地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)低成本方案研究

李 軍

（中國(guó)電信股份有限公司 泰州分公司，江蘇 泰州 225309）

0 引 言

根據(jù)工業(yè)和信息化部官網(wǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，至2021年一季度，我國(guó)移動(dòng)電話用戶數(shù)已經(jīng)超過(guò)16億戶，移動(dòng)電話用戶普及率已達(dá)到113.7戶/百人。經(jīng)過(guò)電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)移動(dòng)通信無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的多期規(guī)劃部署，目前已基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通信信號(hào)在室外的全面覆蓋。但是一些地下停車(chē)場(chǎng)等，由于處于封閉場(chǎng)景中而導(dǎo)致無(wú)線通信信號(hào)衰減嚴(yán)重，形成了無(wú)線通信信號(hào)覆蓋的弱覆蓋區(qū)域。

2021年，各地政府相繼出臺(tái)政策，將地下室無(wú)線通信信號(hào)覆蓋列為民生實(shí)事工程，旨在解決人民群眾在突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)急通信保障和生命救援響應(yīng)，提升人民群眾的信息消費(fèi)體驗(yàn)。地下室的室內(nèi)無(wú)線通信信號(hào)覆蓋做為室外信號(hào)覆蓋的補(bǔ)充，成為了運(yùn)營(yíng)商無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)工作。

1 地下室室分覆蓋建設(shè)類(lèi)型現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的地下室無(wú)線通信信號(hào)覆蓋方案是通過(guò)分布式天線系統(tǒng)（Distributed Antenna System，DAS）進(jìn)行信號(hào)覆蓋，以基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）加射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）作為信源，利用均勻分布的全向吸頂天線，對(duì)地下室進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 傳統(tǒng)地下室室分覆蓋結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)的覆蓋方式能夠?qū)o(wú)線通信信號(hào)均勻地分布在目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)，因地下室場(chǎng)景中一般情況下人流量較少，雖然需求一定的話務(wù)量，但對(duì)無(wú)線通信信號(hào)不苛求。因?yàn)榈叵率业臒o(wú)線信號(hào)覆蓋投資收益比低，所以需要提出新的地下室無(wú)線通信信號(hào)室內(nèi)覆蓋方案來(lái)降低投資成本。

2 地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋低成本方案分析

根據(jù)地下室場(chǎng)景較封閉、開(kāi)闊、容量需求較低的無(wú)線通信信號(hào)需求情況，在保障滿足無(wú)線通信信號(hào)覆蓋效果的基礎(chǔ)上，本文從天饋方案的選取、無(wú)線通信信源選擇和整體方案創(chuàng)新調(diào)整等方面著手制定了地下室無(wú)線通信信號(hào)室內(nèi)覆蓋低成本方案[1]。

2.1 傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)優(yōu)化

傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)是全部采用全向吸頂天線組成天饋系統(tǒng)對(duì)地下室進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋，適用于比較空曠、形狀較為規(guī)則的地下室，不能適用于所有形狀的地下室，而且傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)用到的全向吸頂天線數(shù)量較多。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的地下室DAS系統(tǒng)是通過(guò)采用全向吸頂天線與定向壁掛天線綜合使用的DAS方案對(duì)地下室進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋。

地下室DAS優(yōu)化系統(tǒng)相較傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）地下室DAS優(yōu)化系統(tǒng)適用于更多地下室場(chǎng)景。對(duì)于縱向較長(zhǎng)地下室，可以采用定向壁掛天線從兩端做主要信號(hào)覆蓋，中間部分通過(guò)補(bǔ)充全向吸頂天線的方式進(jìn)行覆蓋。同時(shí)，有些地下室中建有隔斷，地下室車(chē)輛出入口是狹長(zhǎng)的通道，全向吸頂天線不能充分發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，這些都可以采用定向壁掛天線覆蓋，避免使用全向吸頂天線造成功率浪費(fèi)。

