新一代高性能室內(nèi)分布接入系統(tǒng)解決方案

摘要　本文針對現(xiàn)有無線移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)存在的問題和3G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，提出了新一代高性能移動通信網(wǎng)絡(luò)綜合室內(nèi)覆蓋解決方案（第三代無線信號室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)方案，簡稱3D室內(nèi)分布系統(tǒng)），并給出了3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的技術(shù)特點與優(yōu)勢分析，同時給出了幾種特定場合的解決方案，并簡要給出了該系統(tǒng)技術(shù)方案在國際國內(nèi)的成功應(yīng)用案例介紹。

1、背景

室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在不增加頻率資源需求的情況下大大改善網(wǎng)絡(luò)信號在建筑物內(nèi)的覆蓋。應(yīng)用室內(nèi)分布系統(tǒng)，能夠顯著提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率，強化無線接入應(yīng)用，優(yōu)化有線和無線通信資源，提高無線電頻率資源的利用率，降低無線電輻射，改善電磁環(huán)境，減少室外基站數(shù)量，改善城市景觀，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

在移動通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)發(fā)展初期，為了在節(jié)省成本的前提下改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，采用了直放站來延伸基站的信號覆蓋，同時，為了改善基站接收性能，采用了塔頂（低噪聲）放大器。直放站和塔頂放大器作為第一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的室外、室內(nèi)覆蓋解決方案在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮了積極的作用。

隨著移動通信用戶的飛速增加，移動用戶在室內(nèi)的通信要求越來越高，提高移動通信網(wǎng)絡(luò)在建筑物內(nèi)的信號覆蓋質(zhì)量問題越來越突出。由于現(xiàn)代都市中建筑物的影響，不同基站的信號通過直射、折射、反射、繞射等方式進(jìn)入室內(nèi)后，室內(nèi)的信號忽強忽弱不穩(wěn)定，同頻、鄰頻干擾嚴(yán)重，導(dǎo)致移動網(wǎng)中的手機終端在未通話時小區(qū)重選頻繁，通話過程中頻繁切換，話音質(zhì)量差，掉話現(xiàn)象嚴(yán)重。

為了改善移動通信網(wǎng)絡(luò)在室內(nèi)的通信效果，人們大量采用了以同軸電纜為傳輸介質(zhì)、以基站射頻信號直接放大的方法解決室內(nèi)信號覆蓋問題，此類解決方案為了實現(xiàn)建筑物，尤其是大型場館的室內(nèi)覆蓋，一般采用大功率的基站作信號源，使用干線放大器補償同軸電纜對射頻信號的損耗，使得噪聲引入嚴(yán)重，尤其是上行信號的噪聲。上行信號噪聲的引入將直接影響基站的接收靈敏度和覆蓋范圍，降低CDMA系統(tǒng)的用戶容量；同時，同軸電纜的損耗使耗電增加、基站不能遠(yuǎn)距離放置、大量同軸電纜布放施工困難等問題非常突出。

目前中國已經(jīng)建立了多種移動通信制式的網(wǎng)絡(luò)，包括GSM900、GSM1800、CDMA800、CDMA1900、CDMA2000 1X、PHS、WLAN等不同制式的移動通信網(wǎng)絡(luò)，同時還建立了WCDMA和TD-SCDMA的試驗網(wǎng)，并即將面臨3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)問題。多網(wǎng)建設(shè)重復(fù)投資嚴(yán)重、施工困難，統(tǒng)一解決多種網(wǎng)絡(luò)共享建筑物室內(nèi)的覆蓋問題成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)者的難題�，F(xiàn)有同軸電纜傳輸室內(nèi)覆蓋解決方案，由于對不同頻率信號的傳輸損耗差異性非常大，難以滿足多種無線通信網(wǎng)絡(luò)同時接入的統(tǒng)一平臺要求；同時，其在室內(nèi)分布系統(tǒng)中的傳輸損耗大使得信號源引接功率大、高功率的射頻信號在分布系統(tǒng)中傳輸時的電磁輻射大、用戶終端發(fā)射功率大、投資控制與實施協(xié)調(diào)難度大等問題突出。

