光纤射频拉远技术的应用研究.doc

光纤射频拉远技术的应用研究 第 12 页 共 12 页光纤射频拉远技术的应用研究 摘要本文从光纤射频拉远设备的组网方式、设备原理、技术性能和实际建网应用中需要注意的事项等方面深入介绍这种近几年来新兴的移动通信技术，光纤射频拉远技术的出现和商用化程度的不断提高必将在3G网络建设和维护中得到更多更广的应用。随着3G牌照的发放终于尘埃落地，国内各大运营商也在日益加紧推进3G网络的部署、建设和运营等各项工作。大家都知道，在3G网络建设中，宏基站常常是应用最为广泛也是最为重要的一种移动网络组网方式，但是一般的标准宏基站由于自身的承重、功耗以及设备稳定运行等需要，对于机房相关的配套需求较高，因此对于基站机房的要求也较高，这无疑为原本就越发难以获取的站址资源增加了不少的难度！要实现快速建网，如何摆脱困境？不妨考虑采用光纤射频拉远技术！中国电信等传统固网运营商经过多年的建设努力，已经拥有丰富的接入网点资源，这些接入网点空间并不大，而且更重要的是，这些接入网点大都在底层，距离屋面距离甚远，显然采用室内宏基站作为建站方式并不可取，要实现快速建网，中国电信一方面是面临着站址资源获取的尴尬，另一方面却拥有庞大的“鸡肋”资源，弃之可惜！如何化“鸡肋”为“凤凰”？不妨考虑采用光纤射频拉远技术！随着城市区域网络的日益完善，扩大网络面覆盖，特别是幅员辽阔的农村地区的信号覆盖，有效支撑农村客户增量市场的拓展，是提升网络品质的重要环节，但是农村区域村庄分布零散，居民话务量不高，且南方农村一般属于多山的丘陵地貌，采用传统的宏基站加铁塔的建站方式，显然建网的投资效益和资源利用率较差。着眼于长远考虑，不建议采用直放站覆盖方式，但是又必须完善网络的覆盖面，怎么办？不妨考虑采用光纤射频拉远技术！城市区域高楼林立，建设室内分布系统是加强网络深度覆盖，提升网络品质的重要环节，但是传统的室内分布系统通常采用微蜂窝/直放站信源+有源/无源分布系统的建设方式，有源设备的引入在一定程度上增加了室内分布系统的建设难度，也给后期的网络维护增加了潜在的故障隐患，面对着越来越高、内部结构越来越复杂的大型楼宇，有没有更理想的室内分布解决方案？不妨考虑采用光纤射频拉远技术！一、 光纤射频拉远技术概述业界自从2001年就提出了光纤射频拉远技术的概念，并进行了关键技术的实验室论证、样机测试，然后是第一代、第二代产品的小规模应用，至今已经发展到了第四代产品，如今的光纤射频拉远产品，无论是产品自身的集成度、功放效率还是产品的成熟可靠性、可升级扩容性以及维护便利性都已经远不是多年前产品所能比拟了，光纤射频技术以其的灵活应用大有替代传统宏基站的技术发展趋势！光纤射频拉远技术有两种组网技术形态，一种就是通过光纤将支持拉远技术的宏蜂窝基站富余的信道容量进行延伸，由安装在目标覆盖区现场的远端射频单元来实现实现目标区域的无线信号覆盖和话务承载；另一种方式是采用在中心机房集中放置大容量基带单元，经过光纤延伸和远端射频单元实现目标区的无线信号覆盖和话务承载。1、基带单元的原理：基站控制器远端射频单元基带单元控制子系统操作维护模块时钟模块信令处理模块传输子系统基带处理子系统接口模块基带单元功能模块示意图从上面的基带单元的功能模块示意图中，我们可以看到基带单元主要由控制子系统、传输子系统、基带处理子系统和接口模块四个部分组成。传输子系统：主要提供与基站控制器单元（RNC/BSC）的物理接口，实现远端设射频单元和基站控制器之间的信息交互。