（2）降本增效。與全向吸頂天線相比，定向壁掛天線的覆蓋方向性更好。在同樣的功率下，定向壁掛天線相比全向吸頂天線，波束更為集中，所以天線增益更高、覆蓋距離更遠(yuǎn)。這樣就可以根據(jù)地下室情況進(jìn)行定向壁掛天線覆蓋，減少了覆蓋方案中天饋的布放數(shù)量，從而達(dá)到了降本增效的效果，如圖2所示。全向吸頂天線和定向掛壁天線的性能對(duì)比如表1所示。

圖2 全向天線和定向天線的波瓣

表1 全向吸頂天線和定向掛壁天線的性能對(duì)比

（3）便于施工，減少工期。地下室DAS優(yōu)化系統(tǒng)減少了天線的部署數(shù)量，同時(shí)減少了饋線的排布，使得方案更為簡(jiǎn)潔，減少了工作量，降低了施工難度，縮減了工程周期，有利于整個(gè)工程的開(kāi)通。

2.2 利舊現(xiàn)有站點(diǎn)信源

利舊現(xiàn)有站點(diǎn)信源是指利用樓宇已有室內(nèi)無(wú)線分布系統(tǒng)、樓頂?shù)喂嗾军c(diǎn)或者覆蓋目標(biāo)附近宏基站信源中的剩余功率，結(jié)合新增DAS優(yōu)化天饋系統(tǒng)來(lái)對(duì)地下室場(chǎng)景進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋。

傳統(tǒng)地下室覆蓋方案中，新增信源的主設(shè)備費(fèi)用在室分覆蓋工程總投資中所占比例很大，一般占總投資的40%～50%，對(duì)于面積較小的地下室，這個(gè)占比甚至更高。利舊現(xiàn)有站點(diǎn)信源的剩余功率來(lái)對(duì)地下室進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋，避免了新增室分信源，能夠大幅度降低地下室室分工程建設(shè)成本，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商對(duì)資源的管理也能刪繁就簡(jiǎn)，所以利舊現(xiàn)有站點(diǎn)信源應(yīng)在地下室無(wú)線通信信號(hào)室內(nèi)覆蓋中廣泛推廣。此方案由于是利用現(xiàn)有站點(diǎn)信源的剩余功率，且有饋線損耗，因此一般比較適合信源較近、地下室面積在4 000 m2以下的場(chǎng)景使用，或者較大的地下室附近有多個(gè)信源可利舊。

2.3 新建地下室室分基站方案

對(duì)于沒(méi)有現(xiàn)有站點(diǎn)信源可利舊的居民地下室，或者大型居民區(qū)內(nèi)較大的地下室需求無(wú)線通信信號(hào)覆蓋，往往需要對(duì)其新建室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋。本文提出以下幾個(gè)低成本覆蓋方案。

2.3.1 RRU+直放站

對(duì)于面積較大的地下室，饋線部署距離較長(zhǎng)，信號(hào)損耗比較大，往往新增1臺(tái)RRU信源設(shè)備無(wú)法滿足覆蓋需求，而新增多臺(tái)RRU信源設(shè)備成本較高，投資收益率低。為了提高降低成本，提高投資收益率，本文提出RRU加直放站的形式進(jìn)行地下室無(wú)線通信信號(hào)覆蓋。對(duì)于一些附近有其他站址信源的地下室，甚至可以不新增RRU，直接利舊其RRU信源設(shè)備，新增直放站進(jìn)行覆蓋[2]。

直放站屬于RRU信源的中繼器，通過(guò)大功率基站耦合器將RRU的信號(hào)耦合至直放站。在直放站中，通過(guò)低噪放大器將有用信號(hào)放大，抑制信號(hào)中的噪聲信號(hào)，提高信噪比；再經(jīng)下變頻至中頻信號(hào)，由濾波器濾波，中頻放大，再移頻上變頻至射頻，經(jīng)功率放大器放大，最終輸送到天饋系統(tǒng)中，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋[3]。

