POI設(shè)備LTE擴(kuò)容單元的原理和應(yīng)用

董鑫

（中國鐵塔股份有限公司安徽省分公司，安徽 合肥 230088）

POI設(shè)備LTE擴(kuò)容單元的原理和應(yīng)用

董鑫

（中國鐵塔股份有限公司安徽省分公司，安徽 合肥 230088）

通過闡述LTE擴(kuò)容單元的需求分析和商業(yè)價(jià)值、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)和原理介紹，提出了一種快速便捷、行之有效的POI升級(jí)擴(kuò)容方案，并重點(diǎn)介紹了方案中的亮點(diǎn)產(chǎn)品——LTE擴(kuò)容單元，可應(yīng)用于各系統(tǒng)、制式的現(xiàn)場快速擴(kuò)容和升級(jí)，具有一定的廣泛性和通用性，商業(yè)價(jià)值極強(qiáng)。

LTE擴(kuò)容單元 多系統(tǒng)接入平臺(tái) 擴(kuò)容 升級(jí)

1 LTE擴(kuò)容單元的需求分析和商業(yè)價(jià)值

1.1 LTE擴(kuò)容單元的需求分析

POI（Point Of Interface，多系統(tǒng)接入平臺(tái)）自2002年起開始規(guī)模商用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前在全國各地應(yīng)用的POI及多頻段分合路單元總數(shù)量不低于100 000套。按照實(shí)際的業(yè)務(wù)運(yùn)作情況，業(yè)主方一般都會(huì)為設(shè)備的升級(jí)和改造支付一定的費(fèi)用，但往往在改造還是新建的選擇上難以取舍。由于運(yùn)營商間對(duì)于TDD/ FDD的博弈選擇，TDD-2.3G頻段基本還處于無人問津的境地，再加上TDD-2.6G的頻譜特性天生不適合在室分系統(tǒng)應(yīng)用，POI的升級(jí)擴(kuò)容焦點(diǎn)自然匯聚在FDD-1.8G、FDD-2.1G這2個(gè)頻段，其中FDD-1.8G的擴(kuò)容需求尤其迫切。

客觀來講，從我國進(jìn)行LTE的試商用這個(gè)時(shí)間段開始，才真正意義出現(xiàn)了含有FDD-1.8G、FDD-2.1G的POI設(shè)備。而之前所有投入現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的POI設(shè)備均不可兼容FDD-1.8G、FDD-2.1G的接入要求，考慮到質(zhì)保期外的POI設(shè)備大多采用新建更換的方式自然淘汰，僅在網(wǎng)質(zhì)保期內(nèi)的具備待擴(kuò)容條件的POI設(shè)備初步估算在15 000套以上，因此天然的擴(kuò)容需求規(guī)模是非?？捎^的。

從運(yùn)營商角度細(xì)分，由于FDD-1.8G、FDD-2.1G將逐漸成為聯(lián)通和電信這兩家運(yùn)營商的主營業(yè)務(wù)頻段，所以二者對(duì)于POI擴(kuò)容升級(jí)的時(shí)效性達(dá)成、投資預(yù)算、覆蓋效果等更加關(guān)注。并且由于室分投資有限的原因，這兩家運(yùn)營商也更加傾向于采用老設(shè)備升級(jí)改造的方式而不是新建站方式。而移動(dòng)關(guān)注更多的在于其它運(yùn)營商的新系統(tǒng)接入后會(huì)否引發(fā)新的干擾問題影響自身網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。三家運(yùn)營商對(duì)于LTE擴(kuò)容單元的熱衷程度雖然各不相同，但總體而言呈歡迎態(tài)勢，市場的培育已經(jīng)基本成熟。

1.2 LTE擴(kuò)容單元的商業(yè)價(jià)值

隨著通信制式的不斷衍生變化，3G時(shí)代起POI（多系統(tǒng)接入平臺(tái)）就呈現(xiàn)出非常復(fù)雜的產(chǎn)品形態(tài)，動(dòng)輒就是7系統(tǒng)以上的合路場景，而且頻率交織、重疊情況也非常嚴(yán)重。比如在1.8G頻段，低頻部分有移動(dòng)、聯(lián)通的DSC1800頻段，高頻部分又有移動(dòng)的TD-SCDMA F頻段，頻譜資源的緊張導(dǎo)致了紛繁蕪雜的頻譜分配現(xiàn)狀，也給擴(kuò)容新的制式提出了新的命題和挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的擴(kuò)容合路十分復(fù)雜，以單獨(dú)擴(kuò)容LTE-1.8G為例，需要將POI輸出的混頻信號(hào)分路后再與LTE-1.8G合路，現(xiàn)網(wǎng)需要新增至少兩級(jí)合路單元，涉及頻段多，含新增LTE-1.8G通道（聯(lián)通、電信各1個(gè)）、原POI設(shè)備2G/3G通道、其它運(yùn)營商4G通道等，整體數(shù)量超過10個(gè)，如果需要實(shí)現(xiàn)高抑制、低損耗的設(shè)備功能，整體設(shè)計(jì)難度非常大。一般來說，如合路通路超過9個(gè)，則每增加1個(gè)合路通路，設(shè)計(jì)成本將成幾何級(jí)數(shù)遞增。受制于具體的頻譜復(fù)雜度和具體的隔離度指標(biāo)要求，此方案有可能從原理上就無法實(shí)現(xiàn)。