基带处理子系统：主要承担上下行基带数据的基带处理功能，在上行实现对远端射频单元送来的信号解调和译码功能，在下行实现对从基站控制器收到的信号的调制和编码功能。控制子系统：该系统显然是整个基带处理单元的中枢，其担负着管理整个基带处理单元的任务，并负责系统时钟的提供。接口模块：提供与远端射频单元的光/电接口，接收远端射频单元的上行基带数据，并承担向远端射频单元发送下行基带数据，需要注意的是，业界对于光纤射频拉远单元与基带单元之间的接口存在有两种不同的协议方式，一种是OBSAI（The Open Base Station Architecture Initiative 开放式基站架构发起组织，注1）接口，另一种是CPRI（Common Public Radio Interface通用公共无线接口，注2）接口，两种接口功能类似，但是并不互相兼容。2、远端射频单元的原理：接口模块收发处理模块低噪放模块功放模块双工器ANT远端射频单元功能模块示意图从上面远端射频单元功能模块示意图可以看出，远端射频单元主要由接口模块、收发处理模块、低噪放模块、功放模块和双工器这五个部分组成。接口模块单元：主要提供与上级单元（远端宿主宏蜂窝基站或远端基带单元）的接口，接收上级单元送来的下行基带数据和向上级单元发送上行基带数据。收发处理模块：主要实现对上行信号模数转换和下变频等处理，对于下行信号进行数模转换和上变频等处理。低噪放模块：主要实现将来自天线的接收信号进行低噪声放大处理。功放模块：主要实现将小功率的射频信号进行功率放大。双工器：双工器提供射频通道接收信号和发射信号复用功能，使得接收信号与发射信号共用一个天线通道。二、 光纤射频拉远技术的技术性能作为传统宏基站的有力挑战者，光纤射频拉远在性能上可否与宏基站相当呢？以下从关键性能指标角度入手，以业界典型厂家的基带单元（BBU）加远端射频单元（RRU）构成的光纤射频拉远基站和同厂家最新的宏基站为代表，进行对比分析：关键性能光纤射频拉远 BBU+RRU宏基站容量单个RRU支持8载扇容量；单个BBU可以支持36载扇单机架最多可支持24载扇，并柜支持48载扇体积BBU尺寸为2U的19英寸机箱； 单个RRU尺寸(高*宽*深)： 370mm* 320mm*176mm单机柜尺寸为（高*宽*深）:1800mm *600mm* 600mm 输出功率40W/60W60W/80W接收灵敏度-128dBm 99.9999%平均故障间隔时间MTBF：100000小时；可用率Availability: 99.9999%； 平均故障修复时间（MTTR）（小时）：0.25小时从对比不难看出，光纤射频拉远基站在关键技术性能上已经与宏基站不相上下，部分性能指标甚至还优于宏基站。当前业界已经有主流厂家则干脆采用BBU、RRU进行模块化灵活组合设计，分别构成光纤射频拉远基站（又称分布式基站、BBU与RRU分开设计，采用光纤连接）、室内宏基站（BBU与RRU集中组合设计）、室外宏基站（BBU与RRU集中组合设计，外加电源模块和蓄电池模块）等基站形态，实现了备品备件的通用化/模块化，打打降低了运营维护开支，因此，光纤射频拉远基站已经事实上替代了传统的宏基站，这个技术发展趋势正在逐渐被越来越多的业界主流厂家所接受。