基于CWDM實現高速LTE無線信號覆蓋的低成本室內分布系統(tǒng)組網架構設計與研究

李廣

【摘要】 文章分析了目前2G、3G室內無線分布系統(tǒng)的優(yōu)勢和弊端，提出了基于粗波分復用（CWDM）技術實現高速LTE無線信號覆蓋的低成本室內分布系統(tǒng)的組網架構，并給出了其組網架構的優(yōu)勢。

【關鍵詞】 CWDM LTE 室內分布組網 高速無線通信 Radio over Fiber

Research of Low Cost Indoor Distribution Networking Architecture Realized High Speed LTE Radio Signal Covering which Based on CWDM Technology

Li Guang Guang Dong Institute of Science and Technology

Abstract：In the paper，we analysed the advantages and disadvantages of the current 2G and 3G mobile communication indoor distributed networking architecture，we proposed a low cost indoor LTE radio signal distribution networking architecture which based on CWDM technology，and we gave its advantages.

Key Words：CWDM，LTE，Indoor Distribution Networking，Super High Speed Radio Communication，Radio over Fiber

一、前言

當今移動通信技術的發(fā)展幾乎以每5年發(fā)展一代、更新一代、預研一代[1]。隨著移動通信技術的高速發(fā)展，無線通信頻段逐漸提高，TD-LTE頻段已經規(guī)劃到了2690MHz，50GHz以上頻段也在研究探討當中。頻段越高，波長越短，微波信號跨越障礙物的能力越弱，基站有效覆蓋范圍就會大大降低，只用室外基站來滿足室內無線信號的覆蓋，在如今的大都市已經是不可能的了[2]。

二、室內分布系統(tǒng)組網現狀

移動通信技術發(fā)展到今天，無線信號室內分布技術大致經歷了兩個階段，一是：2G通信時代直放機+無源饋電分布系統(tǒng)網絡；二是：3G通信時代BBU+RRU+無源饋電分布系統(tǒng)網絡。

2.1 直放機設備及其室內分布系統(tǒng)

直放機設備主要應用于室外基站不能覆蓋的區(qū)域，如賓館、酒店、地下停車場、隧道、電梯井、山區(qū)丘陵地帶。較低的價格成本、簡易的工程施工、安裝、調測優(yōu)勢使得直放機在2G通信時代得到廣泛應用，以至于移動信號100%全覆蓋變成了現實。

2.2 BBU+RRU室內分布組網系統(tǒng)及其設備

在2G移動通信后期，通信器件成本逐漸降低，尤其是數字處理芯片FPGA、DSP的價格大幅度下降，數字光纖基帶拉遠（BBU+RRU）技術運用到了室內無線信號分布系統(tǒng)中。BBU+RRU+無源饋電分布系統(tǒng)克服了2G時代使用的直放站室內分布組網系統(tǒng)解決基站和直放站一體化監(jiān)控困難的問題，并且解決了由于工程設計不當造成直放站上行信號干擾附近基站的問題。

2.3 BBU和RRU間數據傳輸帶寬分析

第三代移動通信室內分布系統(tǒng)延續(xù)了2G后期BBU+RRU組網機構，其BBU和RRU間數據傳輸帶寬要求比較高，尤其第四代移動通信——LTE。

第四代移動通信普遍采用多進多出（MIMO）技術，如果室內分布系統(tǒng)采用BBU+RRU+無源饋電分布系統(tǒng)組網，其BBU和RRU間數據傳輸帶寬要求比較苛刻。在采用20M帶寬的情況下采樣速率為30.72Mbps，此時在2×2 MIMO情況下，BBU和RRU間數據傳輸帶寬為：30.72Mbps（采樣速率）×16（采樣精度）×2（I/Q兩路）×2（天線數）=1966.08Mbps；3扇區(qū)容量配置下，BBU和RRU間總數據傳輸帶寬為：1966.08Mbps×3=5898.24Mbps。在采用4×4 MIMO的情況下，接口速率將加倍。對于如今的主流的2.5Gbps的數字SFP光模塊來說已經顯得力不從心。而且高速的數據傳輸，設備的傳輸時延要求極其苛刻，無線信號數字化光纖傳輸技術將面臨更多的難題是待解決[3]。

三、低成本高速LTE室分系統(tǒng)組網架構設計

未來移動通信，其室內信號分布系統(tǒng)在滿足通信質量、帶寬傳輸要求的基礎上，盡可能地降低其運營成本是一個發(fā)展方向。

基于此，文章提出了：基于CWDM實現高速LTE無線信號覆蓋的低成本室內分布系統(tǒng)組網架構。

3.1 低成本高速LTE室內分布系統(tǒng)組網架構

該室內分布系統(tǒng)架構由近端主機、單纖光纜、遠端機群及多個室內射頻無源分配網絡組成。

近端主機由：雙工器、射頻多路功分器、多個不同中心頻段的一體化光調制解調收發(fā)模塊、粗波分復用器；遠端從機設備由：粗波分復用器、多個不同中心頻段的一體化光調制解調收發(fā)模塊、一體化射頻功率放大模塊組成。系統(tǒng)主機設備和從機機群設備由一根單模光纖光纜鏈接。室內分布系統(tǒng)組網架構如圖1所示。

