yuǎn)技術(shù)。對(duì)于同一個(gè)扇區(qū)，射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)需要使用9 根1/2 英寸或1/4英寸的電纜，這么多數(shù)量的電纜給工程施工和成本控制提出了嚴(yán)格的要求。由于中頻拉遠(yuǎn)采用的中頻同軸電纜，其拉遠(yuǎn)距離只有300 米，且隨著銅價(jià)的攀升，其建網(wǎng)成本會(huì)隨之提升；同時(shí)，采用中頻同軸電纜不便于基站部署后的調(diào)整和使用，增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。選擇基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)，使用光纖作為傳輸媒質(zhì)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)成本；同時(shí)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)5Km 的長(zhǎng)距離拉遠(yuǎn)，一定程度上緩解選址困難、工程施工難等問(wèn)題，在TD 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)揮重要作用。如表1 給出三種拉遠(yuǎn)技術(shù)的對(duì)比。

4.2TD-SCDMA 中基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在基站部署中采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)可以為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商布設(shè)TD 網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)較大的好處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)采用光纖傳輸，可以減少饋線損耗，降低功率放大器的功率要求，從而降低了基站設(shè)備成本，同時(shí)可以合理利用現(xiàn)有的光網(wǎng)絡(luò)資源。

（2）光纖的遠(yuǎn)距離和快速部署特點(diǎn)，使TD 天線的位置調(diào)整不再受基站的制約，可以依據(jù)基站周圍環(huán)境特點(diǎn)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)蜂窩結(jié)構(gòu)，大幅度節(jié)約機(jī)房資源，降低選址難度，使工程建設(shè)具有了很強(qiáng)的靈活性，加快了工程施工進(jìn)度，保障TD網(wǎng)絡(luò)快速部署，同時(shí)也降低了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的難度。

（3）通過(guò)對(duì)現(xiàn)有基站資源的合理利用和基站基帶部分的集中放置，降低基站的租賃費(fèi)用。

（4）采用光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)后可以將室外和室內(nèi)信號(hào)覆蓋統(tǒng)一考慮，有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，降低成本，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量。

4.3在TD 基站基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的選擇上，也應(yīng)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合分析，主要表現(xiàn)在以下三方面。首先，產(chǎn)品集成度有待進(jìn)一步提高。TD 采用了智能天線提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能，但由于采用了天線陣，也對(duì)RRU 的產(chǎn)品集成度提出了更高的要求。其次，功放效率的進(jìn)一步提升、功耗和散熱的改善、各種環(huán)境能力的適應(yīng)、維護(hù)工作量較大、擴(kuò)容不方便、室外設(shè)備美化要求、可靠性和穩(wěn)定性的進(jìn)一步驗(yàn)證等等。第三，大規(guī)模應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)缺少。目前國(guó)際上僅有少數(shù)運(yùn)營(yíng)商采用分布式基站進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署，關(guān)于基帶光纖拉遠(yuǎn)技術(shù)的應(yīng)用尚缺乏大規(guī)模應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，需要在實(shí)際應(yīng)用中探索。

5. 總結(jié)與展望

目前TD設(shè)備的多樣性，成熟性、成熟性和WCDMA/CDMA2000有一定差距，射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)的應(yīng)用有效的解決了這一短板現(xiàn)狀。射頻信號(hào)拉遠(yuǎn)是最為成熟、應(yīng)用最廣的技術(shù)，成為TD組網(wǎng)的主體。中頻信號(hào)拉遠(yuǎn)作為射頻信號(hào)拉遠(yuǎn)的有效補(bǔ)充，可解決密集市區(qū)機(jī)房難以獲取的場(chǎng)景。基帶信號(hào)拉遠(yuǎn)打破了常規(guī)宏蜂窩的組網(wǎng)方式，使得單基站覆蓋以及容量大大增加。

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