面向四網融合的通信網絡建設策略探討

周忠春

摘 要：隨著通信技術的發(fā)展，我國開始對四網融合技術進行分析研究，本論文重點探討了四網融合的關鍵技術問題和發(fā)展策略，首先簡單介紹了當前國內外的研究現狀，在此基礎上分析了四網融合中的關鍵性技術問題，并給出了具體的四網融合發(fā)展策略與建議，從四網融合場景模型構建和四網融合改造內容兩個角度詳細探討了四網融合發(fā)展的策略，對于進一步提高四網融合技術的應用水平具有較好的借鑒和指導意義。

關鍵詞：移動通信;四網融合;發(fā)展策略

1 引言

在4G時代，中國移動采用TDD-LTE知識產權標準;中國聯通、中國電信計劃，采用FDD-LTE（Frequency Division Duplexing）和TDD-LTE二種知識產權標準。FDD通過頻率來分割上行和下行的通道，在兩個對稱頻率上，一個是下載通道，一個是上傳通道。TDD-LTE采用另一種方式。它只用一個頻率，既負責上傳，又負責下載;好處是比FDD省了一個頻率占用，資源利用率更高（實際上TDD-LTE為了避免干擾，需要預留較大保護帶，也會消耗一些資源）。因為TDD-LTE只能通過時間來控制交通（時分雙工），一會讓下載的流量通過，一會又讓上傳的流量通過，因此TDD-LTE在覆蓋成本、傳輸速率、無線帶寬、用戶體驗、運營成本方面同競爭對手相比均存在著一定的劣勢。如表現在手機端，TDD會比FDD網速慢一些。目前，FDD-LTE理論下行速度為150Mbps，TDD-LTE理論下行速度為100Mbps。

本論文主要探討四網融合過程中出現的關鍵性技術問題，對其展開深入分析探討，同時給出四網融合的發(fā)展策略與建議，并以此和廣大同行分享。

2 四網融合研究技術分析

2.1 四網融合的概念

四網融合：在現有的電信網、計算機網（互聯網）和廣播電視網（有線電視網）的三網融合基礎上加入智能電網，成為四網融合。

2.2 國內外研究現狀

2010年7月北京發(fā)布了《北京移動新建四網融合室內覆蓋設計指導書》;2015年5月25日，四川省人民政府與騰訊公司在成都簽署戰(zhàn)略合作協議，就“互聯網”達成全面深層合作，共建智慧四川;同時，國網四川省電力公司也與騰訊簽訂了“互聯網電網”項目合作協議，正式實施“互聯網電網”戰(zhàn)略，開展全方位、深層次的戰(zhàn)略合作。

目前國內在基于室內覆蓋的四網融合方面的指導性文件不多，如《北京移動新建四網融合室內覆蓋設計指導書》，主要是從新建的角度對四網融合的室內覆蓋的設計參數進行了明確，而對于針對現有的網絡，如何從技術、成本、工期、效益角度考慮，更好的進行改造，沒有給出明確的指導意見。

國外由于4G制式的原因，關于2G/3G/LTE/WLAN融合相關室內覆蓋相關文件較少。

2.3 四網融合建設關鍵技術點分析

現針對四網室內融合，其分布系統為引入TDD-LTE和802.11n所進行的改造，主要關注以下幾個方面：

（1） MIMO雙流在室內分布系統中的引入策略

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術指在發(fā)射端和接收端分別使用多個發(fā)射天線和接收天線，使信號通過發(fā)射端與接收端的多個天線傳送和接收，從而改善通信質量。它能充分利用空間資源，通過多個天線實現多發(fā)多收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統信道容量，顯示出明顯的優(yōu)勢、被視為下一代移動通信的核心技術。

LTE系統中引入了MIMO技術，能夠有效提高業(yè)務速率。對于MIMO方式，可考慮兩種方式：多用戶（MU-MIMO）方式和單用戶MIMO（SU-MIMO）方式。

① 多用戶MU-MIMO

多用戶MIMO方式又稱作為空分復用方式，可以利舊原有網絡的天線點設置而不作改變。不同樓層使用不同的通道，由于空間隔離而實現空分復用。同一樓層為單通道覆蓋方式，每個覆蓋點只有一根天線。

