4G室內分布系統建設難點分析與研究

李明

【摘要】在分析運營商室內覆蓋建設遇到的挑戰基礎上，通過對三類新技術光纖/五類線分布雄（基帶拉遠）、光纖/五類線分布雄（射頻拉遠）、通道變頻分布系統分析對比，結合窄巷子、城中村、高層住宅、大型酒店、高檔寫字樓、以及大型場館等具體場景特性，給出三類新技術方案的使用場景及新技術方案的發展建議。

【關鍵詞】室內分布系統；光纖分布系統；基帶拉遠；射頻拉遠；變頻分布系統

Analysis and research on the construction of 4G indoor distribution system

Li Ming

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

【Abstract】On the analysis of operators based on indoor covers the construction challenges， based on three kinds of new technology fiber/five male line distribution （baseband pull away）， optical fiber/five male line distribution channel （rf）， frequency distribution system analysis， combined with the narrow alleys， villages， high-rise residential， large hotels， high-grade office buildings， and large venues such as the specific scene features， the use of three kinds of new technology solutions is given scenario and Suggestions of the development of new technical solutions.

【Key words】Indoor distribution system；Optical fiber distribution system；Base band pull；Radiofrequency pull；Variable frequency distribution system

1. 前言

4G技術的引入可以極大地提升運營商的網絡容量和用戶體驗，但也對室內覆蓋帶來了新的挑戰，主要現在 MIMO 技術的引入需要兩路獨立的射頻鏈路進行傳輸，對室內分布系統的建設和改造帶來極大的挑戰，需要對 4G室內分布系統的傳統建設方案以及新型的解決方案進行研究。

2. 傳統室內分布系統建設的挑戰

隨著4G無線網絡建設的深入，以住宅小區、密集寫字樓、城中村為代的室內深度覆蓋場景成為各運營商關注的重點，室內分布系統作為解決室內深度的有效手段，但在深度覆蓋建設中面臨選址困難、維護困難、話務吸收不足等諸多難題，主要現在以下幾個方面：

（1）傳統室內分布質量差，存在優化問題多；

（2）在覆蓋問題上，深度覆蓋不足，信號外泄，高層信號混雜，室內外2G/3G協同性差；

（3）多網合路設計室內分布系統升級困難。以山西某運營商為例，其室內分布系統大部分都是多系統合路的分布系統，包括GSM 和 3G 合路的分布系統以及部分 GSM、3G、WLAN 合路的分布系統。無源分布系統在穩定性上要優于有源分布系統，但也存在一定的挑戰，包括優化調整難度大，系統升級困難等，對于引入4G系統的改造難度大；

（4）密集建筑群覆蓋需求激增，建設美化程度要求高，選址困難 。

面對上述挑戰，我們需要在 4G網絡的部署和運營中重點關注室內弱覆蓋、室內熱點覆蓋和室內分布系統的技術問題，給出切實可行的新型室內解決方案。

3. 4G室內覆蓋新型建設方式介紹

3.1光纖/五類線分布系統（基帶拉遠）。

3.1.1技術特點。

（1）光纖/五類線分布系統（基帶拉遠）是一種在室內進行光纖或五類線布線的新型信源系統，由主設備廠家提供（基站示意圖見圖1）。

（2）光纖/五類線分布系統（基帶拉遠）為有源系統，由主設備BBU接入合路單元DCU、RHub、pRRU構成，設備之間采用光纖或五類線連接，目前支持4G，遠期支持2G/3G/4G三模拼裝外加WLAN，可實現多制式功率自動匹配同覆蓋，并實現對所有設備的監控。

（3）光纖/五類線分布系統（基帶拉遠）它比同軸電纜（饋線）易于布放；遠端單元可以直接放裝、外接天線；不同級數的擴展單元與遠端單元相結合，便于靈活構建較大規模的分布系統。

3.1.2適用場景。

（1）在無法建設宏站或街道的高功率覆蓋需求場景具備建設相對容易的優勢。

在該區域宏站設備廠家可提供基于基帶的光拉遠設備的情況下，大型建筑群小區內、樓宇間分散布放天線的小區分布場景，在僅有4G覆蓋建設需求時，可在成本不高于射頻拉遠的光纖五類線分布系統的情況下，采用基于基帶拉遠的光纖/五類線分布系統覆蓋。

