解读3G室内覆盖系统发展之路

作者：邹淑华马振东
3G的宽带高速数据业务能力可以很好地实现无线IP业务，高速业务大多发生在室内，对室内覆盖系统有较高的要求。
如何建设满足3G需求和未来需要的室内覆盖系统是一个重要的课题。新一代室内覆盖系统将是一种全新的室内覆盖解决方案，与传统的系统相比，具有系统配置成本低、施工成本低、优化与维护成本低等特点。
高速数据业务是3G区别2G的主要特点之一，而相比室外用户而言，室内静止用户更有可能使用3G丰富多彩的数据业务， 3G为终端用户提供了许多新的业务，包括视频电话、视频流、游戏、MMS、E－mail、Web等，这些新业务更轻易在室内应用，而且其要求更高的网络容量和QoS保证。同时根据统计，室内用户分布密度一般大于室外用户两倍以上，高价值商务客户主要集中在室内，因此，保证网络良好的室内覆盖，是提高服务等级、发展客户的要害，是决定3G成败的重要因素。以日本DoCoMo公司为例，在其实施室内覆盖的建筑物内，话务量是未建设室内覆盖前的1.43倍。由此可见室内覆盖对于3G网络的重要性。
【解读3G室内覆盖系统发展之路】 中国的移动运营商历来重视室内覆盖的网络建设，已经建设了大批室内覆盖系统。但是传统的室内覆盖系统设计是基于2G网络的需求，覆盖方案关注的重点是满足语音和低速数据业务的覆盖需求，不能很好满足3G网络和业务对容量和质量的要求。在无线IP化的今天，以及3G和后续版本的移动通信系统将开始大规模应用高速数据传输的需求，呼唤着新的室内覆盖分布系统。
传统室内分布系统不能胜任3G
传统的室内覆盖系统一般采用四种方式：泄漏电缆方式、电分布方式(同轴电缆延伸的方式)、光纤分布的方式、同轴电缆与光纤分布相结合的方式。目前国内各移动运营商大量使用的是电分布方式。
*泄漏电缆方式
泄漏电缆通常用于对地铁、隧道等环境的覆盖。较其他方式而言，泄漏电缆成本很高，传输损耗大、距离短，且泄漏电缆本身粗笨，非凡是在楼宇内部，施工困难。
*电分布方式
电分布方式可以划分为有源和无源分布系统两种方式。
无源分布系统是信号源＋DAS（DistributedAntennaSystem）方式，信号源的射频功率通过功率分配器（功分器）、耦合器、衰减器、馈线等到达天线发射，途中经过分配损耗、电缆传播损耗和器件的介质损耗。
有源DAS系统主要是信号源和天线之间，即在电缆沿线上存在有源设备，比如干线放大器（干放）等，对电缆传输损耗进行的补偿。
由于有源设备带来噪声积累和非线性恶化，对系统容量及稳定性带来负面影响。因此，有源设备不宜过多使用，只是在电缆过长的一些支路使用，用以补偿较大的电缆损耗。
*光纤分布方式
光分布方式是通过光纤和光无源分配器件形成分布系统，这种方式的传输损耗小、不受电磁干扰、布线方便并且组网灵活，与同轴线缆相比，更适合于远距离的信号传输，但是，其设备价格较高，系统成本较高。
相比电分布系统而言，光分布系统中简化的设计（每个天线输出功率为固定的10dBm）和方便的施工优势（光纤细软易布线）可以抵消部分设备成本的劣势。
新一代室内分布系统应运而生
*中频传输室内覆盖系统
针对第二代室内分布系统的种种缺点，已有部分室内分布设备制造商进行了尝试与创新，结合国内实际应用情况推出了面向3G的室内覆盖系统解决方案。该方案以微功率基站做信号源，以中频传输为技术核心，以网线（小同轴）/光纤作为传输介质进行信号传输和分布，即在传统光纤分布的基础上采用光纤五类线的方式，很大程度上减少了传统电分布方式在系统设计与施工方面的难度。
该系统可以分为基本型和扩展型。
（1）扩展型主要用于大于2万平方米的楼宇，其由主单元、扩展单元、远端天线单元和天馈线系统组成。1个基本型主单元可直接带8个远端天线单元RAU ， 1个扩展型主单元最多可带4个扩展单元，每个扩展单元最多可带8个远端天线单元。如图1所示。
（2）基本型主要用于覆盖面积小于2万平方米的楼宇，其由主单元、和远端天线单元（RAU）和天馈线系统组成，中间采用五类线连接，远端天线单元根据需要可以外接1到4副天线。如图2所示。