多用戶MU-MIMO的優(yōu)點是：

不改變現有的分布式天線結構，僅在信號源接入側發(fā)生變化，改造施工方便。

系統吞吐量可以提升：和不采用空分復用相比，在采用2通道RRU的情況下，系統吞吐量理論上能夠達到2倍。

MU-MIMO的缺點：對單個用戶而言，由于其所處的樓層分布系統僅有單天線， MIMO不發(fā)揮作用，與雙路的分布系統（SU-MIMO）相比，用戶峰值速率為雙流系統的一半左右。

② 單用戶SU-MIMO

SU-MIMO模式需要改變原有網絡的天線點設置，即在同一覆蓋點由原來的單個天線點擴展為兩個天線，通常是兩個物理位置，每個天線有單獨的物理通道。為了保證多樓層的覆蓋，可以用分路器將多通道的信號分路到不同樓層，采用分布天線點覆蓋樓層，用戶根據分配資源的不同來進行區(qū)分。

本論文中所探討的TD-LTE規(guī)模試驗網中采用BBU+RRU作為信源，可采用雙路室內分布系統方式實現2×2 MIMO。這種方式比傳統的室內分布多了一路，但可以較好地實現MIMO。

單用戶SU-MIMO方式的優(yōu)點是：

完整的MIMO特性，用戶峰值速率獲得提升。雙流方式和單流方式相比，理論上可以提供兩倍的用戶峰值速率。

小區(qū)吞吐量可以提升。小區(qū)吞吐量提升值與MU-MIMO方式相同。

單用戶SU-MIMO方式的缺點就是需要對原有的分布系統進行較大的改造，包括分布電纜、天線等。由于采用多個通道和多個天線點，需要增加天線點和分布電纜。

（2） 異系統干擾共存解決方案

① 隔離要求計算

當室內環(huán)境部署多個通信系統時，其中一個系統的發(fā)射信號會對另一個系統的信號接收造成影響，主要表現為以下三種方式：

雜散干擾：通信系統發(fā)射機的帶外寄生發(fā)射，落入其它通信系統接收頻段而造成的干擾。

阻塞干擾：接收機接收信號時，受帶外異系統的強信號影響而引起的接收飽和失真而造成的干擾。

交調干擾：當多個強信號同時進入接收機時，在接收機前端非線性電路作用下產生交調頻率，交調頻率落入接收機中頻頻帶內造成的干擾。

一般而言，交調干擾比雜散干擾要小得多，因此主要分析雜散干擾與阻塞干擾以及對天線工程安裝所提出的隔離要求。

② 隔離要求實現

異系統間隔離通過以下三種方式實現：

分布系統損耗

天線間的空間距離形成的空間耦合損耗

合路器不同端口間的隔離度

3 四網融合發(fā)展策略與建議探討

3.1 規(guī)劃建設四網融合多場景模型

對于城市無線網絡覆蓋重點區(qū)域，依據建筑物特征及網絡覆蓋特點、綜合考慮用戶特征、業(yè)務需求，制定相應的網絡規(guī)劃建設方案，從而使網絡規(guī)劃與業(yè)務需求相匹配，滿足業(yè)務發(fā)展需求。

（1） 場景細分

無線網絡覆蓋主要場景可以初步細分成如下幾種：

① 住宅小區(qū)：分為高層、小高層、多層和低密度低層等四個二級場景進行分析;

② 高校：分為宿舍樓、教學樓、食堂和圖書館等四個二級場景進行分析;

③ 商務寫字樓與商業(yè)街區(qū)：分為大型建筑、中型建筑和步行街等三個二級場景進行分析;

④ 會展中心：分為開放式和封閉式等兩個二級場景進行分析。

（2） 不同場景的覆蓋方案、資源配置建議

根據不同場景建筑物特征，用戶群特征及業(yè)務模型，制定多網協同覆蓋建設方案及資源配置方案。如在高校場景下，以學生用戶為主，覆蓋場景可以進一步細分如下：

① 圖書館：該類型建筑物多為鋼筋混凝土結構或鋼筋混凝土結構外加玻璃幕墻， 通常樓層較高。該類型建筑穿透損耗情況復雜，樓層間穿透損耗也較大。語音和數據業(yè)務需求均較高，大部分仍然是學生用戶小部分是高校領導和教師。

② 教學樓：該類型建筑物多為鋼筋混凝土結構或鋼筋混凝土結構。該類型建筑穿透損耗情況復雜，樓層間穿透損耗也較大。語音和數據業(yè)務需求均較高。大部分仍然是學生用戶，小部分是高校領導和教師。