針對上述問題，東方信聯(lián)推出了一套全新的高性能室內(nèi)分布接入系統(tǒng)解決方案，即第三代無線信號室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)解決方案，簡稱3D室內(nèi)分布系統(tǒng)。

2、方案描述

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)是東方信聯(lián)利用國際先進(jìn)、成熟商用的技術(shù)，開發(fā)完成的一套全新的高性能綜合無線信號室內(nèi)分布系統(tǒng)解決方案。該方案改變現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)射頻直放傳輸方式，利用變頻技術(shù)采用中頻傳輸方式實現(xiàn)信號的室內(nèi)分布，具有技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計簡單、工程施工方便、網(wǎng)絡(luò)運行監(jiān)控管理完善、網(wǎng)絡(luò)升級能力強、網(wǎng)絡(luò)運行安全可靠等顯著特點。

2.1　3D室內(nèi)分布系統(tǒng)方案組成

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)由以下部件組成：變頻及信號處理主單元（具有兩種類型：基本型和擴展型）、擴展單元、變頻及信號處理遠(yuǎn)端單元（遠(yuǎn)端天線單元）、天線以及五類線、同軸電纜和光纖。該系統(tǒng)針對建筑物室內(nèi)覆蓋需求的規(guī)模設(shè)計了兩種應(yīng)用組網(wǎng)結(jié)構(gòu)：單星組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和多星組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其中單星組網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)由基本型主單元、遠(yuǎn)端天線單元、五類線、同軸電纜和天線組成。一個基本型主單元可接多個遠(yuǎn)端天線單元及天線，方案組成與應(yīng)用如圖1所示，基本型主單元與遠(yuǎn)端天線單元之間可以采用五類線傳輸，五類線的長度一般不超過100m（增加延長器可延伸到170m），遠(yuǎn)端天線單元采用同軸電纜連接天線。

圖1

多星組網(wǎng)方案結(jié)構(gòu)由擴展型主單元、擴展單元、遠(yuǎn)端天線單元、五類線、同軸電纜跳線和天線組成。一個擴展型主單元可接多個擴展單元，每個擴展單元可接多個遠(yuǎn)端天線單元，方案組成與應(yīng)用如圖2所示。擴展型主單元和擴展單元采用光纖連接，如果采用多模光纖，光纖的長度一般不超過1.5km，如果采用單模光纖，光纖的傳輸距離一般不超過6km；擴展單元與遠(yuǎn)端天線單元之間可以采用五類線連接，五類線的長度要求一般不超過100m（通過延長器可達(dá)到170m），遠(yuǎn)端天線單元采用同軸電纜連接天線。

2.2　3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的方案特點

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)與傳統(tǒng)的同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)相比在解決方案應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢特點。

（1）對信號源的要求低，降低信源設(shè)備及其建設(shè)投資

傳統(tǒng)的同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)信號源基站建設(shè)方案一般采用大功率的基站設(shè)備，輸出功率10～20W，而采用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)只需要微功率的信號源（0～10dBm），大大節(jié)約信號源基站的采購成本，同時，大功率基站設(shè)備體積大、耗電高（一般在2千瓦）、對環(huán)境要求高（需要空調(diào)機房）、安裝施工困難。使用微功率基站體積減少50%，總耗電（加上室內(nèi)分布系統(tǒng)）減少50%，安裝施工簡單。

圖2

（2）系統(tǒng)的傳輸損耗低，手機終端省電，對電磁環(huán)境干擾小

同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)采用射頻信號傳輸，傳輸損耗大。而3D室內(nèi)分布系統(tǒng)采用中頻傳輸，傳輸損耗非常小，降低了手機終端發(fā)射功率。在接收到相同信號強度的情況下，可以使手機的發(fā)射功率降低到原來的1/4到1/10，大大降低了電磁污染及其對人體的影響，提高手機電池的待機和通話時間。

