4G網絡建設正在迅速推進,室內覆蓋面臨新的課題。4G普遍使用更高頻段,信號的穿透損耗和路徑傳播損耗大,單純使用室外宏站照射的方式無法解決室內覆蓋的需求;4G采用MIMO多天線技術提高數據吞吐量,室內分布系統必須以可靠而又經濟的方式實現MIMO雙通道傳輸,以最大化地發揮4G高帶寬特性,保證終端用戶在室外室內業務體驗的一致性。
這種背景下,傳統室內分布系統的缺陷就凸顯出來。首先,傳統室分系統使用銅纜作為信號傳輸介質,銅纜路損大,加上器件插損,制約了傳統室內分布系統信號的傳輸范圍,即覆蓋范圍非常有限,信號源(RRU)的利用率低。其次,傳統室內分布系統為無源系統,對于天線口輸出功率的控制完全依賴于理論計算和設計,但在實際工程執行中,設計的輸出功率和實際輸出功率往往存在偏差,甚至是較大的偏差,導致覆蓋無法達不到預期效果;同時,室分系統的整改工程量巨大,造成工程維護成本的抬升。再次,傳統室內分布系統在實現MIMO雙通道傳輸上工程施工復雜,這個問題在舊站點改造中尤顯突出。傳統方案實現MIMO2*2傳輸一般而言有兩種方式:一種方式是在原有分布系統上疊加一套單獨的4G分布系統,需要新鋪設兩路饋線,顯然這樣的方案資源利用率低,重復建設;另一種方式是新鋪設一路饋線,利舊原有系統的一路饋線來實現雙通道,但是新舊兩路饋線難以達到雙路的功率和時延平衡,由此會造成空口數據吞吐量的損失;實際驗證表明,雙通道功率不平衡度達到3dB時,空口吞吐量會下降20%-25%,這樣就無法充分發揮MIMO2*2傳輸的優勢。而且,無論是新建一路還是新建兩路饋線,都意味著繁重的工程量,存在物業協調的困難。
因此,4G的規模商用,客觀上要求室內分布技術必須要有所創新。在這種背景下,上海中興通訊技術有限責任公司自主研發了光分布系統(MIOS)、移頻系統(ZXDAS T22)和MiANT天線系統三個室內分布創新解決方案。
光分布系統(MIOS:Multi-Network Integration Optic Distribution)全稱:多網融合微功率光纖分布系統。顧名思義,其具有三個主要特征:一是采用光纖(光電復合纜)作為傳輸介質,替代了傳統的銅纜;二是對各種制式的信源一體化綜合接入;三是天線口微功率均衡輸出,而實現這一點則必須采用有源天線,因此,光分布系統亦可稱為有源光分布系統。
光分布系統是由接入控制單元(AU)、近端擴展單元(EU)和遠端射頻單元(RU)三個功能模塊構成的三級架構的分布系統。信源的信號由饋線耦合出來并傳輸到接入控制單元(AU),接入控制單元將模擬信號轉換為數字光信號,通過光纖傳輸到近端擴展單元(EU),近端擴展單元再通過光電復合纜傳輸到遠端射頻單元(RU)。
遠端射頻單元(RU)有三種形態:室分合路型,室內內置天線型和室外內置天線型。室分合路型的遠端射頻單元可以通過饋線連接傳統室分天線。室內內置天線型則直接放裝。近端擴展單元(EU)通過光電復合纜為遠端射頻單元遠程供電。
光分布系統不但可以接入2G、3G信號和4G雙路信號,還可以透傳WLAN和有線寬帶信號,是名副其實的多網融合分布系統。
相較于傳統的銅纜無源系統,光分布系統有很多突出的優勢。在銅纜系統中,受限于線路損耗,信源到天線的極限距離不超過200米,而光分布系統的理論傳輸距離可以達到5千米,大大超過傳統以銅纜為傳輸介質的分布系統。銅纜系統的各個天線口基本無法做到等功率輸出,容易造成過覆蓋或弱覆蓋,影響覆蓋效果,而光分布系統是有源系統,可對遠端射頻單元(RU)的輸出功率進行調節,從而輕松實現等功率均衡覆蓋,這樣就大大降低了方案設計的難度,減少了網絡整改的工作量。光分布系統采用光纖作為傳輸介質,光纖比銅纜易于安裝布放,從而可以降低施工難度,利于靈活組網,同時由于擴展單元和遠端單元都采用盒式設計,具有美化和隱蔽的特點,可以進入傳統室分系統難以進入的樓宇站點。最后,光分布系統是一套可監控的分布系統,在設備出現故障的情況下,可快速地定位故障,為維護提供了便利,也能有效地減少用戶投訴,提升用戶的滿意度。
光分布系統的主要應用場景為覆蓋面積較大的新建物業,如車站、機場等。其次是樓宇和人口密集等業務熱點區域,如傳統室內分布方案難以進入的物業:城中村。
4G商用之后,大量2G/3G的傳統分布系統為了能夠實現MIMO雙通道傳輸,需要進行升級改造,如前文所述,傳統的改造手段,無論是新增兩路饋線還是新增一路饋線,都有著這樣那樣的問題,針對這種情況,上海中興提出了不用新增饋線而實現MIMO雙通道改造創新方案,即移頻系統,根據其實現方式,也可稱為單饋雙流系統。
單饋雙流系統的設計主旨,是盡可能減少對原有系統的改造,不增加饋線,同時最大程度地實現MIMO雙通道的高帶寬優勢,為了做到在一路饋線里傳輸兩路LTE信號,就需要對一路信號進行頻率遷移,因此單饋雙流系統又稱為移頻系統。
移頻系統的原理:是對一路LTE信號進行變頻處理,如此,在饋線中傳輸的就有四路信號:2G、3G、LTE1、LTE2(變頻),信號到達天線端,變頻LTE2信號被調解還原到初始頻段,輸出至雙極化天線發射;該雙極化天線集成變頻功能,為有源雙極化天線。有源天線的取電則由饋電單元來提供。
移頻系統在原有天饋系統上,僅需新增了兩種設備:有源合路器和直流饋電單元,有源合路器完成信號合路與變頻,直流饋電單元功能則是通過饋線給有源天線供電;替換了兩種器件:有源天線和過流耦合器,原來的無源天線需要替換成有源雙極化天線,原來的耦合器因為無法過直流電,需要替換為過流耦合器;耦合器一般都在距離天線1米左右的位置,因此可以在替換天線時順便完成替換,工程上不存在太大的困難。
有源天線可以對還原后的LTE2信號和LTE1信號進行功率和時延的均衡處理,將功率不平衡度控制在0.5dB的范圍內,從而最大程度地保證了MIMO的效果,經過不同規模實驗局工程驗證,移頻系統可以實現與新建兩路饋線完全一致的LTE數據速率。
上海中興是業界目前僅有的幾個開發出移頻系統的廠家之一,從2013年底至今,上海中興已經在全國17個省份建設了20個移頻系統實驗局,并在2014年初獲得國內第一個,也是最大的一份商用合同—廣東移動1075萬的訂單;2014年8月,移頻系統在四川省也開始商用。
針對公路隧道、居民樓等傳統室分建設的難點場景,上海中興還開發了MiANT天線系統。MiANT是高度集成化的天線,體積小巧,直接在饋線上開孔安裝,目前已經在北京等地完成了測試,效果良好,后期有望在室分網絡建設中獲得大量的應用。
歡迎參觀2014年中國國際信息通信展覽會,蒞臨上海中興展位,了解更多4G室內分布系統創新解決方案,展位號8A015。