PLC技術(shù)在LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

1 引言

伴隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)，4G用戶數(shù)已經(jīng)步入了規(guī)模增長(zhǎng)階段。用戶體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量息息相關(guān)，LTE網(wǎng)絡(luò)不可避免地存在一些覆蓋的盲區(qū)，受各種條件限制，在這些盲區(qū)新建基站和室分系統(tǒng)通常都存在一定困難。通過電力線傳輸無線信號(hào)到用戶端，可以減少建設(shè)中的阻力，有效解決LTE覆蓋的盲區(qū)，并降低建設(shè)成本。

2 LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化遇到的困難

LTE是由3GPP組織制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)。通過LTE網(wǎng)絡(luò)云數(shù)據(jù)系統(tǒng)提取的指標(biāo)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：LTE終端出現(xiàn)的掉線、連接困難、網(wǎng)速慢等現(xiàn)象多分布于大型高層建筑和城中村這兩類盲區(qū)（見圖1）。

圖1 南寧市4G弱覆蓋區(qū)域分布圖

一方面這些覆蓋盲區(qū)亟待解決，另一方面由于經(jīng)濟(jì)（高額入場(chǎng)費(fèi)和租金）和安全（業(yè)主以及周邊鄰居擔(dān)心輻射拒裝基站）等因素，在這些區(qū)域建設(shè)室分和宏站比較困難。因此，利用已有的電力線路部署室內(nèi)分布系統(tǒng)成為一個(gè)重要的課題。

3 PLC技術(shù)

電力線通信技術(shù)（Power Line Communication，PLC），是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號(hào)的一種通信方式。該技術(shù)是把載有信息的高頻信號(hào)加載于電流，然后用電線傳輸接受信息的調(diào)制解調(diào)器，再把高頻信號(hào)從電流中分離出來，并傳送到接收機(jī)，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

PLC技術(shù)采用的調(diào)試方式為OFDM。HpmePLUG 1.0的規(guī)范覆蓋4～21MHz的通信頻段，在這個(gè)頻段內(nèi)劃分了84個(gè)OFDM通信信道。OFDM的原理是幾個(gè)通信信道按90°的相位作頻分，這樣的結(jié)果是當(dāng)某一個(gè)信道波形過零點(diǎn)時(shí)相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會(huì)因外來的干擾而交疊、串?dāng)_。

PLC設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負(fù)責(zé)與內(nèi)部PLC調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時(shí)，來自用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號(hào)解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的網(wǎng)絡(luò)。調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)、耦合電路和解調(diào)器等部分組成的PLC設(shè)備的傳輸模塊，其中振蕩器是為調(diào)制器提供一個(gè)載波信號(hào)。在發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，待發(fā)信號(hào)從TXD端發(fā)出后，經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)送到功放級(jí)進(jìn)行放大，再經(jīng)過T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)和耦合電路把已調(diào)信號(hào)加載到電力線上。接收數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)射模塊發(fā)送出的已調(diào)信號(hào)通過耦合電路和T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)進(jìn)入解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后提取原始信號(hào)，并將原始信號(hào)從RXD端送到下一級(jí)的數(shù)字設(shè)備中。PLC的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）實(shí)現(xiàn)成本低：可以直接利用已有的電網(wǎng)配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，不需要額外布線。

（2）范圍廣：電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，PLC可以滲透到每個(gè)有電力線的地方。

（3）高速率：PLC能夠提供高速的傳輸；目前其傳輸速率依據(jù)設(shè)備廠家的不同分布在4.5～45Mbit/s之間，更高速率的PLC產(chǎn)品也在研制之中。

（4）接入點(diǎn)多：不管在哪個(gè)建筑都分布有電源插座，只要連接到電源插座上，就可以接入電力線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)。

（5）維護(hù)方便：對(duì)于電力線的維護(hù)，業(yè)主通常都會(huì)給予主動(dòng)積極的配合并及時(shí)報(bào)障。

目前，LTE接入網(wǎng)使用無線接入網(wǎng)IP化技術(shù)，在傳輸網(wǎng)絡(luò)里傳輸?shù)氖荌P數(shù)據(jù)包。這些下行鏈路數(shù)據(jù)包在輸入口通過光纖接入PLC調(diào)制解調(diào)器，利用GMSK或OFDM技術(shù)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后通過電力線傳輸模擬電信號(hào)，在靠近室分天線的輸出口接入PLC調(diào)制解調(diào)器將有效信號(hào)濾出解調(diào)，再轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)。最后，通過光纖、饋線傳到吸頂天線，射出覆蓋目標(biāo)區(qū)域；反方向就是上行鏈路傳輸路徑，原理如圖2所示。

