淺談光纖分布系統的應用

卓秀欽

（福建信息職業技術學院電子工程系，福建福州，350003）

淺談光纖分布系統的應用

卓秀欽

（福建信息職業技術學院電子工程系，福建福州，350003）

在LTE網絡中引入光纖分布系統,可有效解決多系統、多業務信號傳輸和分布。因此在介紹室分系統組成的基礎上，結合光纖分布系統的特點，研究了光纖分布系統一些新技術應用優勢。通過分析，得出了該分布系統在與5G技術融合、天線選擇方面的策略和建議。

MIMO；Small Cell；分布系統

0 引言

室內分布覆蓋一直是移動通信網絡建設的一個重要規劃和優化部分。目前室分系統主要有無源分布系統、光纖分布系統和（微小區）三種技術。光纖分布系統滿足多系統、多業務接入，在規劃方面，無需進行復雜的鏈路預算，在優化方面，通過網絡監控平臺實現系統輸出功率的動態調整，提高系統組網的靈活性。同時能較好地保證MIMO技術實現雙通道功率平衡輸出。5G時代大規模發展的Small Cell可以作為光分信號源融入光纖分布系統中，技術引領的光纖分布系統技術標準更好地完成向5G演進。

1 室內分布系統概述

移動通信發展到4G，主要以數據業務為中心，統計顯示70%數據業務發生在室內，目前室內大部分場所裝修復雜，且分隔結構不規則，這些容易造成分區覆蓋時難以控制到位，有些區域話務量大，業務流量集中，僅僅依靠室外的宏站難以解決這些矛盾。因此LTE（長期演進）室內覆蓋情況影響著移動用戶的感知。LTE室內主流工作頻段在E頻段（2320-2370MHz），工作頻段高，空中路徑損耗大，不可避免存在覆蓋盲區。5G網絡建設的推進，都要求進一步完善室分覆蓋系統。本文主要從光纖分布系統入手，分析它的一些基本應用。

室內覆蓋系統主要由信號源和信號分布系統兩部分組成，信號源提供基站信號，目前主要是分布式基站，它由BBU（基帶處理單元）和RRU（射頻拉遠單元）兩單元組成。分布系統將信號源傳送到室內的每一個區域，最后通過室內小型天線完成相應區域覆蓋，從而達到消除室內覆蓋盲區，完善熱點區域和深度覆蓋。分布系統有無源分布系統、有源分布系統、光纖分布系統和泄露電纜分布系統。光纖分布系統因傳輸損耗和分配損耗相對較小，適合于長距離傳輸，所以該系統被廣泛應用于城中村、大型寫字樓、居民樓等室內覆蓋系統的建設。

2 光纖分布系統

光纖數字分布系統如圖1所示，它由接入控制單元(AU)、近端擴展單元(EU)、遠端射頻單元(RU)組成，接入控制單元完成射頻信號的耦合，允許接入的射頻信源有：2G、3G、4G蜂窩移動系統、WLAN（無線局域網）和固定電話網寬帶，因此它適合多系統、多業務信號傳輸，同時將射頻信號進行數字處理轉化為光信號輸出，其中數字信號轉換過程中能支持數字噪聲抑制，盡可能減少噪聲的引入，并通過光纖與多個EU交互，最多可連接32個EU。

近端擴展單元提供多個網口/光端口分別連接遠端射頻單元，實現遠端射頻單元信號傳輸和遠程供電，擴展單元靈活放置，一般最遠距離可達100米，EU 可允許級聯，擴展單元和WLAN交換機連接,可連接多個RU，最多可達256個。

支線末端的遠端單元安裝于目標覆蓋區，可集成雙極化天線、滿足 MIMO技術應用部署需求,支持雙通道功率獨立可調輸出。遠端單元與ONU 一樣,可在樓道等處安裝,利用網線布線相對容易,可多點布放,覆蓋良好，完成數字信號與射頻信號的轉換，并提供端側的無線網絡覆蓋。RU實現熱點區域的補充覆蓋。根據需求，可部署WIFI傳感器等，擴展應用。

近端擴展單元可以接入WLAN交換機，從而可以實現小型的皮蜂窩網絡，皮蜂窩網絡由BBU、交換機和pRRU組成，因此通過網線實現pRRU按需分配，部署方便靈活。

鏈路預算簡單，傳統的計算方法需根據不同場景邊緣場強的要求，空中傳播模型而算出的路徑損耗，最后算出天線口輸出功率，光纖分布系統僅針對端到端設計，鏈路預算簡單，擴容也相對容易。

圖1 光纖網絡組網拓撲圖

除了多系統工作外,必須考慮帶寬、損耗、干擾隔離等MIMO（多入多出）實現方案，天線點的設置需要綜合考慮各種無線系統的覆蓋平衡。由于不同系統使用頻段不同,接收靈敏度不同，支持的業務也不同,需要進行覆蓋預算以及模擬測試。

系統中有源設備只有RU， RU不存在級聯問題，因此整個分布部分對系統底噪上升影響有限，若在RU中采用基帶調制解調技術，基本上對系統背景噪聲不會產生影響。

3 新技術標準

3.1 探索BBU饋入光纖分布

傳統的分布系統在不同制式網絡合路一套分布系統，一般各種制式系統信源功率不很匹配。因此采用BBU+RRU信源接入AU，由于受到接入單元電路板功率容量限制，進入接入單元時RRU功率一般要衰減40-60dB，而后在系統遠端單元RU處再放大20-30dB，由此造成了RRU 功率損失。目前BBU 可融入接入單元，這樣就減少這部分功率損失,也減少遠端單元電路放大性能的要求。如圖1所示，完整的分布系統可以是BBU+RRU完成室外覆蓋，而BBU+光纖分布系統完成室內分布覆蓋。這種組網方式與Small Cell、分布式皮站相融合，達到完美統一。