三、光纤射频拉远技术在网络组网应用方面的优势CDMA核心网BSC室内BBU 室外BBU集成式BBU & RRU室外BBU 柜RRU柜BBURRURRU室内覆盖图1：光纤射频拉远技术在网络组网中部署应用示意图（一）缓解基站站址获取矛盾且降低配套建设投资，而且能加快网络的部署对于大家熟悉的传统宏基站建站方式，通常需要根据获取的基站机房类型考虑以下机房配套建设开支：宏基站机房配套建设投资估算（单位：万元）1自建基站机房站4新建机房基站机房费用（含装修、地网等）2自购基站机房站15购置基站机房费用3租赁基站机房站1半年租金4利旧基站机房加固/改造/装修站1共用电信已有物业中需加固/装修/改造的部分5购租基站机房加固/改造/装修站1购置、租用基站机房中需加固/装修/改造的部分6基站空调台0.6一般两台/站7基站环境监控器站18基站消防站0.29征地费站5征地建房、建铁塔等所需费用10基站使用费站1租地建房、建铁塔等所需费用（半年费用）11自建铁塔(平原地区铁塔)座28塔体、基础及防雷接地系统(参考均价)12自建铁塔（山区/特殊地区铁塔）座35塔体、基础及防雷接地系统(参考均价)13租赁铁塔座2半年租金14利旧铁塔改造座215新建楼顶塔座15塔体、基础及防雷接地系统16新建楼顶拉线桅杆/简易支架座10塔体、基础17新建桅杆站2每基站36根桅杆18基站防雷接地费站0.5新建桅杆/楼顶塔/拉线桅杆/简易支架的基站19基站电测环境检测站0.220基站市电引入费（平原、城镇）站221基站市电引入费（山区等）站422自建变压器台5新建基站中的一部分从上述估算表可以测算，宏基站机房配套投资至少需要30万，如果再加上铁塔建设的投资，整个基站配套建设成本将高达60-70万。而光纤射频拉远基站，由于通常将基带单元设置在传输汇聚节点/接入节点机房，体积较小的远端射频单元通常可以采用抱杆、靠墙、H杆平台等灵活的方式进行架设，不需要专用机房，从而也就不需要相应的空调等机房配套建设的投资；其次，由于远端射频单元功耗一般都要远低于宏基站，因此相应的电源/电池等配套建设投资也会大大节省，一般射频拉远基站的配套建设投资为仅为宏基站的1/3-1/2；第三、在基站架设速度上，光纤射频拉远也具有相当的优势，不到25公斤的远端射频单元总量，这远是大块头宏基站所不能比拟的（虽然现在的宏基站体积和重量也小巧了许多）。射频拉远/室外微蜂窝配套建设投资估算（单位：万元）1射频拉远/室外微蜂窝塔桅站10塔桅要求较低（按建楼顶桅杆考虑，可根据现场情况调整）2射频拉远/室外微蜂窝其它配套站5除塔桅外的其它基础配套设施费用（二）可以充分利用电信丰富的接入网点资源，缩短网络建设周期中国电信拥有星罗棋布的接入网点资源，但这些接入网点往往空间较小，被配线架、电源柜等占用后，所剩空间无几；更要命的是，这些接入网点往往位置不理想，从接入点机房到屋面/天面往往要走上几十米的馈线路由，以基站架顶输出功率为20W为例，经过50米的1/2馈线损失大约6dB，到达天线输入端大约仅剩下5W，如果采用7/8馈线，则馈线损耗会减小为4dB,到达天线输入端功率也只剩下8W，但是7/8馈线的施工难度可想而知，因此，在电信接入网点建设传统宏基站的建设方式，不但在机房空间上受到限制，而且在馈线布放上也受到极大的制约，大量的功率资源浪费在馈线损耗上，也不符合节能减排的要求，所以通常的电信接入网点资源不适合用于宏基站方式建站，但是这个难题对于光纤射频拉远基站却是“易如反掌”，4-6dB的馈线损耗被忽略不计的光纤所化解，电信所拥有的丰富的接入网点资源也就成为了宝贵的基站资源，有了光纤射频拉远技术的应用，“鸡肋”变成了“凤凰”。（三）适合于话务量不高、人口分布零散且多山地形的农村区域网络覆盖南方多山地丘陵地带的广袤农村区域，是扩大动无线信号面覆盖必不可少的重要环节，而且逐渐富裕起来的农民朋友是移动通信增量市场的重要主力军。但是农村区域如何建设移动基站呢？