利用BBU+RRU技術(shù)實現(xiàn)對別墅小區(qū)的無線覆蓋

張 敏

(1.長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院移動通信系,中國 長沙 410015；2.華中科技大學(xué)電子與信息工程系，中國 武漢 430074)

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷深入，無縫覆蓋已經(jīng)成為各大運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋的終極目標(biāo)．根據(jù)統(tǒng)計，70%的移動通信話務(wù)量發(fā)生在室內(nèi)，且大部分的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)．為了實現(xiàn)真正意義上的移動通信網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋，住宅小區(qū)和室內(nèi)覆蓋率已經(jīng)成為運營商爭取移動用戶的重要指標(biāo)[1]．

別墅小區(qū)作為住宅小區(qū)中的貴族，做好別墅小區(qū)的覆蓋自然是運營商們爭取更多高端客戶的制勝法寶．如何實現(xiàn)對別墅小區(qū)的無線覆蓋呢？文章將從技術(shù)的角度就別墅小區(qū)的TD-SCDMA的無線覆蓋問題進行研究，并提出相應(yīng)的解決方案．

1 別墅小區(qū)的無線覆蓋現(xiàn)狀

1.1 居民住宅小區(qū)分類

一般來說，居民住宅小區(qū)可以分為：老式居民區(qū)小區(qū)、小高層建筑、高層住宅小區(qū)、別墅小區(qū)和大型綜合型住宅小區(qū)[2]．按照樓層的多少，其使用的建筑材料有所不同．新型的高層住宅一般使用混凝土框架結(jié)構(gòu)、新型空心磚墻壁．老式的居民區(qū)一般為磚混結(jié)構(gòu)．而且，南方地區(qū)的墻壁較薄，一般為24～37 cm；北方墻壁較厚，一般大于49 cm．

1.2 別墅小區(qū)的無線覆蓋現(xiàn)狀

別墅小區(qū)的無線覆蓋現(xiàn)狀可以歸納為以下幾點：

1)別墅小區(qū)樓層低，一般在2～3層；樓宇之間寬闊，綠化面積大；占地廣闊，信號強度分布不均，差異大；用戶數(shù)量少，都是高端用戶，人均話務(wù)量高，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求高[3]．

2)別墅小區(qū)的覆蓋重點主要是住宅內(nèi)部．

3)采用傳統(tǒng)的單基站覆蓋方式，不能形成對別墅小區(qū)全面而良好的覆蓋，存在較多的盲區(qū)．別墅小區(qū)的無線電傳播受建筑物之間的遮擋以及反射,造成原有信號的覆蓋效果很差．這就不可避免地導(dǎo)致住宅小區(qū)的低覆蓋率、低接通率、低話音質(zhì)量、高掉話率等問題[4]．

4)通常采用直放站和微蜂窩來完成補盲．

5)采用傳統(tǒng)基站智能天線進行覆蓋．

2 使用傳統(tǒng)覆蓋方式的別墅小區(qū)存在的問題

2.1 信號強度分布不均，存在盲區(qū)

由于別墅小區(qū)樓層低，樓宇之間寬闊，綠化面積大，占地廣闊．而傳統(tǒng)覆蓋方式一般采用單個基站對小區(qū)進行覆蓋，因此往往無法形成對別墅小區(qū)全面良好的覆蓋，而產(chǎn)生較多的覆蓋盲區(qū)．

別墅小區(qū)的覆蓋重點是住宅內(nèi)部，容量一般不成問題，主要是覆蓋的問題．傳統(tǒng)補盲的方法主要有直放站和微蜂窩．但是，在TD-SCDMA系統(tǒng)中，由于CDMA系統(tǒng)的自干擾特性，直放站由于有干擾、控制較困難的缺點，較少被使用．采用微蜂窩來進行補盲，則會對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響，并且成本太高[5]．

采用BBU+RRU，結(jié)合智能天線各個陣元靈活配置的特點，則可以很容易解決對這些盲區(qū)的覆蓋．

2.2 無法滿足高端用戶對通信質(zhì)量的要求

別墅小區(qū)內(nèi)雖用戶數(shù)量少，但基本上都是高端用戶，話務(wù)量高，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求高．傳統(tǒng)覆蓋方式采用單基站室外覆蓋，來解決別墅小區(qū)住宅內(nèi)部的通信問題．對于解決語音業(yè)務(wù)，這完全不成問題．但隨著3G業(yè)務(wù)的發(fā)展，別墅小區(qū)的高端客戶群對多媒體業(yè)務(wù)的需求也在不斷地增長，傳統(tǒng)覆蓋方式無法滿足高端用戶對多媒體業(yè)務(wù)通信質(zhì)量的要求．