（2）針對同軸電纜部署困難、隱蔽性要求高、2/3/4G都具有較大覆蓋和容量需求的重要室內大型場景，可在多模的基帶拉遠型設備成熟后，綜合評估投資效益和業務發展預測部署室內光纖/五類線分布系統（拉遠）。

3.2光纖/五類線分布系統（射頻拉遠）。

3.2.1技術特點。

（1）以光纖/五類線為主要介質；遠端單元可以直接放裝、外接天線或者饋入末端同軸電纜分布系統；不同級數的擴展單元與遠端單元相結合，便于靈活構建較大規模的拉遠型設備。

（2）光纖/五類線分布系統（射頻）由接入單元、擴展單元和遠端單元組成。接入單元與擴展單元之間采用光纖連接，擴展單元至遠端單元之間采用光纖或網線連接。近端單元接入基站的射頻發射端，可靈活耦合2G、3G和4G多種制式（光纖/五類線分布系統框圖見圖2）。

圖2光纖/五類線分布系統框圖

（3）光纖/五類線分布系統（射頻）在無法建設宏站或街道的高功率覆蓋需求場景具備建設相對容易的優勢，且和主設備廠家沒有綁定關系，應用更為靈活。

3.2.2部署場景。

（1）光纖/五類線分布系統覆蓋（射頻）主要可應用在無法通過宏站或街道站解決的、建筑物離散的高功率需求場景、大型建筑群小區內、樓宇間分散布放天線的小區分布場景，且除4G覆蓋外也有2、3G覆蓋建設需求或若主設備廠家不提供基帶拉遠的光纖分布系統的場景。

（2）可少量應用于同軸電纜部署困難、隱蔽性要求高、2/3/4G都具有較大覆蓋需求的較大的室內的場景。

3.2.3需重點關注的問題。

（1）光纖/五類線分布系統（射頻）主要是由分布系統廠家提供有源設備組成，監控能力弱于基帶拉遠型設備和宏基站設備等，故障隱患高、存在長期使用后質量下降的問題。下帶業務量較大或使用數量較多時會引入上行干擾，應嚴格控制使用范圍并適度限制使用數量。室內覆蓋不僅要解決覆蓋需求，還要解決容量需求。未來LTE每用戶數據流量將大幅度增加，光纖/五類線分布系統（射頻）應在數據流量不大的場景下使用。

（2）射頻拉遠型的光纖/五類線分布系統支持多種制式，但在安裝后擴展難度較大，必須逐一更換遠端。因此在建設時必須明確，近期具備演進需求或擴容需求的點應慎重使用此類產品。

（3）本設備遠端為有源設備，可獨立供電或通過五類線供電，不建議應用在取電供電困難、封閉、潮濕的場景。

3.3通道變頻分布系統。

3.3.1技術特點。

3.3.1.1變頻系統通過對4G RRU的一個通道進行變頻，實現在一路天饋系統中傳輸兩路信號，達到4G雙流傳輸的目的。避免了雙路同軸電纜分布系統在改造中需要在豎井和平層重新布線的施工難度問題。

3.3.1.2變頻系統由有源合路器和有源天線組成。有源合路器支持多制式接入共用分布系統，并將一路4G變頻，利用一路分布系統傳輸4G雙流。有源天線實現反向變頻，并利用雙極化天線實現4G的雙流輸出。通過采用變頻系統，僅用一路分布系統即可實現4G雙流，將有效提升4G吞吐量（變頻分布系統改造框圖見圖3）。

3.3.1.3變頻系統需在原分布系統中替換原合路器及天線，并對新增加的有源天線進行供電，主要改造內容包括：

（1）將原系統中合路器替換為有源合路器，并根據設備支持能力及施工條件選擇供電方式，優先采用機房直流供電方式。

（2）將原系統中的天線替換為有源天線，并根據施工條件選擇供電方式，優先采用隨路供電方式。不具備隨路供電條件的場景可采用五類線單獨供電方式。隨路供電方式改造要求在有源合路器后端設置遠程供電模塊，并對分布系統中的耦合器、末端合路器、有源設備等安裝隔直流模塊，耦合器也可以通過將原耦合器替換為過流耦合器的改造方式。

（3）鑒于上述改造要求，變頻分布系統在室內分布器件集中式布放的場景下具有更好的可實施性。

3.3.2部署場景。

（1）變頻系統需要對天線、耦合器、功分器進行替換，具有一定的改造量，在某種程度上降低了現有分布系統改造支持MIMO系統的建設難度，提高了改造質量，且在變頻處理的同時，系統保留一路同軸電纜分布系統方式，可以實現網絡的高可靠性，并支持新的頻段和制式的系統引入，變頻支路也可通過模塊替換方式演進到4×4MIMO系統。

