無線網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)多網(wǎng)合一思路探討

吳愛華 廣州市能源檢測(cè)研究院

1 引言

室內(nèi)分布系統(tǒng)是在無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)難以直接穿透進(jìn)入的較為封閉的大廈樓宇等場(chǎng)所，通過分布式的射頻有線延伸系統(tǒng)（包括干線放大器等有源器件以及功分器、合路器、耦合器、電橋、天線和饋線等無源器件兩部分）實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)延伸的無線網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)覆蓋技術(shù)。

通信技術(shù)的高速發(fā)展促使移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供越來越豐富多彩的高速寬帶業(yè)務(wù)，并將其網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重點(diǎn)由室外廣泛覆蓋轉(zhuǎn)移到室內(nèi)重點(diǎn)覆蓋。而常規(guī)的各個(gè)運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)建設(shè)其室內(nèi)天饋線分布系統(tǒng)方式，勢(shì)必導(dǎo)致在一些重點(diǎn)建筑物中建設(shè)多套天饋線系統(tǒng)，既浪費(fèi)投資又影響建筑物內(nèi)的美觀，可通過建設(shè)多系統(tǒng)合路室內(nèi)天饋線分布系統(tǒng)來解決這一問題。多系統(tǒng)多運(yùn)營(yíng)商合路室內(nèi)覆蓋是目前業(yè)界較為成熟、可靠、先進(jìn)的方案，在全球的商用網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。

越來越多的無線通信系統(tǒng)導(dǎo)致多次施工，對(duì)樓宇弱井布局、空間預(yù)留要求越來越高，眾多天線點(diǎn)難以做到室內(nèi)美觀、整潔和統(tǒng)一，多網(wǎng)合一是室內(nèi)覆蓋的必然趨勢(shì)。

2 多系統(tǒng)合路的室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

多系統(tǒng)合路的室內(nèi)分布系統(tǒng)具有以下比較明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）多網(wǎng)合一可以有效節(jié)省投資。合路后共用天饋能省去一些饋線和天線的費(fèi)用，結(jié)構(gòu)相對(duì)清晰，易于維護(hù)；減少多運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)投資；簡(jiǎn)潔美觀，更易與建筑設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)。如廣州西塔的4家商家（電信、移動(dòng)、聯(lián)通、業(yè)主）布放天線均在3000副以上(每個(gè)房間一副天線)，以每副天線平均800元的造價(jià)計(jì)算，多網(wǎng)合一可以減少6000副天線（3000×4-3000×2，采用收發(fā)分纜方式合路），經(jīng)濟(jì)效益節(jié)省480萬（800×6000）。

（2）業(yè)主和政府的要求。一般樓里是一個(gè)制式用一套天饋，會(huì)造成重復(fù)施工、重復(fù)建設(shè)，尤其是目前物業(yè)較難談，所以政府決策要求多網(wǎng)共享，這樣也可以減少多次工程帶來的不便和風(fēng)險(xiǎn)。

（3）技術(shù)發(fā)展的需要。如今POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)合路平臺(tái)）的成本已經(jīng)降下來，技術(shù)指標(biāo)也有所提升，中等規(guī)模的樓宇使用POI將越來越普遍，這在一定程度上推動(dòng)了多網(wǎng)合一覆蓋的發(fā)展。

3 合路方式的分析

對(duì)于不同的室內(nèi)覆蓋目標(biāo)，可以采取不同的合路方式。

3.1 共用天饋收發(fā)同纜方式

如圖1所示，各系統(tǒng)通過合路器或者POI系統(tǒng)共用一套天饋系統(tǒng)。這種合路方式的優(yōu)點(diǎn)是：投資較低，各系統(tǒng)只需要一套天饋系統(tǒng)，施工簡(jiǎn)單；可以減少天線數(shù)目，有利于大樓的整體美觀和節(jié)約空間資源；系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循牢靠、穩(wěn)固原則，系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)工程實(shí)施安全可靠。但適用于較少的系統(tǒng)的共用，多系統(tǒng)共用時(shí)較難解決系統(tǒng)之間的互調(diào)干擾；系統(tǒng)較多時(shí)，合路器定制較困難。