如果采用新建站的方式，由于在網(wǎng)設(shè)備投入時(shí)間較短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到退役年限，則在運(yùn)營商端存在著相同站點(diǎn)二次立項(xiàng)、二次報(bào)批、二次落實(shí)資金等相關(guān)流程，即使能夠獲得項(xiàng)目批復(fù)，建設(shè)的黃金時(shí)間往往已經(jīng)錯(cuò)過。越是關(guān)系到國計(jì)民生的重要站點(diǎn)，比如機(jī)場樞紐、城市公共軌道交通、重點(diǎn)和亮點(diǎn)建筑群等，二次建設(shè)面臨的阻力和壓力就越大，政府的干預(yù)、業(yè)主方的配合協(xié)調(diào)、民眾的接受程度都是影響到項(xiàng)目能否順利實(shí)施的關(guān)鍵因素。綜合來考慮，運(yùn)營商不到萬不得已一定不會(huì)選擇這個(gè)方案。

二次建設(shè)面臨最直接的問題就是設(shè)備硬件成本的提高，新增頻段接入必然新增技術(shù)要求，新增保障設(shè)備無干擾運(yùn)行的更多設(shè)計(jì)保障手段。那么，到底有沒有一種造價(jià)相對(duì)較低，又能夠充分利舊、快速實(shí)施組網(wǎng)建設(shè)的新型擴(kuò)容方案呢？

LTE擴(kuò)容單元的商業(yè)價(jià)值就在于能夠融洽地解決上述問題，它具備現(xiàn)場快速安裝、可批量實(shí)施整改的特點(diǎn)，能夠大大節(jié)約升級(jí)改造的工程造價(jià)；它并沒有完全意義地廢棄原POI設(shè)備，而是最大程度地利用原POI提供的功能，并增補(bǔ)必要的隔離度，設(shè)備的硬件造價(jià)一定要低于新建POI設(shè)備。同時(shí)，還避免了原POI返廠或者在線改造發(fā)生的拆裝費(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用，是一種最為經(jīng)濟(jì)、快捷、高效、可靠的POI升級(jí)改造方案。

2 LTE擴(kuò)容單元的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)和原理介紹

2.1 LTE擴(kuò)容單元的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

LTE擴(kuò)容單元最大的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)就在于把不起眼的電橋“化腐朽為神奇”。電橋是非常普通的工程零件，通信行業(yè)內(nèi)普遍的認(rèn)識(shí)僅僅局限在電橋是用于同頻合路的，但對(duì)于正交電橋的正交特性（輸出相位差90°）卻普遍缺乏研究和應(yīng)用。而LTE擴(kuò)容單元恰恰是利用了這些不被大家關(guān)注的原理特性，并結(jié)合雙工器的頻率選擇特性，組合成了一種“1加1大于2”的新的功能體現(xiàn)，具體闡述如下：

首先利用正交電橋的正交特性（輸出相位差90°）和等功率雙路輸出特性，使信號(hào)通過2次電橋，產(chǎn)生4路相位不同的信號(hào)，通過對(duì)相位的控制實(shí)現(xiàn)信號(hào)的抵消和疊加。其中需要擴(kuò)容的信號(hào)頻段和濾波器的通帶相同，信號(hào)在進(jìn)入濾波器前經(jīng)過1次電橋，通過濾波器后再經(jīng)過1次電橋，達(dá)到2次經(jīng)過電橋控制4路相位的目的，從而在ANT端口實(shí)現(xiàn)疊加，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)容信號(hào)的傳輸接入；另一路原覆蓋信號(hào)經(jīng)過1次電橋后，由于濾波器不能通過該信號(hào)，濾波器的阻帶會(huì)反射原覆蓋信號(hào)，信號(hào)被反射后再次經(jīng)過電橋，被濾除的信號(hào)成為有利用價(jià)值的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相位控制產(chǎn)生抵消和疊加，控制在ANT端口實(shí)現(xiàn)疊加后相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)了原覆蓋信號(hào)的接入傳輸。