（2）變頻分布系統是對現有分布系統進行4GMIMO改造的補充建設方式，它主要適用于TD-LTE數據業務容量需求高，雙路改造實施難度大，雙路改造效果難以保證且室內分布器件集中式布放的改造場景。

3.3.3需重點關注的問題。

（1）變頻分布系統需要對每個天線替換為帶有有源變頻設備的天線，因此建設投資較大，同時由于引入了較多有源設備提高了運營維護難度。

（2）增加的有源天線都需要供電，因此對于取電困難或環境潮濕的場景不建議使用。目前變頻分布系統的生產廠家較少，產業成熟度尚待提高。

3.4新建及改造建設方式下多維度比較（見表1）。

4. 4G室內覆蓋建設難點案列分析及解決方案應用

針對傳統室分覆蓋遇到的難題，結合實際情況，我們對部分場景遇到的建設困難進行案列分析并提出相應覆蓋方式的發展建議。

4.1窄巷子、城中村、高層住宅小區深度覆蓋。

4.1.1場景特性：普遍具有低業務、建筑物相對密集等特點，主要為窄巷子、密集型棚戶區、城中村、別墅小區、多層小區、高層/環抱型小區、獨棟高層等室內外覆蓋嚴重不足的住宅區，普遍存在通話質差、話音斷續、接通率低、掉話、脫網等的問題。

4.1.2覆蓋難點：在網絡覆蓋中無覆蓋或覆蓋很差的現象，這些盲區無法通過調整現有基站天線或加站來解決。如果按照傳統的方式加裝室內分布系統，則工程造價需要很高且協調困難。

4.1.3新型解決方案：可考慮巷子兩側采用光纖分布系統+美化板狀定向天線覆蓋，通過信號反射、繞射傳播路徑對巷子兩側和棚戶區以及住宅小區進行覆蓋，能解決重點商鋪和住戶弱覆蓋，施工相對簡單、協調容易。

4.1.4案例分析：棚戶區改造。

（1）.我們以大同同煤集團棚戶區為例進行分析。

該覆蓋區總占地面積約1.5平方公里，小區超過835棟多層住宅樓，2000多個商鋪，居民總人數在30萬左右。

（2）根據棚戶區樓宇規模和人口分布情況，將棚戶區劃分成6個小區，分別為恒安新區、文瀛湖小區、同地麗園小區、同地景園小區、晉馨園小區、興秀苑6個小區，每個區域引入一套信源設備與光纖分布系統接入單元對接，擴展單元和遠端單元安裝在棚戶區室內或者外墻上，通過光電復合纜與接入單元對接，遠端單元可自帶外接美化天線和外接普通室外天線。下圖為該小區的分布系統規劃設計圖（大同同煤集團棚戶區分布系統設計圖見圖4）：

4.1.5案例分析2：高層住宅小區。

（1）我們以太原千禧龍城新居二期住宅小區為例針對高層住宅小區的覆蓋進行分析。

太原千禧龍城新居二期住宅小區由12棟33層住宅組成，室內戶型結構簡單，建筑規模較大，有地下停車場和電梯樓，間距約為50 米。下圖為該小區其中兩棟樓宇的覆蓋示意圖（太原千禧龍城新居二期分布系統覆蓋示意圖見圖5）。

（2）采取室內外協同覆蓋，10層以下在小區內部公共綠地，使用室外美化射燈天線和等室內天線組合覆蓋覆蓋電梯廳、電梯、地下室，10～20中間層采用壁掛美化天線覆蓋中層，20層以上樓頂采用射燈型定向天線下傾覆蓋中高層。結合光纖分布系統、美化天線覆蓋，可大大降低走線和物業協調的難度，實現從樓頂和地面立體覆蓋。

4.1.6網絡性能提升。

（1）通過對以上兩個案列進行測試，光纖分布系統TDL測試RS-SINR略差于傳統室分系統，測試速率略差于傳統雙路室分系統15%以內。下為不同電平下，光纖分布與傳統室分的上傳和下載速率（光纖分布與傳統室分的上傳和下載速率見表2）。

