一種3G信號和以太網(wǎng)信號接入系統(tǒng)的研究

汪 鋒，胡宜雪，余勛林，江 鵬

(1.武漢郵電科學研究院 光纖通信技術與網(wǎng)絡國家重點實驗室，湖北 武漢430074;2.武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢430074)

隨著無線通信領域技術的發(fā)展，特別是第三代移動通信(3G)技術的廣泛應用，用戶對3G數(shù)據(jù)業(yè)務的需求大幅增長。和目前的第二代移動通信(2G)網(wǎng)絡相比，由于3G制式頻率高，工作頻段為超短波段，信號受墻體阻擋嚴重，穿透損耗大且電波繞射能力差，因此3G網(wǎng)絡在建筑物內部出現(xiàn)了較多的弱信號區(qū)和盲區(qū)，具有網(wǎng)絡表現(xiàn)不穩(wěn)定及易斷線等缺點［1］。為了完善3G技術及提高數(shù)據(jù)業(yè)務質量，必須解決3G網(wǎng)絡的覆蓋缺陷，提高室內信號的覆蓋質量。

1 接入系統(tǒng)概述

目前，大部分家庭室內覆蓋主要是依靠宏站信號或樓道信號滲透，信號主要都是在電梯、樓道等公共區(qū)域的覆蓋，并沒有真正做到家庭入戶覆蓋。室分覆蓋不均衡，導致高層信號的干擾嚴重且業(yè)務質量不佳、性能不高、用戶感知差且室內覆蓋效果不明顯［2］。隨著人們健康意識的提高，在小區(qū)架設室外基站及天線，物業(yè)協(xié)調非常困難，且對家庭室內重新布線很不方便。因此，必須要采取新的措施來解決3G家庭室內覆蓋問題。

目前，為用戶提供寬帶接入服務普遍采用光纖接入和局域網(wǎng)的方式，在靠近用戶樓道或弱電井側安裝光網(wǎng)絡單元(ONU)，再通過與ONU相連接的以太網(wǎng)線為用戶提供寬帶接入服務。在進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時，百兆以太網(wǎng)線僅使用了其中兩對雙絞線，另外兩對雙絞線處于空閑狀態(tài)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，大部分小區(qū)用戶都敷設了以太網(wǎng)線，本文的接入系統(tǒng)可以充分利用以太網(wǎng)線中空閑的兩對雙絞線進行新一代移動通信信號的傳輸，將新一代移動通信信號和以太網(wǎng)信號復用進同一根網(wǎng)線，傳到用戶家庭室內。在不影響用戶高速上網(wǎng)的前提下，對用戶家庭進行室內覆蓋。本接入系統(tǒng)直接利用用戶家庭的室內資源和用戶資源進行室內信號覆蓋，不需重新敷設和布線，無論是2G移動通信信號，還是3G移動通信信號，均可以采用本接入方式實現(xiàn)家庭室內覆蓋。

本接入系統(tǒng)主要包括兩個部分:主機(MU)單元和遠端單元(RU)。主機單元通過設備外接耦合器的方式從基站引入移動通信信號，經主機單元中的變頻單元進行移動通信射頻信號到中頻信號的轉換，再由主機單元中的功率分配單元進行功率分配及以太網(wǎng)信號合路，然后通過五類線傳輸?shù)竭h端單元。遠端單元對兩信號分離后，進行移動通信信號中頻到射頻信號的轉換，最后由天線將信號發(fā)射進行室內覆蓋［3］。其接入系統(tǒng)組成部分如圖1所示。

2 移動中頻信號與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號共傳干擾驗證

圖1 接入系統(tǒng)組成框圖

家庭接入百兆以太網(wǎng)，實際上只使用8芯網(wǎng)線中的4芯來進行寬帶數(shù)據(jù)傳輸，另外4芯空閑。本接入系統(tǒng)就是利用網(wǎng)線中空閑的4芯完成新一代移動通信信號的入戶傳送，對各個家庭進行室內覆蓋。在利用網(wǎng)線中空閑4芯同時傳輸移動通信中頻信號和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號時，兩信號能否共同傳輸，信號間是否存在相互干擾是本系統(tǒng)能否正常實現(xiàn)的關鍵。

如圖2所示，將兩臺PC通過測試五類線進行連接。通過改變測試五類線(8芯直連、4芯直連和4芯直連同時傳輸移動通信中頻信號)測試在同一根五類線上兩種信號共同傳輸?shù)男阅堋y試時由PC2(服務器)向PC1(客戶端)傳輸同一個文件，測試不同條件下文件的下載速度。測試中要選用較好配置的PC，保證網(wǎng)卡有較高、較穩(wěn)定的傳輸速度。測試五類線選用100 m(實驗室驗證時采用的為94 m)長度普通五類線。測試中所加中頻信號為100 MHz，0 dBm輸出單載波TD-SCDMA調制信號。