采用宏基站加铁塔建站方式，对于平原农村也许比较适合，一个站点可以覆盖一大片农村区域。但是对于多山地丘陵地貌的南方农村，因为山体的阻隔和农村不规则建筑布局等影响，这种建站方式却不一定是最佳的解决手段。恰恰相反，采用BBU+RRU这种光纤射频拉远基站却可以大显身手，将基带单元BBU设置在条件较好的光汇聚节点机房，延伸出的多个远端射频单元，通过合适的位置选取，采用架设桅杆、单载扇加全向天线方式分别实现对分散的不同村落的针对性覆盖，往往能收到比宏基站加铁塔更好的覆盖效果。而且，如果每个RRU基站按照2载扇配置（1X和EV-DO各占一个载扇），一个BBU基带单元可以一般可以接入13-15个RRU，实现这些目标覆盖区域的信道资源共享，大大提高了资源利用率，整体投资效益也比宏基站加铁塔要理想一些。（四）光纤射频拉远技术也是城市区域深度覆盖的重要解决手段之一光纤射频拉远技术可以方便地从大容量的宏蜂窝基站中延伸出射频单元作为室内分布/室外小区分布系统的信号源，有效支撑并实现了室内室外统筹规划，齐头并进的规划思路。而且光纤射频拉远技术的应用可以使得室内分布系统有源干放的使用大大减少，由于有源干放的使用带来的上下行链路不平衡、信源端底噪抬升等技术问题都可以得到较好的解决，而且对于后期的系统维护和升级扩容的便利性都比较方便，因此光纤射频拉远技术不失为城市区域深度覆盖的重要解决手段之一。四、光纤射频拉远技术在部署应用中注意的问题及应对建议虽然光纤射频拉远技术具有组网快速灵活、投资效益高等显著特点，但是在网络部署应用中，我们还应当注意以下三个方面的问题：1、必要的防护设施建议应当考虑光纤射频拉远基站虽然自身的功耗低、自身体积小、重量比较轻，适合于不需要机房的灵活的架设方式，但是在实际应用中，建议对光纤射频拉远基站要采取必要的防护设施，以便为设备的长时间稳定可靠运行提供保障，这里的“防护”主要指的是两个方面：设备自身的防护和防盗防护，设备自身的防护主要体现在设备安装方面，射频拉远远端RRU单元虽然一般防护等级都达到IP65等级，足以应对一般的风吹雨淋场景，但是在实际建设中还是建议有条件情况下在远端射频单元上方安装防雨棚以防水和遮阳，并且在安装方向上应当朝向面向南面或者是北面，防止长时间的太阳直射，但也不能过于极端将远端射频单元安装在通风不良的铁箱内，同时应当做好必要的防雷接地措施，为设备长时间的稳定可靠工作创造良好条件。其次，还应当注意远端射频单元及电池等配套单元的“防盗”防护，由于光纤射频拉远基站多安装在室外，更多的是安装在荒郊野地，在基站建设时更应当要注意必要的防盗防护措施的同步建设。2、不建议过长的光纤级联建站方式虽然光纤射频拉远基站一般支持星形、级联或者是环形等多种传输组网方式，但在实际建设中，一般不建议超过3级以上的级联建设方式，这在交通干线等线状覆盖光纤射频拉远基站应用中往往是需要注意的问题。3、需要做好必要的参数调整由于光纤射频拉远基站最长可以实现单链路70-80公里的射频延伸覆盖，因此光纤射频拉远基站部署后，需要及时地根据现场情况做好必要的搜索窗等相关参数的优化调整，确保网络整体最佳性能，从而为实现良好的投资效果奠定网络基础。光纤射频拉远技术的成功规模商用，大大缓解了电信运营商在城市密集市区等地站址获取的压力，也为移动通信网的建设和组网提供了更加灵活的技术解决方案。我们相信在随着3G移动通信网络覆盖的不断扩大和网络质量的不断提升，光纤射频拉远技术备必将得到更加广泛的应用，而且我们对于光纤射频拉远技术的认识也会更加深刻。注1：OBSAI：The Op