鐘期洪 中國電信股份有限公司廣州研究院

楊太星 中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)事業(yè)部

劉己未 中國電信股份有限公司廣州研究院

1 引言

隨著社會的發(fā)展、城市的規(guī)模擴(kuò)張，城中村以其獨(dú)有的人文環(huán)境存在于城市當(dāng)中。城中村樓房密集、巷道狹窄，俗稱“握手樓”，并且村內(nèi)人員密集、通信需求旺盛。由于城中村特殊、復(fù)雜的無線傳播環(huán)境，室外宏基站單獨(dú)覆蓋效果差，目前一般采用分布式基站（BBU+RRU）多點(diǎn)覆蓋或室外分布系統(tǒng)覆蓋方式[1]。多點(diǎn)覆蓋方式多點(diǎn)物業(yè)協(xié)調(diào)困難，傳統(tǒng)的室外分布系統(tǒng)則存在同軸饋線硬度大、施工困難、饋線容易被盜以及維護(hù)恢復(fù)成本高的缺點(diǎn)，因此城中村移動信號深度覆蓋優(yōu)化是網(wǎng)優(yōu)工作的難點(diǎn)。本文重將點(diǎn)闡述光纖-五類線分布系統(tǒng)在城中村CDMA網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋優(yōu)化的應(yīng)用方案及工程實(shí)踐。

2 基本原理

光纖-五類線分布系統(tǒng)技術(shù)源于國外，2008年左右國內(nèi)有代理產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，國內(nèi)同類產(chǎn)品則由于技術(shù)原因容易引起施主基站低噪高、產(chǎn)品故障率高，因此少有應(yīng)用[2]。但近年來隨著國內(nèi)自主研發(fā)的變頻集成電路的應(yīng)用，國內(nèi)光纖-五類線分布系統(tǒng)產(chǎn)品性能有明顯改善、價(jià)格也出現(xiàn)下降。

光纖-五類線分布系統(tǒng)主要由光主單元OC、光擴(kuò)展單元OCU、近端單元CU和遠(yuǎn)端單元RU組成。其基本工作原理如圖1所示：

圖1 光纖-五類線分布系統(tǒng)工作原理示意圖

光主單元從基站端耦合CDMA信號，電光轉(zhuǎn)換后采用數(shù)字或模擬傳輸方式，通過光纖傳輸?shù)焦鈹U(kuò)展單元，光擴(kuò)展單元實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后將射頻信號下變頻為中頻信號，然后通過五類線或超五類線中的兩對芯線將中頻信號、時(shí)鐘信號、監(jiān)控信號及遠(yuǎn)供電源信號傳輸給多個(gè)遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端單元再將中頻信號轉(zhuǎn)換成射頻信號，通過天線輻射實(shí)現(xiàn)覆蓋。

近端單元CU和光擴(kuò)展單元OCU的區(qū)別在于沒有光電轉(zhuǎn)化模塊，但具有射頻轉(zhuǎn)中頻的變頻模塊，可直接耦合基站射頻信號和遠(yuǎn)端單元RU組成純五類線分布系統(tǒng)。近端單元也可以通過射頻跳線耦合光擴(kuò)展單元OCU的射頻輸出口信號，實(shí)現(xiàn)光擴(kuò)展單元OCU和近端單元CU之間的互連。

光纖-五類線分布系統(tǒng)采用光纖、五類線或超五類線替代傳統(tǒng)的同軸饋線，實(shí)現(xiàn)移動信號的有效分布傳輸，具有小型化、微功率、組網(wǎng)靈活、布線方便的特點(diǎn)，其典型的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)分為兩種形式：“1+8”組網(wǎng)形式，即1臺光主單元并聯(lián)8臺光擴(kuò)展單元，1臺光擴(kuò)展單元并聯(lián)8臺遠(yuǎn)端單元；“1+N”組網(wǎng)形式，即1臺光擴(kuò)展單元通過射頻跳線和耦合器串聯(lián)N臺近端單元，每臺近端單元再連接1～8臺遠(yuǎn)端單元。

3 城中村應(yīng)用方案研究

3.1 無線環(huán)境特點(diǎn)

由于城中村樓房密集、巷道狹窄，無線信號衰減嚴(yán)重，因此其無線環(huán)境的典型特點(diǎn)是：村內(nèi)室外無線信號衰落快、強(qiáng)度弱，起呼較困難、易掉話、語音質(zhì)量差；室內(nèi)覆蓋差甚至無信號，難于起呼。

