面向4G的室内覆盖系统演进策略研究

【摘要】 传统同轴电缆室内分布系统由于自身材质及技术限制，在4G建设环境下面临高速率、高带宽、多制式、多天线等诸多应用要求，支撑乏力，本文在分析现有分布系统面临问题的基础上，就室内分布系统向下一代演进的光分布方案和无源分布方案进行了探讨。

【关键词】 室内覆盖系统 技术演进 4G 光纤分布系统 无源分布系统

随着移动通信技术的快速发展，智能终端迅速普及以及海量增长的移动应用两者互相促进，正改变着用户的消费习惯，推动移动数据使用量呈爆炸式增长。国内各电信运营商积极建设3G、4G网络以应对以高速移动数据为代表的移动互联网的挑战。据统计70%的移动数据业务发生在室内，因此如何建设室内无线覆盖系统是各大运营商占领移动数据业务制高点的关键。

一、传统室内覆盖系统

1.1 传统室内覆盖系统组成

传统室内覆盖系统主要由信源和天馈分布系统两部分组成，信号源所放大或产生的信号由该系统为传输媒介，通过天线发送到建筑物内的各个角落，达到预期的覆盖效果。

1.2 传统室内覆盖系统建设现状及存在问题

每年各运营商均投入大量人力、物力、财力建设室内覆盖系统，室内覆盖投资占比约达到无线网整体投资的30%，预计随着网络建设的深入，室内覆盖投资在整个无线网中占比将达到70%。

由于传统室分采用无源分布方式进行建设，目前也面临如下问题：（1）设计复杂：传统室分采用同轴电缆和无源器件组网，工程设计需考虑线损和耦合度，计算工作量大。（2）施工复杂：传统室分需采用大量无源器件和接头进行天馈线连接，对施工人员技术和体力均有较高要求。（3）业主抗拒：目前业主环保和维权意识较强，在以住宅小区为代表的个别场景，传统分布进场难度极大。（4）维护困难：由于传统无源分布系统不具备管理手段，设备老化、腐蚀、脱落等问题发生后网管人员无法及时感知，造成覆盖质量变差。并且由于天馈线一般安装在顶棚，设备维修也存在一定难度。（5）演进乏力：目前国内各运营商均有3～4种无线制式需纳入室内覆盖系统，传统合路方式在功率和容量上无法保证多制式网络的均衡性，并且单路分布模式也无法满足4G提出的多收多发的天线应用方式。

二、4G室内覆盖系统应用需求

据国内某电信运营商2014年2月统计，3G网络CS域话务量增长是去年同时期的1-2倍，而PS域流量增长是去年同时期的2-8倍，流量增长幅度远远大于话务的增长幅度，因此预计以高速数据为代表的多业务综合覆盖网络将是室内覆盖系统的发展趋势，其特点如下：（1）高速率：以微博、微信为代表的无线互联网应用已在用户终端中普及，“打电话”使用手机的时间在手机整体使用时间中占比逐渐变小。随着无线数据资费的降低，无线视频等高速无线数据业务在运营商无线数据业务中的占比将逐年加大。以LTE Rel9为例，其对室内覆盖系统的下行数据起步要求就是100Mbps。（2）高可用：即时消息、实时语音，用户对移动数据网络接入的依赖性与日俱增，因此对无线接入网络的可用性也提出了较高的要求。（3）多系统：运营商多年的建设，各个站点累计了2G、3G、WLAN网络资源，结合即将开始的4G网络，下一代室内分布系统将面临多达4系统的共站建设需求。针对高铁车站、会展中心等公共区域，还会面临多个运营商的多套系统共站建设问题。因此多系统综合组网将是下一代室内覆盖系统的基本功能。（4）多天线：受限于高速数据的应用要求，WLAN 802.11N以及LTE Rel8网络中都开始采用了多收多发（MIMO）的多天线技术，多天线也将是下一代室内覆盖系统发展的必然趋势。

三、覆盖系统向下一代演进方案研究

下一代室内覆盖系统的MIMO多天线技术应用需求对覆盖系统演进起着关键性的影响。目前来看，下一代室内覆盖系统有两种演进方向：其一，是沿着以光纤分布系统为代表的“更新替代方案”进行演进，其二，是沿着以无源分布系统为代表的“合路改造方案”进行演进。下面将就这两种演进方式进行详细分析。

3.1 光纤分布系统演进方案

3.1.1 光纤分布系统简介

光纤分布系统FDS（Fiber Distributed System）是一种以光纤承载无线信号进行传输和分布的解决方案，该系统充分发挥光纤承载带宽大和传输损耗小的优势，适应了电信运营商多业务运营的网络建设需求：

目前业界有两种光纤分布实现方案，分别是：基于RRU的xDAS方案和基于BBU的xRRU方案。xDAS光纤分布系统由近端单元、扩展单元、远端单元组成，近端单元和扩展单元用光纤连接，扩展单元与远端单元之间用五类线或复合光缆连接，远端由扩展单元直接远程供电。xRRU光纤分布系统由BBU、扩展单元、远端单元组成，BBU和扩展单元间用光纤连接，扩展单元与远端单元间用五类线连接，远端单元由扩展单元直接远程POE供电。

光纤分布系统采用树形扩展的拓扑结构，能灵活适应不同的场景规模系统应用时，只要将不同制式的信号源统一放置于机房内，基站输出的电信号分别输入主单元，完成多业务信号合路和电光变换，再经光纤和扩展传输单元将其分布到区域内的各远端单元，然后恢复成原来的射频信号即可覆盖一个特定的区域。