3.2 研發新型天線

LTE中為了提高數據容量，提出了多天線技術MIMO，MIMO有三種傳輸模式，在室內環境中，主要利用MIMO空間復用技術提高數據傳輸速率。 室內天線是一個制約因素，目前室分天線常見有全頻段雙極化天線和多系統同步覆蓋全向室分天線。單用戶SU-MIMO模式中要求兩天線相互獨立，有單獨的物理通道。傳統方法采用分路器將多通道的信號分路到不同樓層，采用分布天線點覆蓋樓層方式。全頻段雙極化室分天線，采用一副雙極化天線即可實現LTE MIMO，在雙通道室內分布系統中，節省一半數量的天線，降低對建筑物的破壞，克服傳統分布系統改造過程中出現的支路功率不平衡分配問題。傳統分布系統中要考慮無源器件工作特性，采用全頻段雙極化室分天線，未必能減少室分系統各信源分布系統的復雜性，而光纖分布系統接入單元信源的集成，系統末梢室分天線工作頻段的集成，進一步簡化布線工程，但是由于全頻段頻率跨度較大，會不可避免出現高低頻段覆蓋半徑不一致的問題，多系統同步覆蓋全向天線可以很好地解決這個問題，使高頻段系統覆蓋半徑相比可擴大近一倍。

下行多用戶MU-MIMO方式可以提高系統吞吐量，無法提升用戶的峰值速率，重點是完成對通道參考信號的檢測判斷，因此采用這種方式對BBU的處理能力有一定的要求，需要BBU同時處理多通道的用戶檢測。

3.3 探索光纖分布和5G的融合

近幾年大量發展的small Cell分布系統，比如華為的Lampsite，中興的Qcell系統，small Cell信源主干線上通過光纖傳輸，各支路通過光纖或網線傳輸，它是為解決室內小范圍覆蓋難題而推出的，其在網絡中的等級和功能與LTE eNB相同，它的回程是通過寬帶接入網絡，在改善室內無線信號覆蓋的同時提高網絡容量。在圖1中，寬帶固網接入點靈活，可以在擴展單元或者遠端單元，Small Cell充分利用這些回傳線路。5G的Small Cell技術將采用高頻段通信，利用大規模多陣列天線補償高頻段的路徑損耗。隨著5G網絡建設的推進，光纖分布系統正朝著與Small Cell技術融合方向推進。

3.4 室分技術室外應用。

光纖分布系統遠端單元有室內型（5W，2W），在平層通過外接無源分布系統進行室內覆蓋。室內一體化微功率型（100mW），直接放裝覆蓋，還有室外型（5W，10W），通過外接基站天線或泄露電纜

圖2 光纖網絡線狀場景覆蓋示意圖

進行用于室外或隧道場景覆蓋。如圖2應用光分布系統覆蓋高速公路。

高速公路是典型的線狀覆蓋場景，采用光纖分布系統方案，在道路邊連續設置多個微站，為了減少切換次數，如圖2所示，將虛線框內小區進行小區合并，不僅能取得良好的經濟效益和覆蓋效果。該場景下如果采用BBU+RRU分布式覆蓋，不可避免出現RRU的多級級聯，而RRU也是有源器件，容易造成系統底噪抬升。

4 結論

這種以全數字化的方式傳輸多制式系統、多業務信號的光纖分布系統，集成EPON（以太網無源光網絡）、固網和中繼器功能，是LTE室內系統有效覆蓋的一種方案，尤其是基帶信號源可以直接融入接入單元、LTE信源分信道輸入等減少了MIMO室分建設難度。新型天線的應用，保證監控完善和支路功率平衡。另外與Small Cell技術融合加強各類具體場景的深度覆蓋水平，更好的推進4G網絡的發展建設。但是由于分布系統中遠端單元是有源單元，因此必須控制其數量，以減少系統底噪抬升。

[1]董哲,王月珍.CDMA+LTE光纖分布系統網絡架構與性能分析[J].移動通信,2016，40(7):41-44.

[2]劉金科,黎建波.LTE微基站應用分析[J].移動通信,2015，39(7):32-36.

[3]丁明玲,孫震,王志中.LTE MIMO室分建設策略研究[J].移動通信,2015,39(6):13-19.

[4]何紅,雷許斌.新型光纖分布系統解決方案[J].移動通信,2013(10):41-45.

Application of optical fiber distribution system

Zhuo Xiuqin
(Department of electronic engineering, Fujian Polytechnic of Information Technology, Fujian Fuzhou，350003)

The introduction of optical fiber distribution systems in LTE networks can effectively solve the transmission and distribution of multi system and multi service signals Therefore, on the basis of introducing the composition of the subsystem, combined with the characteristics of the optical fiber distribution system, some new technologies and advantages of the optical fiber distribution system are studied Through analysis, the strategy and suggestion of the distributed system in the integration of 5G technology and antenna selection are obtained

MIMO; Small Cell; distributed system