3.2 傳播模型及鏈路損耗

城中村無線傳播環(huán)境較為封閉，可以認(rèn)為整個(gè)城中村就是一棟巨大的建筑物，因此選取室內(nèi)傳播Chan模型[3]對城中村無線傳播鏈路損耗進(jìn)行估計(jì)。室內(nèi)傳播Chan模型是在自由空間傳播模型基礎(chǔ)上修正，增加信號傳播路徑上的穿透損耗，模型具體如下：

其中，n根據(jù)無線環(huán)境一般取2～5；d為距離（單位：km）；f為工作頻率（單位：MHz）；Lc為阻擋物的穿透損耗，其估值的準(zhǔn)確性關(guān)系到該模型的預(yù)測準(zhǔn)確性。Lc典型參考值如表1所示：

表1 常見建筑物材料在800MHz頻段的穿透損耗

城中村每棟樓房一般寬為8m～12m、縱深為16m～20m。假設(shè)外墻穿透損耗為20dB，室內(nèi)隔墻穿透損耗為15dB，則無線電波穿透一面外墻和一面室內(nèi)隔墻的鏈路損耗如表2所示：

表2 無線鏈路損耗

3.3 應(yīng)用方案

光纖-五類線分布系統(tǒng)具有小型化、微功率輸入特性，并且采用光纖和五類線互聯(lián)，組網(wǎng)靈活、布線容易、建設(shè)周期短、物業(yè)接受程度高。因此，可以使用光主單元耦合基站或RRU微功率信號，利用光纖拉遠(yuǎn)擴(kuò)展單元至城中村各區(qū)域，然后通過五類線或超五類線傳輸給多個(gè)遠(yuǎn)端單元，組成室外分布系統(tǒng)形式提升村內(nèi)移動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

（1）設(shè)備放置方式

光纖-五類線分布系統(tǒng)光主單元一般與施主基站或RRU一起放置，光擴(kuò)展單元置在易于取電的村內(nèi)樓房樓道內(nèi)，遠(yuǎn)端單元體積小，為減少RF射頻電纜傳輸損耗，置于每副天線點(diǎn)位附近。

（2）天線選擇

光纖-五類線分布系統(tǒng)遠(yuǎn)端單元輸出功率小，為便于村內(nèi)壁掛安裝，城中村內(nèi)宜選擇9dBi左右的小尺寸、輕重量、低增益的天線。此外，居住區(qū)內(nèi)天線的選擇需特別關(guān)注天線美觀性，可靈活選用美化天線，天線外觀、色彩要與周圍建筑物協(xié)調(diào)，使其不惹人注目。

（3）布局方式

光纖-五類線分布系統(tǒng)遠(yuǎn)端單元最大輸出功率15±2dBm，考慮城中村容量需求，按三載波計(jì)，則遠(yuǎn)端單元每載波輸出功率約為10dBm。假設(shè)天線增益9dBi，手機(jī)室內(nèi)接收功率-85dBm，多路徑衰落余量15dB，則系統(tǒng)允許的最大鏈路損耗約為89dB，尚不足以穿透一棟樓宇。因此，光纖-五類線分布系統(tǒng)遠(yuǎn)端在城中村布局時(shí)應(yīng)采用隔棟、交叉、掛角布點(diǎn)方式，掛高應(yīng)在樓宇中部偏下，即樓宇的3樓或4樓位置，如圖2所示：

圖2 光纖-五類線分布系統(tǒng)遠(yuǎn)端布局方式

（4）與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共線傳輸

城中村一般有較為豐富的LAN五類網(wǎng)資源線用于發(fā)展寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而根據(jù)T568A和T568B國際線序標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)接法[4]，在10BASE-T/100BASE-T數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，當(dāng)一根網(wǎng)線通過RJ45水晶頭接到網(wǎng)卡上時(shí)，其實(shí)只用了線序 為1、2、3、6的兩對芯線傳輸數(shù)據(jù)通信信號。為充分利用資源，可以再利用五類線中線序?yàn)?、5、7、8的兩對雙絞芯線傳送光纖-五類線分布系統(tǒng)中光擴(kuò)展單元與遠(yuǎn)端單元之間的中頻信號，實(shí)現(xiàn)CDMA、EV-DO移動信號和數(shù)據(jù)通信信號共線組網(wǎng)。組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：

圖3 五類線擴(kuò)展應(yīng)用組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

4 城中村深度覆蓋優(yōu)化案例

為了研究光纖-五類線分布系統(tǒng)技術(shù)性能及其在城中村深度覆蓋應(yīng)用方案的可行性，中國電信廣東公司開展了相關(guān)現(xiàn)場試驗(yàn)。

4.1 場景描述

試驗(yàn)點(diǎn)位于深圳寶安區(qū)某城中村，該村占地面積約4.3萬平方米，村中樓房密集、排列較為整齊，樓間距2m～3m，樓高6～9層，共有樓宇122棟，居住人口約3000人。