圖2 PLC技術(shù)原理圖

4 PLC技術(shù)在LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

4.1 PLC技術(shù)在大型高層建筑LTE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

針對(duì)大型高層室內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋不足，傳統(tǒng)的解決方法是在這些建筑內(nèi)建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)改善LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋。建設(shè)室分系統(tǒng)的布線造價(jià)不菲，布線和設(shè)備安裝還要相應(yīng)物業(yè)公司配合，一旦有業(yè)主反對(duì)，難以實(shí)施建設(shè)。

使用PLC技術(shù)能夠有效降低施工阻力，既避免已有室內(nèi)裝修、空間分割等對(duì)施工的影響，又容易取得業(yè)主的同意。邕江郡是南寧市的高層建筑，該建筑的1～4層為大型商場(chǎng)，每層有1～2個(gè)裝修檔次較高的公共衛(wèi)生間，整體采用瓷磚鋪面，導(dǎo)致在公共衛(wèi)生間天花板走線困難，形成了覆蓋死角。在網(wǎng)優(yōu)施工中，利用業(yè)主的電力線傳輸LTE信號(hào)，在公共衛(wèi)生間布放美化板狀天線，有效實(shí)現(xiàn)了公共衛(wèi)生間信號(hào)覆蓋。電梯間、管道豎井狹窄，如布放光纜，難以達(dá)到彎曲半徑不小于光纜外徑的15倍、布放光纜的牽引力不超過光纜允許張力的80%等施工要求。使用電力線傳輸后，不再受以上放纜不利因素制約。

使用PLC技術(shù)還能夠節(jié)約建設(shè)成本。如果在邕江郡內(nèi)布放使用光纜的傳統(tǒng)室內(nèi)分布，僅光纜及其輔料的成本費(fèi)用就達(dá)到58528.97元。如果采用PLC技術(shù)，利用已有的電力線，只需要增加一批PLC調(diào)制解調(diào)器，PLC調(diào)制解調(diào)器的成本可以控制在1萬元左右。材料費(fèi)一項(xiàng)就節(jié)省了4.8萬元左右的成本，加上光纜布放的施工費(fèi)用（含安裝費(fèi)和光纜調(diào)測(cè)費(fèi)），總成本節(jié)約8萬元左右。

由于采取了PLC技術(shù)，通過電力線傳送LTE信號(hào)到用戶遠(yuǎn)端側(cè)，邕江郡的室分建設(shè)比較順利，LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到98.9%，提升了30.2%，達(dá)到良好的水平。與傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)相比，減少了工程量，縮短了工期，節(jié)約了承包。采用PLC技術(shù)的室分系統(tǒng)建設(shè)前后邕江郡LTE網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對(duì)比參見表1。

4.2 PLC技術(shù)在城中村4G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

城中村通常指農(nóng)村村落在城市化進(jìn)程中，由于全部或大部分耕地被征用，農(nóng)民轉(zhuǎn)為居民后仍在原村落居住而演變成的居民區(qū)。隨著城市的建設(shè)，目前南寧市的城中村約130個(gè)。城中村樓房密集林立，樓與樓之間距離較近，建站和光纜布線困難，導(dǎo)致LTE信號(hào)覆蓋較差，是網(wǎng)優(yōu)的重要場(chǎng)景之一。

平西村是南寧市較典型的城中村，私宅密集，很多房子的樓間距不足30cm，LTE信號(hào)受到建筑物阻擋，形成的慢衰落覆蓋盲區(qū)極多。平西村實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋需要10～20臺(tái)左右的LTE微站。微站一般放在光交箱上或者放在類似空調(diào)室外機(jī)的美化箱中。因分布廣泛，有些地方?jīng)]有光纜到位，接入開通困難。

村民家家戶戶都有電箱電表，電力線接入點(diǎn)分布很廣，在無法鋪設(shè)光纜區(qū)域采用電力線傳輸信號(hào)非常方便，因此采用PLC技術(shù)能有效克服上述困難。在平西村布放的19個(gè)微站中有14個(gè)采用PLC技術(shù)，保證了微站的開通率，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋率從60.1%提升到94.5%，改善明顯（見表2）。

5 結(jié)束語

表1 江都LTE網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)對(duì)比表

表2 平西村LTE網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)前后對(duì)比

通過大型高層建筑和城中村4G網(wǎng)絡(luò)PLC技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)的實(shí)際效果可以看出，PLC技術(shù)在LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)優(yōu)化中存在較大的運(yùn)用空間，其實(shí)用價(jià)值會(huì)隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日趨明顯，特別是在光纜布放困難的區(qū)域。