低功率分布系统应用综合分析

2013-09-21毕丹宏

中国科技信息 2013年3期

关键词：光纤基站电梯

毕丹宏杨军

江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210006

引言

室内分布系统可以在不增加频率资源需求的前提下显著提高网络资源利用效率、优化有线和无线资源、提高频率资源利用率、降低电磁辐射、减少室外宏站数量，降低网络建设成本[1][2]。然而，传统室分网络建设模式主要面临以下六大困境：

（1）物业协调困难，现有室分大多采用7/8馈线作为干线传播信号，线缆较粗，弯折角度较小；

（2）覆盖死角多，仅仅覆盖走廊和电梯区域，覆盖重叠区域较多，房间内的弱覆盖区较多，高中层干扰严重；

（3）实现多网合路需要对现有室分网络进行改造，并且需要考虑由于频段差异较大带来的覆盖差异问题；

（4）室内覆盖不均衡，对高速数据业务支撑能力低；

（5）大量的电能消耗和物业租赁费用成为运营商沉重负担；

（6）工程施工困难，工程周期长。

低功率分布系统是以光纤、五类线等作为传输介质，实现高带宽、全双工、线性射频放大及低损耗传输、分配的通信设备的总称。低功率室内分布系统由数字变频及信号处理主单元、扩展单元、变频及信号处理远端单元、天线以及五类线、同轴电缆和光纤组成。基本型主单元与远端天线单元之间可以采用五类线或者CATV电缆传输，五类线的长度一般不超过100m（增加延长器可延伸到170m），CATV电缆传输的距离达到300m天线单元采用同轴电缆连接天线[3]。

1 低功率分布系统优势分析

低功率室内分布系统与传统的同轴电缆室内分布系统相比在解决方案应用中具有显著的优势特点。表1给出了两者在覆盖范围、覆盖深度、入户施工难度、入户形式、信源设备、组网能力、高层覆盖效果方面的比较。

可以看出低功率分布系统的优势主要集中在以下几个方面：

（1）对信号源的要求低，降低信源设备及其建设投资

同轴电缆室内分布系统信号源基站建设方案采用大功率的基站设备，输出功率10W～20W，而采用低功率室内分布系统只需要低功率的信号源（0～10dBm）。大功率基站设备体积大、耗电高、对环境要求高（需要空调机房）、安装施工困难。

（2）采用前置低噪声放大结构，有效改善上行信号质量，提高系统性能。低功率室内分布系统从信号源到天线口的总衰减非常小，同时采用在天线附近进行低噪声接收结构，使上行信号的噪声小，降低对作为信号源的基站的干扰门限，能够有效地改善基站的接收灵敏度和覆盖范围，降低手机终端发射功率。

表1 低功率系统与传统分布系统的比较

（3）采用光纤或五类线进行传输，适应光纤接入和综合布线发展趋势，传输距离远，站址选择灵活。同轴电缆室内分布系统采用射频信号传输，传输距离严重受传输损耗的限制。低功率室内分布系统利用光纤和五类线作为传输和分布手段，适应光纤接入和综合布线发展趋势，传输距离可以达到6公里，而且和射频电缆比较它施工简单，占用空间小，基站可以远距离集中放置，机房站址选择灵活，方便网络重新规划和站址变更调整工作。

（4）系统的传输损耗低，手机终端省电，对电磁环境干扰小。同轴电缆室内分布系统采用射频信号传输，传输损耗大。而低功率室内分布系统采用中频传输，传输损耗非常小，降低了手机终端发射功率。在接收到相同信号强度的情况下，可以使手机的发射功率降低到原来的1/4到1/10，提高了手机电池的待机和通话时间。

（5）支持多系统共享接入，减少重复投资，网络升级适应能力强。低功率室内分布系统采用中频信号传输，对于不同频率的传输衰减基本保持不变，同时支持工作带宽在800MHz～2200MHz内的所有移动通信体制，支持多系统共享接入，可以将不同制式的基站集中放置在一个机房内，减少室外基站的数量和所需机房以及相应的传输、电源配套设施，从而避免重复建设投资。