耦合直放站，使得RRU信源的無(wú)線通信信號(hào)覆蓋范圍得到了延伸，這樣就可以在不多增加RRU信源設(shè)備的前提下保證無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，從而實(shí)現(xiàn)“小容量、大覆蓋”目標(biāo)。從成本角度出發(fā)，1臺(tái)直放站的費(fèi)用一般只有1臺(tái)RRU費(fèi)用的1/3，可以看出RRU+直放站的覆蓋方案在保證無(wú)線通信信號(hào)覆蓋質(zhì)量的同時(shí)，進(jìn)一步縮減了工程成本。應(yīng)該注意的是，1臺(tái)直放站近端所匹配的直放站遠(yuǎn)端最好不要超過(guò)3臺(tái)，以免影響覆蓋效果。RRU+直放站的室分覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 RRU+直放站的室分覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3.2 皮基站

對(duì)于一些高檔小區(qū)、場(chǎng)景較為復(fù)雜（如隔斷比較多）的地下室，可以應(yīng)用皮基站對(duì)其進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)覆蓋或優(yōu)化[4]。

皮基站，也簡(jiǎn)稱(chēng)皮站（Pico Site），是一種比微基站更小的基站，覆蓋半徑為20～50 m，一般可分為一體化皮基站和分布式皮基站。

如圖4所示，皮基站中pRRU與RHUB之間是以網(wǎng)線相連接的，而傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)是以饋線連接，相比之下，皮基站覆蓋系統(tǒng)在材料上的成本有了明顯下降。在皮基站覆蓋系統(tǒng)中，當(dāng)網(wǎng)線不超過(guò)80 m時(shí)，pRRU設(shè)備可以脫離電纜供電，通過(guò)網(wǎng)線有源以太網(wǎng)（Power Over Ethernet，POE）的方式供電，從而減少了接電系統(tǒng)上的投資[5]。同時(shí)，皮基站的設(shè)備更為輕小、安裝更加方便、組網(wǎng)更加靈活，相比傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)減少了很多機(jī)房配套設(shè)施，同時(shí)大幅降低的施工難度、縮短了施工周期、減少了工程投資成本。此外，皮基站系統(tǒng)每一級(jí)的狀態(tài)都可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，如果出現(xiàn)問(wèn)題，可以更輕松、準(zhǔn)確、快速的排查到，并精準(zhǔn)地對(duì)問(wèn)題作出最佳的解決方案，極大地降低了后期人工維護(hù)成本，避免了人工巡檢中因人為主觀產(chǎn)生的問(wèn)題和漏洞。

圖4 分布式皮基站結(jié)構(gòu)圖

3 案例分析

在上述理論的基礎(chǔ)上，本文對(duì)幾個(gè)地下室進(jìn)行了無(wú)線通信信號(hào)覆蓋施工，通過(guò)實(shí)踐得到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了處理分析，如表2所示。

表2 不同覆蓋方案的測(cè)算對(duì)比

從上面的數(shù)據(jù)分析看到不同室分分布系統(tǒng)的覆蓋能力和單位面積工程的造價(jià)等信息。分析得出，在不影響無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋質(zhì)量的情況下，本文提出的幾種地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)低成本方案相較于傳統(tǒng)地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，不同程度上減少了工程投資，確實(shí)達(dá)到了預(yù)期的降本增效的效果。在設(shè)計(jì)地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋方案時(shí)，可以根據(jù)不同的覆蓋場(chǎng)景選擇其中1個(gè)或多個(gè)結(jié)合的方式進(jìn)行建設(shè)覆蓋。

4 結(jié) 論

大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，移動(dòng)通信已進(jìn)入到社會(huì)生活的方方面面，影響著人們的衣、食、住、行、用。移動(dòng)電話用戶的巨量增加以及我國(guó)居民城鎮(zhèn)化的趨勢(shì)，使得地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋成為無(wú)線通信覆蓋的重點(diǎn)之一。本文分析了地下室室內(nèi)覆蓋建設(shè)類(lèi)型現(xiàn)狀，從優(yōu)化傳統(tǒng)地下室DAS系統(tǒng)、利舊現(xiàn)有站點(diǎn)信源、新建地下室室內(nèi)分布系統(tǒng)這3個(gè)角度對(duì)覆蓋地下室提出了多個(gè)對(duì)應(yīng)的行之有效的建設(shè)建議，得出建設(shè)低成本、覆蓋質(zhì)量好的地下室無(wú)線通信室內(nèi)覆蓋方案。