多个主单元可以通过光纤级联成非常大的室内覆盖系统。
该室内覆盖系统的传输介质主要为光纤和五类线。光纤室内分布系统的主单元位于机房、扩展单元可放置在弱电竖井、远端天线单元根据需要可放置在吊顶或弱电竖井内。主单元和扩展单元之间采用光纤连接，传输距离更远、损耗更小；扩展单元与远端天线单元之间采用5类线传输中频信号。远端天线单元末端可直接接天线或者加无源分布系统进行覆盖。该系统的优点是可以充分利用楼宇的综合布线系统，减小工程的施工量，施工方便、周期短，便于业主协调，并能够降低系统的综合成本。
*分布式基站系统
为了满足3G室内覆盖的需要，华为等一些国内厂商也从信号源角度提出了自己的3G室内覆盖建设方案，即iDBS（indoorDistributedNodeB System）系统，其出发点是综合考虑3G系统平滑扩容的大容量需求和广覆盖需求，再考虑施工布线、射频设计等需求。

（1）iDBS（indoorDistributedNodeB System）系统
iDBS室内覆盖解决方案采用了分布式基站的设计思路，把传统形态的一体化基站分为基带单元BBU(BaseBandUnit)和射频单元RRU (Remote Radio Unit)两部分。为了进一步提高基站部署的灵活性， iDBS还在此基础上引入了RHUB和Pico RRU（pRRU）模块。其中：Pico RRU是一种小功率射频模块，其体积和重量都比射频单元宏RRU小得多，大小与便携计算机差不多，非常适合室内复杂多变的环境；RHUB可将多个Pico RRU的信号通过五类线汇聚到一起，减少BBU端口的需求， BBU和RHUB都封装在1U高、19英寸宽的标准盒内，可以像路由器一样安装在竖井内，便于携带和安装。
pRRU将信号传输到BBU进行处理， BBU的Rake接收机将对各个小区的信号分别进行解调。多个pRRU的信号汇集到BBU的一个Rake接收机解调时，噪声也存在叠加的效应。但是，由于有源设备pRRU比传统光分布系统中远端接入单元RAU（RemoteAccessUnit）的数量少，有源器件噪声叠加也小。同时， BBU有多个Rake接收机，一个小区的pRRU数量较少，信号叠加造成的信噪比下降较少。
对于传统室内覆盖分布系统，信号源射频输出功率为43dBm时，末端输出10dBm的功率， MCL=33dB 。
对于iDBS室内覆盖分布系统，多个小区解调时有增益， 6个小区时为10lg6≈8dB 。pRRU输出功率20dBm左右，到天线功率10dBm时MCL＝20dBm-10dBm＝10dB ，与传统DAS相比， MCL低23dB 。
因此，相对传统DAS系统， iDBS的灵敏度高10lg6 (33dB-10dB)≈31dB 。
灵敏度高就意味着手机发射功率可以降低，网络干扰下降，上行容量增加。网络容量增加，在一定的成本下单位容量成本下降。
（2）iDBS的构成
iDBS主要由基带处理单元BBU（BaseBandUnit）、数据汇集与交换单元RHUB（RRUHUB）、小型射频远端单元pRRU（pico Remote RF Unit）组成。BBU与RHUB由光纤连接，多个RHUB可以串联，射频远端单元pRRU输出21dBm以上的功率，经过电缆后由几个天线发射，一般外接1到4个天线。
由于每个pRRU可以灵活配置扰码，即可以一个pRRU配置一个扰码（一个小区），也可以多个pRRU配置成同一个小区，这样，容量可以灵活配置和调整，与广覆盖能力相结合，可以适应各种不同的应用场合。
iDBS系统最多可以达到12Cell/载波以上，容量很大。1个BBU可以接192个pRRU和768个天线，按照每个天线发射0dBm导频功率计算，一套iDBS系统可以覆盖30万平方米以上。
相比于传统室内分布系统，新一代室内分布系统能够更好的支持3G通信系统在高速数据业务上的网络质量需求，同时，在工程施工、后期维护、网络扩容等方面更加便捷，更能适应3G时代的网络需求，有必要深入探讨和尝试。（宁一编辑）