2 应用场景分析

与传统的RRU、干放、天馈分布系统相比，低功率室内分布系统有着很多优势，以下给出了一些特殊场合的覆盖分析和解决方案。

城中村小区覆盖：将主单元集中放置在信源基站机房中，利用光纤线径较细、易于布防的特点，沿街走线，将线缆固定在街边楼墙壁上；同时将远端单元与室外天线共同安装，沿街覆盖（如图1所示）。利用监控功能，方便地调整和控制小区边缘天线信号强度。

图1 城中村覆盖场景

室内覆盖：主单元安装于基站处,以“低功率、多天线”为设计原则,主单元通过光缆连接扩展单元，扩展单元再通过光电混合缆连接远端单元，最终通过远端单元连接的天馈系统将信号均匀的覆盖到建筑物或家庭内部（如图2和图3所示）。

图2 楼宇室内覆盖场景

图3 家庭入户覆盖场景

电梯：采用光纤为传输介质，随电梯自己的排线移动。在电梯轿厢顶上放置定向天线，保障轿箱内信号均匀和稳定，避免电梯的隧道效应。电梯内的覆盖信号容易随电梯的移动而变化，使信号强度不随电梯轿箱的升降而变化（如图4所示）。

图4 电梯覆盖场景

小区覆盖：将主单元集中放置在信源基站机房中，利用光纤传输将扩展单元放置在小区中的不同楼宇、路灯、屋顶等区域，根据覆盖需求将远端天线单元放置到搂层（如图5所示）。利用监控功能调整和控制小区边缘天线信号强度，减少网络干扰。

图5 小区覆盖场景

大型场馆、商业场所、高校等区域覆盖解决方案：这些需要覆盖的面积大，同时具有极大的峰值容量需求，忙时、闲时容量需求差别巨大，信号源一般选用宏蜂窝基站。低功率室内分布系统采用光纤和五类线作为传输和分布手段，适应光纤接入和综合布线发展趋势，完全可以满足大型区域的覆盖要求（如图6所示）。同时，低功率分布系统采用射频容量共享，可以解决这些大型场所的话务量潮汐问题。

图6 大型商业场所覆盖场景

3 低功率系统在3G网络的应用

对于网络从2G到3G系统的升级，由于3G信号工作频段更高，在同轴电缆馈线中的传输损耗要远大于2G信号，因此采用同轴室内分布系统应对网络升级时需要将原来2W功率的干线放大器用5W的代替，才能保持覆盖半径不变，网络升级将需要对现有网络进行改造且增加建设成本；而低功率室内分布系统采用中频信号传输，对于2G网络和3G网络的信号在低功率室内分布系统中传输，其信号损耗基本一致，因此，使用低功率室内分布系统可以方便地实现网络升级，同时不因网络升级而额外增加不必要的设备和工程上的成本。

下面我们以某高层楼宇的3G室内覆盖为例进行链路预算分析。根据无线电波室内传播的Keean-Motley模型公式：

其中L1：1m处的路径损耗，

L1=32.45-30nlg10+20lgf；

r：手机到天线点的距离（km）；

f：手机到天线点的距离（km）；

p：波穿透的墙壁数；

W：墙壁衰减因子函数（dB）；

n：路径衰耗指数，一般取值2～4

天线点与终端之间的路径损耗：

根据楼宇的情况，将远端单元安装于家庭客厅内部，到达最远处卧室取15m传播损耗，3G网络占用的2000MHz频段总的路径损耗约为91dB，则最远卧室内边缘最低信号强度为10dBm-91dBm=-81dBm，满足覆盖要求。因此，采用低功率分布系统完全可以满足家庭室内覆盖的要求，实现室外有线传输、室内无线覆盖、可同时接入网络和业务平台的一体化家庭全业务覆盖方案。