這種設(shè)計(jì)方法的核心理念就是充分利用不同器件專有特性進(jìn)行互補(bǔ)、組合，用常見的器件實(shí)現(xiàn)了非常規(guī)器件的功能。帶通濾波器非常常見，也很容易設(shè)計(jì)，再加上正交電橋的相位變換功能，就可以把帶通濾波器的通帶變阻帶、阻帶變通帶，從而實(shí)現(xiàn)了同時(shí)實(shí)現(xiàn)多通路帶阻的功能。同時(shí)，帶通濾波器自身的帶外抑制功能又能夠提供待擴(kuò)容系統(tǒng)和原有系統(tǒng)之間無擾共存需要的最少隔離度。該設(shè)計(jì)方法具有擴(kuò)容頻段選擇面廣、理論附加插入損耗為0dB等特點(diǎn)，對(duì)于擴(kuò)容系統(tǒng)而言，能夠提供待擴(kuò)容系統(tǒng)和原接入系統(tǒng)之間兼容指標(biāo)最大程度地優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，如有二次擴(kuò)容需求，則可以通過更換核心模塊實(shí)現(xiàn)。

設(shè)備原理圖如圖1所示：

圖1 設(shè)備原理圖

2.2 LTE擴(kuò)容單元的原理介紹

新系統(tǒng)的擴(kuò)容接入首先不能影響老系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這是前提；其次才應(yīng)該考慮新系統(tǒng)接入后的插損盡可能地小、干擾盡可能地少，整體覆蓋效果不發(fā)生明顯惡化。下面將分別介紹原POI設(shè)備的老系統(tǒng)信號(hào)以及新擴(kuò)容的系統(tǒng)信號(hào)是如何通過擴(kuò)容單元接入天饋系統(tǒng)并無擾共存的。

（1）新擴(kuò)容的系統(tǒng)信號(hào)

新擴(kuò)容的系統(tǒng)信號(hào)流向圖如圖2所示。

圖2 擴(kuò)容系統(tǒng)信號(hào)流向圖

擴(kuò)容信號(hào)通過正交電橋A，在電橋的輸出端口產(chǎn)生了f的相位差，即一個(gè)端口信號(hào)的相位為φ，則另一個(gè)端口為(φ-f)°（正交電橋的特性Δf為90°）。為了便于理解和方便計(jì)算，假定輸入相位為0°，輸出端口分別為-90°（耦合端口）和-180°（直通端口），也就是說φ為90°、Δf為90°。2路信號(hào)分別通過了濾波器，該濾波器是擴(kuò)容系統(tǒng)的通帶，阻其它頻帶的信號(hào)通過，通過濾波器后會(huì)產(chǎn)生相位變化，但由于2個(gè)濾波器是相同的，所以相位差還是90°，可以認(rèn)為不變。-90°相位的信號(hào)此時(shí)到達(dá)了另一個(gè)正交電橋B，同理該信號(hào)在電橋的輸出端口也產(chǎn)生了兩個(gè)相位的信號(hào)，分別為-180°（耦合端口）和-270°（直通端口），而另一個(gè)-180°信號(hào)通過該電橋后同樣產(chǎn)生了兩個(gè)相位相差90°的信號(hào)，分別為-360°和-270°。此時(shí)可以看到電橋B其中的一個(gè)端口同時(shí)有-180°和-360°的信號(hào)，其幅度相同、相位相反，剛好抵消，此端口無信號(hào)通過；電橋B的另一個(gè)端口（連接天饋）存在2個(gè)-270°的信號(hào)，其幅度相同、相位相同，剛好疊加，此時(shí)的功率等于擴(kuò)容信號(hào)的輸入功率，理論插損為0dB，但考慮到線損和濾波器的損耗，其插損約為0.2dB，到此時(shí)擴(kuò)容信號(hào)已經(jīng)順利地到達(dá)了天饋進(jìn)行覆蓋。

（2）原POI設(shè)備的老系統(tǒng)信號(hào)