③ 宿舍樓：宿舍樓區(qū)建筑物為鋼筋混凝土框架，房間間隔主要為磚混結構。校園區(qū)用戶密度高，語音和數據業(yè)務需求均較高?；救慷际菍W生用戶。

另一方面，需要注意的是，在規(guī)劃不同場景的建設策略時，需考慮：

① 干擾分析

從各系統接收靈敏度，阻塞干擾抑制，雜散干擾抑制、交調干擾抑制等多方面分析干擾，并提出解決方案和硬件參數建議

② 切換分析

通過對站點自身建筑結構，以及周邊建筑，主干道等環(huán)境因素再結合站點人流量分析切換區(qū)域，同時提出分區(qū)規(guī)劃，并設置切換帶，以保證深度覆蓋。

③ 各業(yè)務區(qū)覆蓋分析

四網融合站點針對不同的用戶群實行分區(qū)覆蓋，尤其高端用戶，一定保證 LTE和802.11n的深度覆蓋和帶寬，以提高企業(yè)形象。

3.2 明確四網融合需要進行的技術改造內容

（1） 新增信源

TD-LTE室內分布系統信號源需要綜合考慮目標樓宇的覆蓋和容量要求，按照不同類型目標樓宇的業(yè)務需求、資源情況、無線環(huán)境情況和所選室內分布系統類型選擇對應的信源。TD-LTE規(guī)模試商用網室內分布系統采用分布式基站（BBU+RRU）作為信源。

（2） 合路方式

當新建LTE系統利舊原有分布系統時，選用隔離度滿足要求的合路器/POI，滿足系統合路與隔離要求。

多系統共用一個分布系統要求功率匹配，包括信號源輸出功率匹配;不同頻段的信號在分布系統中由于傳輸損耗不同產生的影響;邊緣覆蓋場強的不同要求;不同頻段的無線電波空中損耗不同而產生的影響等，需要設計人員根據不同要求和不同建筑的實際情況綜合考慮。

采用雙路分布系統（SU-MIMO）時，覆蓋同一區(qū)域的兩個天線的天線口功率應保持匹配，不宜差異過大，以免影響MIMO的性能。對于利舊原系統并新建一路系統實現雙路的，尤其要做好天線口功率預算。

（3） 器件改造

中國三大通信運營商主要工作頻段如下：

由于頻段差異導致原有室內分布系統無源器件可能需要進行改造。無源器件指功分器、耦合器、電橋、室內分布用的天線、饋線、接頭、衰減器、負載等。對于無源器件改造主要考慮以下幾個方面：

① 帶寬：一般室內覆蓋系統都會接入多個系統。對于新建的室內分布系統，無源器件的工作帶寬至少要考慮：2G、3G以及TD-LTE的核心工作頻段。建議工作帶寬的要求為800～2600MHz以滿足TD-LTE可能的工作頻段。

② 損耗：由于LTE使用較高頻段，損耗較大。無源器件的插損、駐波比、互調等指標都可參照原有2G/3G的指標。饋線則需要選擇在LTE頻段有相對較小的損耗的型號。對于泄漏電纜，需要考慮傳輸損耗、耦合損耗等是否滿足要求。

4 結語

從四網融合的建網成本角度考慮，盡可能利用現有資源可以節(jié)省投資，共用機房既提高了機房利用率，又節(jié)約了物業(yè)協調，傳輸接入的投資;同時綜合利用現有資源也可以縮短建設周期，提高工程建設效率。分布系統的建設周期長，因此突發(fā)事件多，合理利用原有資源省略了諸多環(huán)節(jié)，有效避免了不利因素導致的阻工;另外，從長遠的發(fā)展角度考慮，有些站點可以作為戰(zhàn)略資源儲備進行預留，以便后期多業(yè)務的引入。

如國家電網已經和包括中國移動、中國電信等在內的運營商合作，推出的各項服務，包括無線電力抄表、路燈控制、設備監(jiān)控、負荷管理、智能巡檢、移動信息化管理，可幫助相關公司對電壓、電流等參數采集等功能，也可幫助市政部門有效提高道路照明質量，保證城市整體亮燈率和設備完好率，避免電能、人力物力無謂浪費。

本論文對于四網融合的技術問題所作的簡單探討只是對四網融合實施過程中諸多技術難題的一次簡單分析，更多的技術問題的解決有待于廣大通信工程師的共同努力，才能在后期四網融合實際操作領域內有所可行性執(zhí)行。

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