圖1 共用天饋收發(fā)同纜方式

當(dāng)運(yùn)營(yíng)商接入的系統(tǒng)較少時(shí)，可以采用收發(fā)同纜的方式。其主要技術(shù)是用POI或合路器根據(jù)信號(hào)的特性，采用一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)合路方式將信號(hào)合路后由一路分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。特點(diǎn)是投資小，抗干擾能力弱。

3.2 收發(fā)分纜方式

多運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)在共用室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)，若采用收發(fā)同纜方式，不同的頻率組合可能會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾，因此在存在互調(diào)干擾的情況下，需采用收發(fā)分纜方式組網(wǎng)，如圖2所示：

圖2 收發(fā)分纜方式

收發(fā)分纜方式是將各制式系統(tǒng)的上、下行信號(hào)分為兩套分布系統(tǒng)建設(shè)，有 效減少系統(tǒng)間產(chǎn)生的雜散和阻塞干擾問題。對(duì)于時(shí)分雙工系統(tǒng)，可選擇其中一套進(jìn)行合路。特點(diǎn)是投資較大，抗干擾能力強(qiáng)。

目前，LTE都是趨向使用MIMO天線，并且也是收發(fā)分纜，這也成為L(zhǎng)TE發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的單極化室內(nèi)吸頂與創(chuàng)新的MIMO天線比較如圖3所示：

圖3 傳統(tǒng)的單極化室內(nèi)吸頂與創(chuàng)新的MIMO天線對(duì)比

創(chuàng)新的MIMO天線是適應(yīng)LTE技術(shù)發(fā)展的需要，必將成為未來的潮流。因此，未來多網(wǎng)合路的收發(fā)分纜都是目前主要合路方式，這主要得益于以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（1）“多網(wǎng)合一”的傳輸接入優(yōu)勢(shì)

可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務(wù)的混合接入，節(jié)省傳輸通道（光纖、通訊設(shè)備等）的重復(fù)投資和維護(hù)費(fèi)用，一次投資，長(zhǎng)期受益。

（2）簡(jiǎn)單、靈活的組網(wǎng)方式

非常方便地組成單環(huán)型、復(fù)合環(huán)型、樹型、星型、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问健?/p>

（3）支持VLAN，可集成在企業(yè)安全策略中

支持IT標(biāo)準(zhǔn)，可將自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)無縫集成到集團(tuán)信息管理網(wǎng)絡(luò)中，可以建立虛擬網(wǎng)絡(luò)（VLAN）。

（4）網(wǎng)絡(luò)管理功能

可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)監(jiān)控和管理，當(dāng)千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)上的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可以通過遠(yuǎn)程RPOFINET診斷、Web瀏覽器或SNMP來完成自動(dòng)診斷。

（5）兼容性、擴(kuò)展性好

系統(tǒng)基于IP方式構(gòu)建，端口號(hào)可靈活選擇，不會(huì)因?yàn)樽酉到y(tǒng)的增加而重新組建網(wǎng)絡(luò)，只要添加前端設(shè)備和后端設(shè)備即可，因此本系統(tǒng)具備了非常強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

（6）適用范圍廣闊

學(xué)校、政府單位、居民小區(qū)、酒店、商場(chǎng)、部隊(duì)以及企業(yè)工廠等。

（7）在WLAN建設(shè)有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

目前各家都在建設(shè)WLAN，但是頻點(diǎn)資源嚴(yán)重不足，導(dǎo)致干擾嚴(yán)重，資源嚴(yán)重?fù)p耗。合路后多個(gè)商家可以共享一套系統(tǒng)，頻點(diǎn)干凈，信號(hào)穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。

4 多網(wǎng)合一室分系統(tǒng)存在的問題分析

多網(wǎng)合路雖有經(jīng)濟(jì)和管理維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，但是也有一定的技術(shù)問題，歸納起來大致有四個(gè)方面的問題，如圖4所示：