原POI設(shè)備的老系統(tǒng)信號(hào)流向圖如圖3所示。

圖3 原系統(tǒng)信號(hào)流向圖

圖3 （a）為原理圖，描述的是如何利用開路器的全反射特性有選擇疊加或者抵消信號(hào)。圖3（b）是設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，原覆蓋的寬頻信號(hào)通過POI端口輸入到了電橋中，同樣產(chǎn)生了兩個(gè)相位相差90°的等幅信號(hào)，其中一個(gè)為-90°（即φ為90°），則另一個(gè)信號(hào)相位為-180°（Δf為90°，同時(shí)圖中的β是正交電橋的代號(hào)，也可以理解為90°，與Δf是一個(gè)含義）。為了便于計(jì)算和理解，假定輸入信號(hào)相位為0°，則電橋的兩個(gè)輸出端一個(gè)是-90°相位的信號(hào)，則另一個(gè)就是-180°的信號(hào)。這2路信號(hào)傳輸至濾波器時(shí)，由于濾波器是不能通過原覆蓋信號(hào)的（濾波器的頻率選擇特性），在此處這2路信號(hào)被全反射，相位翻轉(zhuǎn)0°或者180°（根據(jù)濾波器接口設(shè)計(jì)形式不同，開路時(shí)相位翻轉(zhuǎn)0°，短路時(shí)相位翻轉(zhuǎn)180°，此處以短路的相位翻轉(zhuǎn)進(jìn)行說明），變成了一個(gè)-270°的信號(hào)和一個(gè)-360°的信號(hào)（也就是0°）。這2路信號(hào)回到相同電橋后，又分別產(chǎn)生了2路相位相差90°的信號(hào)，最終在原覆蓋的輸入端口和連接天饋的輸出端口產(chǎn)生了共計(jì)4路相位變換處理過的信號(hào)，其中在輸出端口獲得0°和180°的相位相反、幅度相同的信號(hào)，剛好抵消；在連接天饋的端口上產(chǎn)生了2個(gè)-90°的相位相同、幅度相同的信號(hào)，剛好疊加，其功率和輸入信號(hào)完全相同，理論插入損耗為0dB?？紤]到主線損耗和反射損耗，實(shí)際插損約為1dB，此時(shí)原POI設(shè)備的老系統(tǒng)信號(hào)也接入到了天饋系統(tǒng)，新增插損很小，所以覆蓋效果與擴(kuò)容前相比基本沒有變化。

綜上所述，無論是新擴(kuò)容的系統(tǒng)信號(hào)還是原POI設(shè)備的老系統(tǒng)信號(hào)，如果需要按照設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)抵消或者疊加，相位控制至關(guān)重要。這就對(duì)組成整機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵模塊、附加的電纜組件等都提出了關(guān)于相位的嚴(yán)格要求，比如正交電橋后端兩個(gè)通路使用到的電纜組件的相位差應(yīng)控制為零；對(duì)于用于信號(hào)反射的關(guān)鍵模塊雙工模塊，一致性一定要強(qiáng)，雙工器的接頭設(shè)計(jì)方式有開路和短路形式，二者的反射相位相差90°，為了達(dá)到預(yù)想的信號(hào)抵消或者疊加效果，兩個(gè)通路的雙工器必須選擇相同接頭設(shè)計(jì)形式的，而不能混搭使用，這也是擴(kuò)容單元產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程中關(guān)鍵的質(zhì)量工藝控制要點(diǎn)。

3 結(jié)束語

LTE擴(kuò)容單元的核心價(jià)值在于方案設(shè)計(jì)，對(duì)于生產(chǎn)制造商的材料工藝選擇、生產(chǎn)精度的要求并不算很高，具備規(guī)模量產(chǎn)的可能性。同時(shí)，先期市場培育也已經(jīng)成熟，已有比較清晰、可落地實(shí)施的盈利模型。

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Principle and Application of LTE Extension Unit of POI Equipment

DONG Xin
(China Tower Corporation Limited, Anhui Branch, Anhui 230088, China)

Demand analysis, commercial value, design highlight and principle of LTE expansion unit discussed and a fast and effective POI upgrade expansion solution was proposed in this paper. As the highlight product, LTE expansion unit was emphatically introduced. It has commendable universality and commercial value which can be applied to fast fi eld expansion and upgrade of different systems and modes.

LTE expansion unit point of interface (POI) expansion upgrade

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.10.006

TN929.53

A

1006-1010(2015)10-0032-04

董鑫. POI設(shè)備LTE擴(kuò)容單元的原理和應(yīng)用[J]. 移動(dòng)通信, 2015,39(10): 32-35

2015-04-09

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

董鑫：工程師，學(xué)士畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)金屬材料工程專業(yè)，碩士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)電子與通信工程專業(yè)，現(xiàn)任職于中國鐵塔股份有限公司安徽省分公司，主要研究方向?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、設(shè)計(jì)和建設(shè)等方面。