（3）采用光纖與五類線傳輸，適應(yīng)光纖接入和綜合布線發(fā)展趨勢，傳輸距離遠(yuǎn)，站址選擇靈活

同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)采用射頻信號傳輸，傳輸距離嚴(yán)重受傳輸損耗的限制。3D室內(nèi)分布系統(tǒng)利用光纖和五類線作為傳輸和分布手段，適應(yīng)光纖接入和綜合布線發(fā)展趨勢，傳輸距離可以達(dá)到6公里，而且和射頻電纜比較它施工簡單，占用空間小，基站可以遠(yuǎn)距離集中放置，機房站址選擇靈活，方便網(wǎng)絡(luò)重新規(guī)劃和站址變更調(diào)整工作。

（4）采用前置低噪聲放大結(jié)構(gòu)，有效改善上行信號質(zhì)量，提高系統(tǒng)性能

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)從信號源到天線口的總衰減非常小，同時采用在天線附近進(jìn)行低噪聲接收結(jié)構(gòu)，使上行信號的噪聲小，降低對作為信號源的基站的干擾門限，能夠有效地改善基站的接收靈敏度和覆蓋范圍，降低手機終端發(fā)射功率，提高CDMA系統(tǒng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的用戶接入容量。

（5）支持多系統(tǒng)共享接入，減少重復(fù)投資，網(wǎng)絡(luò)升級適應(yīng)能力強

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)采用中頻信號傳輸，對于不同頻率的傳輸衰減基本保持不變，同時支持工作帶寬在800MHz～2200MHz內(nèi)的所有移動通信體制，支持多系統(tǒng)共享接入，可以將不同制式的基站集中放置在一個機房內(nèi)，減少室外基站的數(shù)量和所需機房以及相應(yīng)的傳輸、電源配套設(shè)施，從而避免重復(fù)建設(shè)投資，網(wǎng)絡(luò)升級適應(yīng)能力強。

（6）具有統(tǒng)一完善的集中網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)運行安全可靠性高，節(jié)省運維費用

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)具有強大的集中網(wǎng)管監(jiān)控能力，可以實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程集中監(jiān)控到每一個天線的信號工作狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)運行安全可靠性高，維護(hù)和優(yōu)化方便，結(jié)合基站的集中放置使得我們能夠?qū)θ萘考�中進(jìn)行規(guī)劃，調(diào)整容量也很方便，只需通過跳線調(diào)整。當(dāng)某個小區(qū)負(fù)荷過大時，可及時將閑置的扇區(qū)/基站的射頻信號源跳線接入到連接這個小區(qū)的3D光纖多系統(tǒng)綜合接入系統(tǒng)的主單元；當(dāng)某些小區(qū)資源閑置時，可及時把冗余的扇區(qū)/基站轉(zhuǎn)移到急需擴容的地方，基站集中放置，可以減少基站站址數(shù)量，可以有效地提高后期管理和維護(hù)效率，降低維護(hù)成本。

（7）具有環(huán)保和節(jié)能特色

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)采用的材料是價格低廉的光纖和5/6類網(wǎng)線，在目前銅金屬短缺的市場環(huán)境下會更具有生命力；減少了基站站址數(shù)量和多系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)；可以有效降低手機發(fā)射功率，使手機做到真正的綠色環(huán)保，電磁輻射低，大大節(jié)約用電，減少對環(huán)境的破壞，使資源利用率最大化，符合建設(shè)節(jié)約型社會的原則。

3、3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用解決方案

在一些特色場合應(yīng)用中，3D室內(nèi)分布系統(tǒng)與傳統(tǒng)的同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)相比具有無可比擬的優(yōu)勢，下面簡要給出了利用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)勢對幾個特色場合的信號覆蓋問題的應(yīng)用解決方案。

3.1　電梯覆蓋解決方案

電梯內(nèi)的覆蓋信號容易隨電梯的移動而變化。

利用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)備小巧、線纜細(xì)軟，容易安裝與布放的特點，將室內(nèi)覆蓋天線放置在電梯轎箱內(nèi)隨電梯移動，保障轎箱內(nèi)信號均勻，使信號強度不隨電梯轎箱的升降而變化；同時利用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)完善的監(jiān)控，調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端天線單元的輸出功率，嚴(yán)格控制覆蓋信號的強度，滿足電磁環(huán)境的需求。此方案性能優(yōu)越，施工簡單快捷。