圖4 多網(wǎng)合一室分系統(tǒng)存在的問題

多系統(tǒng)共用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)需考慮的技術(shù)指標(biāo)主要有：雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。各系統(tǒng)間的干擾要依靠合路器和濾波器來完成，從普通無源合路器隔離度指標(biāo)來看，隔離度與不同端口頻率間隔有關(guān)。目前業(yè)界寬帶合路器隔離度指標(biāo)如表1所示：

表1 寬帶合路器隔離度指標(biāo)

不同系統(tǒng)間的合路器隔離度指標(biāo)和需求指標(biāo)如表2所示（系統(tǒng)間需求隔離度/合路器可提供的隔離度）：

表2 不同系統(tǒng)間的合路器隔離度指標(biāo)和需求指標(biāo)（單位：dB）

目前，室內(nèi)無線覆蓋多網(wǎng)共享存在的四大問題主要表現(xiàn)如下：

（1）無源器件工作頻率問題。無源器件工作頻率要涵蓋LTE、WCDMA、WLAN、CDMA、GSM、DCS工作頻段。

（2）各系統(tǒng)間相互干擾問題。多網(wǎng)共享天饋后，各系統(tǒng)間存在邊帶雜散噪聲、交調(diào)噪聲等因素將引起相互的干擾，增加了系統(tǒng)間的干擾概率以及降低網(wǎng)優(yōu)的自由度。

（3）功率損耗差異問題。多網(wǎng)共享天饋后，由于LTE、WCDMA、WLAN、CDMA、GSM、DCS工作頻段不一，存在功率傳輸損耗差異，功率分配均勻難以達(dá)到系統(tǒng)的各自最佳需求，因此會(huì)影響到信源的功率與容量的矛盾。

（4）有源器件部分無法共用問題。由于不同制式系統(tǒng)工作方式不同，且存在相互干擾的可能，因此有源器件部分無法共用。

（5）合路器或POI插損問題，這是四個(gè)問題的綜合體。由于系統(tǒng)合路時(shí)必須在天饋系統(tǒng)中插入合路器，該器件接入將造成信號(hào)功率的損耗。插損變大導(dǎo)致信號(hào)功率的損耗過大，需要增加一到兩倍的信號(hào)源，有一定的浪費(fèi)功率、消耗能源及犧牲空間的瑕疵。

多網(wǎng)合一室內(nèi)分布系統(tǒng)分為信號(hào)源設(shè)備、多系統(tǒng)接入平臺(tái)、天饋系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)四大部分。POI作為多種通信系統(tǒng)和多個(gè)區(qū)域的分布系統(tǒng)之間的界面，是在多系統(tǒng)信號(hào)分合路過程中的關(guān)鍵部分。各路收發(fā)信機(jī)信號(hào)都通過獨(dú)立的端口接入POI，混合后輸出到相應(yīng)分布系統(tǒng)的端口；同時(shí)，將來自不同區(qū)域分布系統(tǒng)端口的信號(hào)混合后，再按需要分別送到信號(hào)源的上行端口。POI是各通信系統(tǒng)匯集點(diǎn)，也是矛盾的焦點(diǎn)。好的POI設(shè)備不僅要求能夠合路多系統(tǒng)信號(hào)，還要能夠解決多系統(tǒng)合路帶來的諸多問題，并且有簡(jiǎn)單的接口界面、有效的監(jiān)控和可升級(jí)性，為解決室內(nèi)空間資源的問題起到積極作用。正因?yàn)镻OI在多系統(tǒng)、多運(yùn)營(yíng)商時(shí)代的重要作用，將會(huì)擁有廣泛的市場(chǎng)空間，因此有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究和工業(yè)化開發(fā)。

對(duì)于多網(wǎng)合一系統(tǒng)，POI是最關(guān)鍵的模塊，系統(tǒng)的優(yōu)劣主要處決于POI。其通過對(duì)多頻段、多制式無線通信系統(tǒng)的接入及透明傳輸，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)共用一套覆蓋天饋系統(tǒng)。POI最重要的作用是在于滿足覆蓋效果和容量的同時(shí)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)商的投資，避免重復(fù)建設(shè)。