4.2 問題分析

該村主要由龍華共和新村和伍村兩個(gè)宏基站覆蓋，兩基站距離該村均較遠(yuǎn)，DT測試結(jié)果為：Rx普遍低于-80dBm，Ec/Io低于-10dB，F(xiàn)FER為3%～6%，CDMA和EV-DO無線覆蓋較差。室內(nèi)則存在嚴(yán)重的弱覆蓋、無覆蓋問題，無法滿足通話需求。

4.3 優(yōu)化方案

采用光纖-五類線分布系統(tǒng)進(jìn)行村內(nèi)深度覆蓋優(yōu)化，信源選用龍華共和新村宏基站，設(shè)備包括1臺光主單元OC、1臺光擴(kuò)展單元OCU、5臺近端單元CU和48臺遠(yuǎn)端單元RU，組網(wǎng)原理如圖4（左）所示。為減少物業(yè)協(xié)調(diào)，大部分被選擇的樓宇每棟樓均對角布設(shè)兩臺遠(yuǎn)端單元與天線，天線分布如圖4（右）所示。

4.4 優(yōu)化效果評估

（1）KPI指標(biāo)

優(yōu)化方案實(shí)施后，1X語音話務(wù)量、數(shù)據(jù)話務(wù)量及DO話務(wù)量均有較大幅度增長，1X呼叫成功率、掉話率等KPI指標(biāo)均有明顯改善。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化前后相關(guān)指標(biāo)變化如表3所示。

圖4 組網(wǎng)原理圖（左）和天線分布圖（右）

表3 網(wǎng)絡(luò)KPI指標(biāo)情況

（2）室外DT測試、室內(nèi)打點(diǎn)測試

優(yōu)化方案實(shí)施后，村內(nèi)巷道Rx普遍高于-50dBm，Ec/Io高于-6dB，CDMA和EV-DO無線覆蓋明顯改善。

（3）信源基站RSSI（接收信號強(qiáng)度指示）

五類線分布系統(tǒng)屬于有源分布系統(tǒng)，其對無線網(wǎng)絡(luò)的影響主要體現(xiàn)在引入的反向噪聲會抬升系統(tǒng)信源基站的底噪。本案例系統(tǒng)開通前后龍華共和新村信源基站主、分集RSSI趨勢如圖5所示，可見信源基站RSSI主、分集均略有提升，平均提升約在1.5dBm，影響較小。

5 應(yīng)用建議

實(shí)踐證明，光纖-五類線分布系統(tǒng)應(yīng)用于城中村場景，具有組網(wǎng)靈活、布線方便、建設(shè)周期短、物業(yè)接受程度高、較少被盜的特點(diǎn)，是解決城中村CDMA、EV-DO移動信號深度優(yōu)良覆蓋的重要方式之一。其在城中村場景應(yīng)用建議如下：

圖5 基站主、分集RSSI趨勢圖

（1）具有布放方便、無需復(fù)雜的鏈路預(yù)算、設(shè)計(jì)靈活簡單的優(yōu)點(diǎn)，但其遠(yuǎn)端單元最大輸出功率小，遠(yuǎn)端輸出功率容易在多載波擴(kuò)容時(shí)造成天線口功率受限，應(yīng)用時(shí)需有設(shè)計(jì)余量。

（2）光纖可以選用單模或多模光纖，但為了屏蔽系統(tǒng)內(nèi)、外干擾，五類線應(yīng)優(yōu)先選用五類或超五類屏蔽雙絞線。

（3）五類線饋電損耗較同軸電纜大，其百米插損約為25dB，擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端單元之間的中頻傳輸分為數(shù)字和模擬兩種方式。數(shù)字傳輸方式五類線長不宜超過100m，模擬傳輸方式五類線不宜超過150m。

（4）遠(yuǎn)端單元為有源設(shè)備，需遠(yuǎn)程供電，有源設(shè)備數(shù)量的增加，其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、供電的安全性需重點(diǎn)考慮。

[1]趙桂標(biāo). 城中村信號覆蓋解決方案探討[J]. 移動通信,2006(2): 80-82.

[2]珠海銀郵光電技術(shù)發(fā)展股份有限公司. 光纖/五類線室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方案[J]. 移動通信, 2008(22): 82-86.

[3]Kyoung Il Kim. CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[M]. 劉曉宇,等譯. 北京: 人民郵電出版社, 2000.

[4]YD/T 926.1-2001. 大樓通信綜合布線系統(tǒng) 第1部分：總規(guī)范[S]. 2001.