3.1.2 光纤分布系统的特点

光纤分布系统主要有以下特点：（1）多系统融合，可融合2G、3G、4G、WLAN、有线宽带等多种业务。（2）降低底噪，微功率分布，改善上行覆盖。（3）施工方便，光纤和网线作为路由，布放方便，施工便捷。（4）设计简单，端到端设计，即插即用，远端可调功率，系统调整、优化方便。（5）全系统监控，实现网络拓扑各节点实时全面监控，监控粒度更精细。

3.1.3 光纤分布系统向下一代演进

目前各厂商远端单元均内置了射频模块，可同时满足2G、3G、WLAN覆盖需求，部分产品还支持外接天线以满足个性化场景覆盖要求，网络向下一代演进时，远端、近端插入对应模块即可。建议各运营商采购光纤分布产品时，提前预购远端4G射频模块，政策条件具备后，远端仅软件升级即可完成4G网络部署。endprint

3.2 无源分布系统演进方案

无源分布系统向下一代网络演进方式分为两类：不支持MIMO的单通道方式和支持MIMO的双通道方式。双通道方式中，在电缆侧又可分为：双缆方案和单缆变频方案；在天线侧可分为：单极化天线方案和双极化天线方案。根据LTE试验网的测试结果显示，单通道实现方式的网络性能大约比双通道实现方式降低30%。

3.2.1 分布系统改造方案

分布系统改造建设方案有以下几种：（1）单通道独立新建方案：指下一代网络独立建设单路射频分布系统，不实现MIMO。（2）单通道合路方案：指下一代网络采用合路方式与现网2G/3G共用原单路射频分布系统，不实现MIMO。（3）双通道单极化天线独立新建方案：指下一代网络独立建设两套分布系统，天线采用单极化方式，不与原有分布系统合路。（4）双通道单极化合路建设方案：指下一代网络新建一路分布，合路原有分布一路，实现MIMO，天线采用单极化方式。（5）双通道双极化天线独立建设方案：指下一代网络独立建设两路馈线，一路天线，天线采用双极化方式实现MIMO，不与原有分布系统合路。（6）双通道双极化合路建设方案：指下一代网络新建一套馈线，合路一套馈线，替换原有天线为双极化天线，实现MIMO。

双通道改造方案和双通道新建方案在设计上工作量相当，网络建设成本改造略低，最终实现后网络性能也相差不大，但工程实施时由于器件厂家和出厂时间的不同，两条链路功率很难做到平衡，给分布系统的长期使用埋下了隐患。

单极化天线与双极化天线对于下一代网络MIMO性能的影响，主要取决于单极化天线的空间隔离度和双极化天线的极化隔离度以及天线工艺。从LTE试验网测试结果来看，二者性能相差不大，但双极化天线的使用可在天线数量上较单极化天线减少一半。

3.2.2 通道变频方案

通道变频方案指的是通过变频技术将双通道信号变换到不同频率上进行合路传输，在天线侧再将信号通过反向变频恢复出两路信号，从而用单条馈线实现了MIMO功能。该方案可以在现有的单通道室内分布中实现MIMO功能，降低了网络演进的难度，但合路端和天线端有源变频设备的引入，与无源分布系统设计初衷相悖，从而使分布系统的整体稳定性降低。

四、覆盖系统演进策略

4.1 演进方案选取策略

对于新建室内分布系统，只需要LTE和3G系统的场景，建议采用光纤分布方式进行建设。

对于已建2G/3G室内分布系统，且进行LTE单通道建设的场景，建议采用无源分布系统改造进行建设，做到一次改造满足多系统使用的需要。

对于已建2G/3G室内分布系统，需要进行LTE双通道建设的场景，可适时选取新建光纤分布和新建传统分布方式进行建设，采用双通道分布系统建设时，需保证双通道的一致性。

4.2 单/双通道选取策略

对于新建室分的场景，可采用双通道建设方案。对于已建2G/3G室分系统的场景，需根据实际情况按照以下原则选择建设方案：现网已有分布系统的场景，一般采用单通道建设方案；对于重要性高、品牌影响力大的重点场景，如大型交通枢纽（机场、火车站和码头等）、大型会展中心、业务演示营业厅、城市标志性建筑等，应采用双通道建设方案。

4.3 双通道方案天线选取策略

优选单极化天线，两个单极化天线间距应保证不低于4λ（约为0.6米），在有条件的场景尽量采用10λ以上间距（约为1.5米）。在单极化隔离距离难以实施或者物业抵触增加天线的场景下，可使用双极化天线进行覆盖。

五、总结

综合比较两种演进路线，光分布方案：组网灵活、施工便捷、适用性较广，但设备的稳定性有待验证，此方案在室内覆盖系统演进过程中发展前景看好；传统分布改造方案：技术成熟、应用广泛，但系统设计、施工及后期改造均有一定难度，此方案在室内覆盖系统演进过程中整体前景看淡。

参 考 文 献

[1] 祁澎泳，许长峰. 无线网光纤分布系统工程应用分析[J]. 中国新通信，2013年

[2] 高泽华等. 室内分布系统规划与设计[M]. 人民邮电出版社，2013年

[3] 沈嘉. 3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M]. 北京邮电出版社，2008年

[4] 方深媛. WCDMA室内无线环境分析及覆盖方案研究[M]. 电子工业出版社，2010年endprint