除此之外，POI系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

（1）模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)容性好；

（2）滿足不同系統(tǒng)、頻段的個(gè)性需求；

（3）系統(tǒng)具有整體監(jiān)控功能，維護(hù)方便；

（4）信號(hào)合路損耗小，功率容量大；

（5）三階互調(diào)性能好；

（6）可以預(yù)留端口，方便擴(kuò)充升級(jí)。

POI如今已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的飛機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵、會(huì)展中心、體育場(chǎng)館、政府辦公機(jī)關(guān)、高級(jí)商務(wù)樓等場(chǎng)所的通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋。從目前的應(yīng)用案例看，POI還有待改進(jìn)和完善的地方，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)間的隔離度和功率插損兩個(gè)方面。

5 室內(nèi)無線覆蓋多網(wǎng)共享存在的問題處理分析

（1）無源器件工作頻率問題。目前無源器件頻率涵蓋TD-SCDMA、WCDMA、WLAN、CDMA、GSM、DCS工作頻段，即800MHz～2500MHz，為L(zhǎng)TE和CATV的介入做準(zhǔn)備，頻率要擴(kuò)展到450MHz～2760MHz。目前各設(shè)備廠商都有相應(yīng)的技術(shù)能滿足產(chǎn)品需要。

（2）各系統(tǒng)間相互干擾問題。干擾是無線通信領(lǐng)域的一個(gè)永恒話題，因此對(duì)合路器隔離度、工藝和電磁性要求高。目前大多數(shù)的無源器件無法滿足技術(shù)指標(biāo)，主要是多系統(tǒng)合路后功率增大，沒有高功率的器件支持，雜散噪聲、交調(diào)噪聲惡化嚴(yán)重。大功率無源器件的開發(fā)研制主要表現(xiàn)又是原材料和生產(chǎn)工藝問題，一些廠家開發(fā)的大功率無源器件現(xiàn)已得到技術(shù)認(rèn)可和應(yīng)用，多網(wǎng)合一的困難在減少。

（3）功率損耗差異問題。多網(wǎng)共享天饋后存在功率傳輸損耗差異，無源器件的插損影響不是很大，主要是傳輸線纜的損耗不一致，這樣需要不同系統(tǒng)的信號(hào)源功率有多種規(guī)格，避免功率過剩或不足。目前這點(diǎn)還做得不是很好，只有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)方案量身定做才可以解決。

（4）有源器件部分無法共用問題。由于不同制式系統(tǒng)工作方式不同，且存在相互干擾的可能，在多網(wǎng)共享天饋系統(tǒng)中，各系統(tǒng)間有源器件需相互獨(dú)立。目前多系統(tǒng)共用有源器件正在嘗試，多頻多模功率放大器的開發(fā)已有進(jìn)展，甚至有廠家的多模RRU已經(jīng)在規(guī)模試用了，所以有源器件部分共用模塊的出現(xiàn)是遲早的事。

（5）合路器或POI插損問題。由于POI是合路問題的焦點(diǎn)，多種問題交集在一起，目前的技術(shù)和工藝還沒有好的方法解決這一問題。因此，功率浪費(fèi)、能源消耗、占用空間只有通過優(yōu)化方案和節(jié)能減排設(shè)備來解決。

6 結(jié)束語

未來多網(wǎng)合一是不可逆轉(zhuǎn)的潮流，從各個(gè)商家內(nèi)部的多網(wǎng)合一到商家之間大的多頻段、多系統(tǒng)、多商家的多網(wǎng)合一。經(jīng)濟(jì)利益和統(tǒng)一管理是驅(qū)動(dòng)力，干擾問題將隨著技術(shù)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，必定會(huì)尋找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)，使方案都可以量身定做，不僅是合路器或POI，各個(gè)信號(hào)源也都可以量身定做。結(jié)合數(shù)字化技術(shù)開發(fā)軟硬件結(jié)合的合路器、POI，以達(dá)到既能降低插損又能擁有高隔離度。

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