3.2　醫(yī)院覆蓋解決方案

醫(yī)院對電磁輻射干擾要求高，需要特別考慮解決電磁輻射對手術(shù)室、大型醫(yī)療設(shè)備等設(shè)施的干擾問題。

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)具有的特點特別適應(yīng)于醫(yī)院的室內(nèi)覆蓋要求：采用小功率的信號源，中頻小功率傳輸，對樓層室內(nèi)天線的布放采用低功率、多天線原則，降低天線口的發(fā)射功率，用戶終端發(fā)射功率小，電磁輻射��；對于電磁環(huán)境要求嚴(yán)格的特殊區(qū)域，如手術(shù)室、有重要設(shè)備的醫(yī)療室等，利用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)完善的監(jiān)控系統(tǒng)，采用獨立的擴展單元或遠(yuǎn)端天線單元進(jìn)行覆蓋，特殊的情況下可以通過監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)整其信號強度，或者可以隨時關(guān)閉/開啟這些區(qū)域的信號覆蓋。

3.3　大型場館覆蓋解決方案

大型場館需要覆蓋的面積大，同時具有極大的峰值容量需求，忙時、閑時容量需求差別巨大，信號源一般選用宏蜂窩基站。

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)特別適合解決大型場館的室內(nèi)覆蓋應(yīng)用。它采用光纖和五類線作為傳輸和分布手段，適應(yīng)光纖接入和綜合布線發(fā)展趨勢，具有安裝快速、便捷的特點；同時信號在光纜中傳輸損耗小，天線能夠遠(yuǎn)離機房進(jìn)行安裝，多個小區(qū)的信號源設(shè)備可以放置在同一個機房，節(jié)約機房數(shù)量；具有很強的擴展性，對容量調(diào)整容易方便：擴容時只需通過跳線在機房內(nèi)增加信號源的輸入，容量冗余時只需通過跳線從機房內(nèi)撤出相應(yīng)的信號源；具有完善的監(jiān)控功能，能夠有效地提高后期管理和維護(hù)效率，降低維護(hù)成本等。從信號源、分布系統(tǒng)、維護(hù)成本等多方面考慮，不僅具有性能優(yōu)越的特點，而且能夠降低系統(tǒng)的總體造價，具有較高的性價比。

3.4　小區(qū)覆蓋解決方案

小區(qū)環(huán)境具有網(wǎng)絡(luò)信號復(fù)雜、信號幅度起伏大、工程施工協(xié)調(diào)難度大、環(huán)境美化要求高等特點。

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用特點特別適用于高話務(wù)的密集鬧市區(qū)和大型集會區(qū)，包括各種室內(nèi)場館和室外商業(yè)街、步行街、小區(qū)等。3D室內(nèi)分布系統(tǒng)采用光纖和五類線傳輸布網(wǎng)克服了粗大的同軸電纜布放問題，安裝快速、便捷，施工、協(xié)調(diào)容易；利用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)多分區(qū)覆蓋特點有效地解決了小區(qū)覆蓋用戶容量的問題；小功率信號源可以使各種制式的微功率基站集中放置，能夠大大降低機房及配套設(shè)施建設(shè)成本；利用完善的網(wǎng)管監(jiān)控能力、采用動態(tài)容量調(diào)配的設(shè)計思路可以靈活有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源，方便地調(diào)整和控制小區(qū)邊緣天線信號強度，改善電磁干擾；3D室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)備小巧、線纜細(xì)軟、布放方便，易于環(huán)境美化。

3.5　網(wǎng)絡(luò)升級解決方案

網(wǎng)絡(luò)升級最大的問題是室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)如何方便地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級、現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施能否滿足網(wǎng)絡(luò)升級對信號覆蓋質(zhì)量的要求。