2.3 環(huán)保意識強，基站選址困難

由于TD-SCDMA引入了新的有別于其他3G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，使得TD-SCDMA系統(tǒng)的覆蓋能力相對其他3G系統(tǒng)的覆蓋能力小，那么相對所需的基站就多得多．

同時，隨著城市居民健康、環(huán)保意識的提高，對基站等通信建設(shè)所帶來的輻射等問題逐漸產(chǎn)生憂慮，進而對小區(qū)的基站建設(shè)進行抵制[6]．如果不能跟居民進行很好的溝通，眾多新建基站進入小區(qū)就將面臨很大的阻力，很容易造成盜竊基站設(shè)備案件和人為的故意破壞．由于TD-SCDMA的核心技術(shù)采用了智能天線技術(shù)，使得TD-SCDMA的基站具有體積過大、無法隱蔽、建站困難等難題．

3 應(yīng)用BBU+RRU方式的優(yōu)勢

3.1 BBU+RRU的基本概念

BBU+RRU方式的核心思想是將基站的基帶單元(Base Band Unit ，BBU)和射頻單元(Remote Radio Unit ，RRU)分開[7]．BBU+RRU的結(jié)構(gòu)如圖1．其中，基帶單元集中放置在機房使得基帶可以共享，容量可以靈活調(diào)配擴充．光纖連接基帶池與分布于建筑中的遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)，從而保證傳輸質(zhì)量，減少路徑損耗，擴大了覆蓋面積．RRU可以靈活地放置在室內(nèi)的任何地方或者天面上，作為信源，能充分地靠近需要覆蓋的樓層和天面[8]．

3.2 應(yīng)用BBU+RRU方式的優(yōu)勢

由于別墅小區(qū)一般采用磚墻，可以通過室外信源對室內(nèi)進行信號覆蓋，主張采用BBU+RRU+美化智能天線的方案來解決這些覆蓋盲區(qū)或弱區(qū)．應(yīng)用BBU+RRU方式有以下優(yōu)勢.

1)減少站址數(shù)量

在實際情況中，站址的選擇經(jīng)常會受到各種限制．在BBU+RRU+智能天線的覆蓋解決方案中，基帶處理單元BBU可以集中放置在中心機房．對于不同的覆蓋要求，采用從BBU分別拉出足夠的RRU來完成；而RRU體積小，可以安置在墻上、柱上或是地上，只需要很少甚至不需要占用地面面積．

圖1 BBU+RRU結(jié)構(gòu)圖

2)饋線的數(shù)量大大減少

在傳統(tǒng)基站中，TD-SCDMA基站由于采用智能天線，每個基站的室外單元和室內(nèi)單元之間將有超過30根以上饋線，工程量非常巨大．而BBU+RRU采用光纖連接，大大減少了饋線數(shù)量和工程量．

3)組網(wǎng)靈活

采用BBU+RRU方式，可以靈活地進行網(wǎng)絡(luò)部署，大大加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度．其不同種類的遠(yuǎn)端模塊可以以各自的輸出功率與同一個主單元相連．主單元同時支持雙重波段，即可與不同頻段的遠(yuǎn)端模塊相連接．主遠(yuǎn)端之間的距離最遠(yuǎn)可達15 km．

4)擴容、補盲及解決熱點地區(qū)覆蓋不用增加站址

在擴容過程中，可以通過增加BBU基帶處理能力實現(xiàn)平滑擴容．在密集城區(qū)環(huán)境中，對盲區(qū)可以通過增加RRU的方式，快速實現(xiàn)補盲的功能，同時，可以考慮將盲區(qū)和鄰近區(qū)域配置成同一個小區(qū)，減少切換．對于熱點地區(qū)，可以通過增加RRU的方式，實現(xiàn)快速解決熱點地區(qū)覆蓋，通過將新增加RRU和其他RRU配置成不同的小區(qū)，實現(xiàn)小區(qū)分裂，解決熱點地區(qū)容量需求，同時不用重新增加基站站址．

4 別墅小區(qū)BBU+RRU+美化天線的覆蓋解決方案

4.1 天線美化

(a)路燈型 (b)仿真樹型圖2 美化天線

天線美化主要是指在不增大傳播損耗的條件下，通過各種手段對基站的射頻系統(tǒng)部分，包括天線、天線支撐系統(tǒng)和饋線部分進行偽裝、修飾達到美化的目的[9]， 美化天線如圖2所示. 而傳統(tǒng)基站天線架設(shè)只注重天線的電參數(shù)和通信功能，未考慮與周圍環(huán)境的和諧．