圖2 信號干擾測試圖

下文將詳細介紹圖2所示的測試方法、測試結果和分析。

1)測試五類線重疊纏繞成一捆放置，結果如表1所示。

表1 標準連接下載速度測試

2)測試五類線分開避免纏繞，同時五類線在實驗室繞成一個較大的半環(huán)，回路兩根線間距2 m以上。

(1)數(shù)據(jù)下載速度測試

根據(jù)圖中測試五類線配置，PC2向PC1傳輸同一個786.7 Mbit的單個bin文件，進行不同五類線配置情況下的測試，測試結果如表2所示。

表2 其他連接下載速度測試

(2)移動通信中頻信號EVM(誤差向量幅度)測試，測試結果如表3所示。

表3 EVM測試

(3)網(wǎng)線插損測試

94 m普通五類線中2芯傳輸模擬中頻信號時衰減約27 dB。

通過對測試驗證結果分析可知，使用五類線中的4芯進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸與使用五類線中的8芯進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸時，對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速度無明顯影響;使用五類線中的4芯傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)和使用另外4芯中的2芯傳輸模擬中頻信號時，對數(shù)據(jù)傳輸速度無明顯影響，而且移動通信中頻信號無論從服務器端或客戶端傳輸都對數(shù)據(jù)下載速度影響較小，同時數(shù)字信號不會干擾移動通信中頻信號的正常解調。因此，本接入系統(tǒng)能夠利用家庭中敷設的五類線進行新一代移動通信信號的室內覆蓋。

3 接入系統(tǒng)干擾性能測試及問題分析

在使用本接入系統(tǒng)進行以太網(wǎng)信號和移動中頻信號同傳過程時，移動通信室內覆蓋信號指標出現(xiàn)惡化:EVM(誤差向量幅度)由4%惡化到15%(30 m網(wǎng)線)或20%(100 m網(wǎng)線);噪聲系數(shù)由7 dB提高到9.5 dB(30 m網(wǎng)線)，11 dB提高到24.5 dB(100 m網(wǎng)線)，下行帶內雜散由-36 dBm提高到-18 dBm。

其產生原因為，本接入系統(tǒng)中以太網(wǎng)信號和移動通信中頻信號傳輸方式如下:接入系統(tǒng)中使用五類線中的1，2，3，6芯傳輸以太網(wǎng)信號以及電源信號;4，5芯傳輸移動通信下行中頻信號、時鐘參考信號和RS-485信號;7，8芯傳輸移動通信上行中頻信號。因此，以太網(wǎng)信號的高頻分量會串擾到4，5，7，8芯傳輸?shù)囊苿油ㄐ沛溌飞?，引起系統(tǒng)性能損失，圖3為以太網(wǎng)信號的高頻串擾圖(由頻譜儀數(shù)據(jù)導出)。

圖3 以太網(wǎng)信號高頻串擾圖

從圖3可知，移動通信中頻信號如果在400 MHz以下時，每隔30.4 kHz將會存在以太網(wǎng)信號的干擾;以太網(wǎng)信號的串擾功率將會干擾上下行鏈路的底噪，從而導致系統(tǒng)噪聲系數(shù)和帶內雜散的提高［4］;因此在系統(tǒng)中，通過五類線傳輸?shù)囊苿油ㄐ胖蓄l信號要特別注意，必須將移動通信中頻信號設置在以太網(wǎng)信號串擾較低的頻率，只有這樣利用五類線中的空閑雙絞線傳輸移動通信中頻信號時才不會造成系統(tǒng)性能損失，使系統(tǒng)滿足在不影響家庭用戶高速寬帶上網(wǎng)業(yè)務的同時，能夠進行3G信號的室內覆蓋，且具有較好的覆蓋效果。

4 結語

本文介紹了一種利用家庭用戶已有的室內五類線，將GSM，CDMA，WCDMA和TD-SCDMA等不同制式的移動通信信號和室內的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號共用五類線傳輸?shù)礁鱾€用戶家庭實現(xiàn)移動通信的室內覆蓋的接入系統(tǒng)，并對這種新的室內覆蓋接入系統(tǒng)的可行性進行了驗證和測試分析。本文的接入系統(tǒng)方式不需要再次進行線纜敷設，更不需要進行入戶協(xié)調工作，直接利用駐地網(wǎng)資源和用戶資源進行室內信號覆蓋問題，實現(xiàn)方便，可利用價值高。

［1］李震.3G發(fā)展現(xiàn)狀與前景［J］.信息化建設，2007(5):5-5.

［2］王超.移動通信室內分布系統(tǒng)設計研究［J］.河北通信，2004(2):1-13.

［3］YD/T 5120—2005，無線通信系統(tǒng)室內覆蓋工程設計規(guī)范［S］.2005.

［4］蔡杰，王德東.綜合室內覆蓋系統(tǒng)中干擾分析［J］.移動通信，2008(2):96-99.