對于網(wǎng)絡(luò)從2G到3G系統(tǒng)的升級，由于3G信號工作頻段更高，在同軸電纜饋線中的傳輸損耗要遠(yuǎn)大于2G信號，因此采用同軸室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)升級時需要將原來2W功率的干線放大器用5W的代替，才能保持覆蓋半徑不變，網(wǎng)絡(luò)升級將需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造且增加建設(shè)成本；而3D室內(nèi)分布系統(tǒng)采用中頻信號傳輸，對于2G網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)的信號在3D室內(nèi)分布系統(tǒng)中傳輸，其信號損耗基本一致，因此，使用3D室內(nèi)分布系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)升級，同時不因網(wǎng)絡(luò)升級而額外增加不必要的設(shè)備和工程上的成本。

4、3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的方案應(yīng)用案例

3D室內(nèi)分布系統(tǒng)作為先進(jìn)的無線信號室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)技術(shù)在國外大量的機場和大型場館中已經(jīng)得到了成功的商用，在國內(nèi)也進(jìn)行了多個成功試點應(yīng)用。典型應(yīng)用案例列舉如下。

（1）悉尼奧運場館（奧林匹克公園，面積：1Km×1.6Km），作為大型綜合場館，為主運營商Telestra、Optus和Vodafone接入到各自的網(wǎng)絡(luò)中，三方共同承擔(dān)成本，同時在關(guān)鍵區(qū)域各自具有自己特色的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。應(yīng)用系統(tǒng)包括Vodafone（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Optus（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Telstra（2G（GSM）、3G（WCDMA）），提供了多個無線通信網(wǎng)的接入平臺，很好地解決了多個運營商、多種無線通信網(wǎng)絡(luò)信號在場館區(qū)域的覆蓋，成功地滿足了2000年奧運會期間的通信需求。

（2）鹽湖城冬奧會場館，在9個會議場館和辦公場所部署了24套系統(tǒng)，包括76個主單元、168個擴展單元和514個遠(yuǎn)端天線單元；為4個運營商ATTWS、Qwest Wireless、Nextel Communications and Sprint PCS提供了CDMA、GPRS、PCS、雙頻Unision系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，成功滿足了2002年冬奧會期間的通信需求。

（3）悉尼國際機場，作為澳大利亞最繁忙的客運和貨運機場，其年客流量超過2600萬人次，應(yīng)用系統(tǒng)包括了3個運營商6個系統(tǒng)：Vodafone（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Optus（2G（GSM）、3G（WCDMA））、Telstra（2G（GSM）、3G（WCDMA）），覆蓋了多個無線通信網(wǎng)系統(tǒng)平臺，很好地解決了多個運營商、多種無線通信網(wǎng)絡(luò)信號在機場的覆蓋，滿足了機場及用戶的通信需求。

在國外，該系統(tǒng)技術(shù)方案在許多國際機場及場館已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，同時在許多應(yīng)用了3G移動通信網(wǎng)絡(luò)的國家已經(jīng)并正在進(jìn)行大量的商用；在國內(nèi)，隨著3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)試驗網(wǎng)工作的推進(jìn)，東方信聯(lián)與運營商合作，在中國移動深圳分公司、東莞分公司、貴陽分公司、重慶分公司以及中國電信的相關(guān)綜合樓宇中進(jìn)行了多種樓宇的信號覆蓋成功試點應(yīng)用，目前試點系統(tǒng)在試運行中。

小結(jié)：與現(xiàn)有同軸傳輸室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)方案相比，3D室內(nèi)分布系統(tǒng)方案表現(xiàn)的靈活性、技術(shù)先進(jìn)性、優(yōu)越的性能，以及在多系統(tǒng)共享統(tǒng)一平臺能力、運行安全可靠的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理能力、網(wǎng)絡(luò)升級適應(yīng)能力、施工簡單、工程維護(hù)方便等方面的優(yōu)越特點，特別是針對3G移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展時代的應(yīng)用性能優(yōu)勢，必將在促進(jìn)我國無線通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)與發(fā)展中發(fā)揮應(yīng)有的積極作用，同時，3D室內(nèi)分布系統(tǒng)的應(yīng)用將促進(jìn)我國在無線通信網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋建設(shè)中對于先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與世界同步，促進(jìn)通信服務(wù)質(zhì)量完善。