光纤—五类线分布系统在城中村深度覆盖优化的应用

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本文摘自《移动通信》2012年第16期。作者：钟期洪 刘己未 杨太星

【摘要】文章基于光纤—五类线分布系统的基本原理，再结合城中村无线环境特点、传播模型及链路损耗，重点阐述了光纤五—类线分布系统在城中村深度覆盖优化的应用方案及工程实践。
　　【关键词】CDMA 五类线 城中村 传播模型 链路损耗
　　1 引言
　　随着社会的发展、城市的规模扩张，城中村以其独有的人文环境存在于城市当中。城中村楼房密集、巷道狭窄，俗称“握手楼”，并且村内人员密集、通信需求旺盛。由于城中村特殊、复杂的无线传播环境，室外宏基站单独覆盖效果差，目前一般采用分布式基站（BBU+RRU）多点覆盖或室外分布系统覆盖方式[1]。多点覆盖方式多点物业协调困难，传统的室外分布系统则存在同轴馈线硬度大、施工困难、馈线容易被盗以及维护恢复成本高的缺点，因此城中村移动信号深度覆盖优化是网优工作的难点。本文重将点阐述光纤—五类线分布系统在城中村CDMA网络深度覆盖优化的应用方案及工程实践。
　　2 基本原理
　　光纤—五类线分布系统技术源于国外，2008年左右国内有代理产品，价格昂贵，国内同类产品则由于技术原因容易引起施主基站低噪高、产品故障率高，因此少有应用[2]。但近年来随着国内自主研发的变频集成电路的应用，国内光纤—五类线分布系统产品性能有明显改善、价格也出现下降。
　　光纤—五类线分布系统主要由光主单元OC、光扩展单元OCU、近端单元CU和远端单元RU组成。其基本工作原理如图1所示：
　　光主单元从基站端耦合CDMA信号，电光转换后采用数字或模拟传输方式，通过光纤传输到光扩展单元，光扩展单元实现光电转换后将射频信号下变频为中频信号，然后通过五类线或超五类线中的两对芯线将中频信号、时钟信号、监控信号及远供电源信号传输给多个远端，远端单元再将中频信号转换成射频信号，通过天线辐射实现覆盖。
　　近端单元CU和光扩展单元OCU的区别在于没有光电转化模块，但具有射频转中频的变频模块，可直接耦合基站射频信号和远端单元RU组成纯五类线分布系统。近端单元也可以通过射频跳线耦合光扩展单元OCU的射频输出口信号，实现光扩展单元OCU和近端单元CU之间的互连。
　　光纤—五类线分布系统采用光纤、五类线或超五类线替代传统的同轴馈线，实现移动信号的有效分布传输，具有小型化、微功率、组网灵活、布线方便的特点，其典型的组网结构分为两种形式：“1+8”组网形式，即1台光主单元并联8台光扩展单元，1台光扩展单元并联8台远端单元；“1+N”组网形式，即1台光扩展单元通过射频跳线和耦合器串联N台近端单元，每台近端单元再连接1～8台远端单元。
　　3 城中村应用方案研究
　　3.1 无线环境特点
　　由于城中村楼房密集、巷道狭窄，无线信号衰减严重，因此其无线环境的典型特点是：村内室外无线信号衰落快、强度弱，起呼较困难、易掉话、语音质量差；室内覆盖差甚至无信号，难于起呼。
　　3.2 传播模型及链路损耗
　　城中村无线传播环境较为封闭，可以认为整个城中村就是一栋巨大的建筑物，因此选取室内传播Chan模型[3]对城中村无线传播链路损耗进行估计。室内传播Chan模型是在自由空间传播模型基础上修正，增加信号传播路径上的穿透损耗，模型具体如下：
　　3.3 应用方案
　　光纤—五类线分布系统具有小型化、微功率输入特性，并且采用光纤和五类线互联，组网灵活、布线容易、建设周期短、物业接受程度高。因此，可以使用光主单元耦合基站或RRU微功率信号，利用光纤拉远扩展单元至城中村各区域，然后通过五类线或超五类线传输给多个远端单元，组成室外分布系统形式提升村内移动网络质量。
　　（1）设备放置方式
　　光纤—五类线分布系统光主单元一般与施主基站或RRU一起放置，光扩展单元置在易于取电的村内楼房楼道内，远端单元体积小，为减少RF射频电缆传输损耗，置于每副天线点位附近。
　　（2）天线选择
　　光纤—五类线分布系统远端单元输出功率小，为便于村内壁挂安装，城中村内宜选择9dBi左右的小尺寸、轻重量、低增益的天线。此外，居住区内天线的选择需特别关注天线美观性，可灵活选用美化天线，天线外观、色彩要与周围建筑物协调，使其不惹人注目。
　　（3）布局方式
　　光纤—五类线分布系统远端单元最大输出功率15±2dBm，考虑城中村容量需求，按三载波计，则远端单元每载波输出功率约为10dBm。假设天线增益9dBi，手机室内接收功率—85dBm，多路径衰落余量15dB，则系统允许的最大链路损耗约为89dB，尚不足以穿透一栋楼宇。因此，光纤—五类线分布系统远端在城中村布局时应采用隔栋、交叉、挂角布点方式，挂高应在楼宇中部偏下，即楼宇的3楼或4楼位置，如图2所示：
　　（4）与数据业务共线传输
　　城中村一般有较为丰富的LAN五类网资源线用于发展宽带数据业务。而根据T568A和T568B国际线序标准和相关接法[4]，在10BASE—T/100BASE—T数据通信网中，当一根网线通过RJ45水晶头接到网卡上时，其实只用了线序为1、2、3、6的两对芯线传输数据通信信号。为充分利用资源，可以再利用五类线中线序为4、5、7、8的两对双绞芯线传送光纤—五类线分布系统中光扩展单元与远端单元之间的中频信号，实现CDMA、EV—DO移动信号和数据通信信号共线组网。组网结构示意图如图3所示：
　　4 城中村深度覆盖优化案例
　　为了研究光纤—五类线分布系统技术性能及其在城中村深度覆盖应用方案的可行性，中国电信广东公司开展了相关现场试验。
　　4.1 场景描述
　　试验点位于深圳宝安区某城中村，该村占地面积约4.3万平方米，村中楼房密集、排列较为整齐，楼间距2m～3m，楼高6～9层，共有楼宇122栋，居住人口约3000人。
　　4.2 问题分析
　　该村主要由龙华共和新村和伍村两个宏基站覆盖，两基站距离该村均较远，DT测试结果为：Rx普遍低于—80dBm，Ec/Io低于—10dB，FFER为3%～6%，CDMA和EV—DO无线覆盖较差。室内则存在严重的弱覆盖、无覆盖问题，无法满足通话需求。