3.2 低成本高速LTE室內分布系統(tǒng)性能分析

3.2.1 鏈路計算

下行鏈路計算：進入光模塊的基站射頻信號強度要求：-10～2dBm（目前工程設計要求指標），FP激光器輸出光功率4±1dBm，八端口粗波分復用器（CWDM）最大插入損耗為3dB，單模光纖及接頭平均插損為0.35dB/km， PIN光電探測管接收范圍為-10～7dBm，傳輸10公里計算光路鏈路預算冗余量為：

OPDowm=4dBm-3x2dB-0.35dB/km×10km-（-10dBm）

=4.5dBm

傳輸10公里，光路共計損耗為9.5dB，在遠端接收處有4.5dBm的光路預算冗余量。在工程上，當光路損耗1dB時，其射頻損耗為2dB，假設近端機的射頻信號輸入功率為-5dBm，則經遠端機的光模塊輸出射頻信號功率為：

RFPDown=-5dBm-9.5dB×2=-24dBm

經過遠端功放模塊（PA）65dB的增益放大，每個遠端機就會有65dBm-24dB=41dBm功率輸出，滿足移動通信室內分布系統(tǒng)工程規(guī)范要求[5]。

上行鏈路計算：目前工程室內覆蓋天線接收到手機信號強度一般在-70dBm以上，也就是說上行射頻信號進入遠端機中的低噪放模塊（LAN）的射頻信號強度為-70dB以上，經過增益為63dB的低噪聲放大，進入遠端光模塊的射頻信號為-7dBm（滿足光模塊射頻信號輸入-10～2dBm的功率要求），光路損耗通上行鏈路計算，即是光路損耗為-9.5dB，按照光路損耗1dB時，其射頻損耗2dB的工程經驗，近端機光模塊的PIN光電探測端射頻信號輸出功率為：RFPUp=-7dBm-9.5dB×2=-26dBm

再經過射頻八功分器（插損9.5dB）、射頻雙工器（插損0.5dB）和耦合饋線（大約有53dB衰減），則上行射頻信號到基站接收端的功率P=-26dBm-9.5dB-0.5dB-53dB=

-90dBm。滿足移動通信室內分布系統(tǒng)工程規(guī)范要求[5]。

3.2.2 器件分析

在工程上，基站上行噪聲一般要求控制在-120dBm以下，上行噪聲電平計算公式[4]：

NV=-174+NF+G+10LgRBW

=-174+4+50+10Lg（20000000）=-47（dBm）

噪聲系數NF取值為4；上行增益G取值為50；RBW為LTE制式信號，取值為20MHz；

基站上行噪聲要求控制在-120dBm以下，則基站到近端主機間的路間損耗=-47-（-120）=73dB。工程人員可通過衰減器來適當地增大這個路間損耗，進而為系統(tǒng)設備上行噪聲留出更多的余量。

粗波分復用器：其信道間隔為20nm，技術成熟，器件成本較低，信道間隔帶寬很寬，波間干擾問題幾乎不存在，不會對射頻上行噪聲的疊加做貢獻，其上行每路光載波解調后的射頻信號中的上行噪聲為-65dBm ～ -68dBm，符合移動通信室內分布系統(tǒng)工程規(guī)范要求[5]。

射頻八路功分器：每路理論插損=-10Lg（1/8）=9dB（實際插損9.5 dB），每路信號強度為-65dBm，則八路射頻信號通過功分器后的輸出功率=-65-9.5+9.5=-65dBm，此說明多路射頻通過功分器合路后的上行噪聲與實際每路噪聲電平幾乎一樣，沒有造成上行噪聲電平的疊加。

3.2.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）實現信號多路分配傳輸；（2）信號多路分配，其上行噪聲不會對對基站產生干擾，可克服目前工程用機一拖多上行噪聲干擾基站的問題；（3）只需一條主干傳輸光纖，其減少地下光纖光纜鋪設，降低工程組網、施工成本；（4）不用數字基帶處理，大大降低設備成本；（5）利用CWDM射頻光纖傳輸技術（Radio over Fiber）實現高速大容量通信，突破數字光模塊對調制速率、帶寬限制瓶頸，具有很好的成本控制優(yōu)勢；（6）對于載波寬帶較寬的LTE通信制式具有更明顯的成本控制優(yōu)勢、高速率高帶寬傳輸優(yōu)勢及大大降低時延優(yōu)勢。

四、結束語

未來移動通信，其更多的業(yè)務將會發(fā)生在室內，室內高速、高質量的信號覆蓋是未來移動通信系統(tǒng)布網的重中之重。本文提出的基于CWDM實現高速LTE無線信號覆蓋的低成本室內分布系統(tǒng)組網架構，其在解決未來移動通信室內信號分布組網研究方面會起到一定的探討作用，但更多的設備技術細節(jié)問題還需要完善，設備組網后可能會遇到新的網絡系統(tǒng)問題，需要進一步的網絡優(yōu)化。