與傳統(tǒng)的設(shè)備和器件相比，小型、偽裝設(shè)備更加容易得到市民的接受和認(rèn)可，能大幅度地降低建設(shè)難度．因此天線美化所解決的主要問題是天線與環(huán)境的協(xié)調(diào)工程，既美化了城市的視覺環(huán)境，也減少了居民對無線電磁環(huán)境的恐懼和抵觸，同時也可以延長天線的使用壽限，保證通信的質(zhì)量．常用的美化天線有路燈型(如圖2(a))、仿真樹型(如圖2(b))、空調(diào)型、水罐型、圓柱型、方柱型、燈箱型、美化桿型、廣告牌型等．

4.2 別墅小區(qū)TD信號覆蓋解決案例

1)案例1

某別墅小區(qū)地理條件優(yōu)越，交通便利，小區(qū)設(shè)施齊全，功能完善．建筑總面積約為8.3×104m2，共12棟樓，層高為2～5層．根據(jù)現(xiàn)場勘察，該小區(qū)內(nèi)部主要是由于建筑物的遮擋，小區(qū)內(nèi)部底層信號覆蓋存在盲區(qū)，因此方案設(shè)計主要考慮1～3層的信號補盲覆蓋．采用BBU+RRU作為信源，使用1個BBU和6個RRU，配置為O2站型．天線采用與2 G共天線的模式，采用美化燈桿方式為小區(qū)提供無線覆蓋．美化天線采用全向鞭狀天線，增益為4 dBi，全向天線放置在燈桿內(nèi)，掛高為2.5 m．

住宅覆蓋的基站與宏覆蓋基站異頻分層組網(wǎng)，在整個住宅小區(qū)的覆蓋設(shè)計中采用了“多天線，小功率”的設(shè)計思想，天線布放中遵循每棟建筑都可以視距看到分布天線，保證室內(nèi)覆蓋只經(jīng)過一次穿透損耗．這樣的設(shè)計可以有效地減少無線鏈路損耗，確保住宅內(nèi)部各區(qū)域的導(dǎo)頻信號強度達到設(shè)計要求，保證信源的功率有效利用．

2)案例2

某別墅小區(qū)位于某市區(qū)西南角，由于該小區(qū)依山而建，部分區(qū)域位于山背陰影處，無線信號很難到達，造成了大面積弱覆蓋區(qū)域，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量．該小區(qū)已有了一個移動基站，但因在城區(qū)，基站天線不高，很難越過小山覆蓋弱覆蓋區(qū)域，因此我們采用了BBU+RRU+美化天線的覆蓋解決方案迅速而高質(zhì)量地解決了小區(qū)弱覆蓋問題，大大節(jié)省了小區(qū)覆蓋的投資與建設(shè)時間．

圖3 開通射頻拉遠(yuǎn)前覆蓋場強RxLevSub 圖4 開通射頻拉遠(yuǎn)前通話質(zhì)量RxQualSub

從測試數(shù)據(jù)軌跡圖可以看出，在射頻拉遠(yuǎn)開通之前，該小區(qū)內(nèi)路段覆蓋電平80%以上區(qū)域均在-85 dBm以下，甚至30%的區(qū)域RxLevSub在-95 dBm以下，如圖3所示．

由測試數(shù)據(jù)可以看出，在射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)開通之前，該小區(qū)西區(qū)的3 200 m2別墅區(qū)，60%區(qū)域通話質(zhì)量等級在4級以上，如圖4所示．

圖5 開通射頻拉遠(yuǎn)后覆蓋場強RxLevSub 圖6 開通射頻拉遠(yuǎn)后通話質(zhì)量RxQualSub

從開通后的測試數(shù)據(jù)可以看出，在射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的覆蓋區(qū)域內(nèi)，開通后RxLevSub值均在-75 dBm以上．再看通話質(zhì)量的情況，98%的區(qū)域通話質(zhì)量均為0～4級，較開通前通話質(zhì)量改善非常明顯，如圖6所示．

5 結(jié)論

當(dāng)然，在TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)中，BBU+RRU方式的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止解決別墅小區(qū)覆蓋的問題，其主要應(yīng)用場景包括：作為室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源，吸收室內(nèi)話務(wù)；對于市區(qū)難于獲取機房的站址，在光纖可以到位的條件下，采用RRU解決無法獲取機房的難題；對于城市建設(shè)較快的區(qū)域，可采用RRU優(yōu)化補盲，快速覆蓋盲區(qū)；在話務(wù)量低、覆蓋范圍廣、建網(wǎng)效益低的農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)采用RRU解決廣覆蓋問題．可以預(yù)計在未來3 G網(wǎng)絡(luò)中，BBU+RRU方式將得到更廣泛的應(yīng)用[10]．

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