4.3 优化方案
　　采用光纤—五类线分布系统进行村内深度覆盖优化，信源选用龙华共和新村宏基站，设备包括1台光主单元OC、1台光扩展单元OCU、5台近端单元CU和48台远端单元RU，组网原理如图4（左）所示。为减少物业协调，大部分被选择的楼宇每栋楼均对角布设两台远端单元与天线，天线分布如图4（右）所示。
　　4.4 优化效果评估
　　（1）KPI指标
　　优化方案实施后，1X语音话务量、数据话务量及DO话务量均有较大幅度增长，1X呼叫成功率、掉话率等KPI指标均有明显改善。网络优化前后相关指标变化如表3所示。
　　（2）室外DT测试、室内打点测试
　　优化方案实施后，村内巷道Rx普遍高于—50dBm，Ec/Io高于—6dB，CDMA和EV—DO无线覆盖明显改善。
　　（3）信源基站RSSI（接收信号强度指示）
　　五类线分布系统属于有源分布系统，其对无线网络的影响主要体现在引入的反向噪声会抬升系统信源基站的底噪。本案例系统开通前后龙华共和新村信源基站主、分集RSSI趋势如图5所示，可见信源基站RSSI主、分集均略有提升，平均提升约在1.5dBm，影响较小。
　　5 应用建议
　　实践证明，光纤—五类线分布系统应用于城中村场景，具有组网灵活、布线方便、建设周期短、物业接受程度高、较少被盗的特点，是解决城中村CDMA、EV—DO移动信号深度优良覆盖的重要方式之一。其在城中村场景应用建议如下：
　　（1）具有布放方便、无需复杂的链路预算、设计灵活简单的优点，但其远端单元最大输出功率小，远端输出功率容易在多载波扩容时造成天线口功率受限，应用时需有设计余量。
　　（2）光纤可以选用单模或多模光纤，但为了屏蔽系统内、外干扰，五类线应优先选用五类或超五类屏蔽双绞线。
　　（3）五类线馈电损耗较同轴电缆大，其百米插损约为25dB，扩展单元和远端单元之间的中频传输分为数字和模拟两种方式。数字传输方式五类线长不宜超过100m，模拟传输方式五类线不宜超过150m。
　　（4）远端单元为有源设备，需远程供电，有源设备数量的增加，其系统的稳定性、供电的安全性需重点考虑。
　　参考文献：
　　[1] 赵桂标. 城中村信号覆盖解决方案探讨[J]. 移动通信， 2006（2）： 80—82.
　　[2] 珠海银邮光电技术发展股份有限公司. 光纤/五类线室内分布系统覆盖方案[J]. 移动通信， 2008（22）： 82—86.
　　[3] Kyoung Il Kim. CDMA系统设计与优化[M]. 刘晓宇，等译. 北京： 人民邮电出版社， 2000.
　　[4] YD/T 926.1—2001. 大楼通信综合布线系统 第1部分：总规范[S]. 2001.