（2）并結合上述兩個案列，從10個方面對無源分布系統和光纖分布系統進行對比，如表3：

4.2大型酒店、高檔寫字樓雙路改造

場景特性：大型酒店、高檔寫字樓作為體現各省的形象的重要場所，也是各運營商市場發展的價值區域，而且此類場景經常要求建設雙路提升用戶感知，提升品牌價值和競爭力；

覆蓋難點：物業協調以及施工困難；

新型解決方案：在不改變原有分布的基礎上，通過變頻技術將 LTE的雙通道信號變到不同的頻段上進行合路傳輸，在天線端再將信號通過反向變頻恢復出兩路 4G信號，從而在一條鏈路中傳輸兩路 4G射頻信號，實現 4G的MIMO 功能。利用現網單路分布系統，通過新增或替換有源合路器、有源雙極化天線、直流饋電單元、過流耦合器等少量設備，實現樓宇的雙流覆蓋。

（1） 案例分析：寫字樓。

太原大南門某公司辦公樓共5層，現網已有2G/3G分布系統，鑒于業主拒絕大規模改造，而我們需要通過新增一路射頻鏈路實現MIMO功能，故通過變頻分布方案實現，在一層機房RRU處加裝饋電單元，并將2層的原分布系統21個單極化天線、6個耦合器改造為21個有源雙極化天線和6個饋電耦合器，下圖為該辦公寫字樓2樓改造組網圖如圖6：

（2） 網絡性能提升：

A、通過有源合路器合路4G信號和變頻單元傳輸變頻信號實現4G的MIMO功能，經過測試，并統計數據，覆蓋2層平均電平值為-71.09dBm，平均下載速率為99.51Mbps。能滿足快速建網的需求，同時改造后的室內覆蓋系統實現雙極化覆蓋，使得下載速率更加平穩，信號衰落減小，抗干擾能力增強。下為不同點位下變頻分布于傳統室分的測試對比（見表4）。

B、相對于常規雙路系統，變頻系統下行吞吐量損失在5%左右，上行吞吐量具有約10%的增益。

C、系統可監控性有了大幅提升，可以監控到每個天線狀態，工程調試簡單。

變頻系統通過精確的功率控制技術實現雙路功率誤差在3dB之內，較好地保證了功率平衡。

4.3大型場館改造：

4.3.1場景特性：大型場館主要包括體育場館、會展中心等物業類型。普遍具有建設物空間寬闊、樓層頂棚較高、結構復雜，高端用戶多、人流量大、話務突發性高且數量業務量多發等特點；

4.3.2覆蓋難點：共建共享模式下，多個運營商共用一套分布系統，多系統合路易導致系統間干擾，且物業協調以及施工困難；

新型解決方案：在不改變原有分布的基礎上，通過光纖/五類線分布系統基帶拉遠技術，解決多系統合路分布系統無法改造的困難，滿足大型場館的高容量、高功率覆蓋需求。

4.3.3案例分析：太原體育中心紅燈籠體育場。

（1）太原體育中心紅燈籠體育場位于太原晉源區，總高度55.64m，地上5層，主要有三層看臺、中心場地、看臺下方的辦公區域和各類房間等組成，建筑面積約為35萬平方米，也是整個體育中心人口密度最大的部分，容納約為66000人，框剪結構。除承擔全國大型體育賽事以及單項賽事外，可滿足日常訓練和群眾健身活動的需要（體育場覆蓋示意圖見圖7）。

使用基帶拉遠技術，在每層看上層定邊緣隔20米壁掛一個小型PRru，鑒于系統容量，將體育場劃分為16個小區，并通過pRRU聚合功能減少小區邊緣面積，降低干擾。

（2）網絡性能提升。

改造后測試，并統計數據，覆蓋平均電平值為-61.10dBm，平均下載速率為109.61Mbps。避免多系統合路改造、升級困難，同時基帶拉遠使用光纖和五類線，提高了系統的穩定性，無信號衰減，抗干擾能力增強。

5. 結束語

本文從山西某運營商室內覆蓋面臨的挑戰出發，分析了室內覆蓋對山西4G網絡部署的重要性，研究了目前室內分布系統改造和升級的主要解決方案，通過對傳統的室內分布系統覆蓋方案、變頻分布系統方案、數字光纖分布系統和光纖/五類線（基帶拉遠）技術進行分析和研究，給出了未來室內覆蓋解決方案的應用建議，為將來室內覆蓋的建設提供參考。

參考文獻

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