光載射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)的應(yīng)用

作者:王健全,白龍震

    
摘要:光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)是一種新型的分布式網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式，它通過(guò)基帶與射頻分離的方式，將基帶部分集中處理，采用光纖將基站中的射頻模塊拉到遠(yuǎn)端射頻單元，分置于需要覆蓋的站點(diǎn)上，從而節(jié)省了常規(guī)解決方案所需要的大量機(jī)房。同時(shí)，通過(guò)采用大容量宏基站支持大量的光纖拉遠(yuǎn)，可實(shí)現(xiàn)容量與覆蓋之間的轉(zhuǎn)化。此外，射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)可以還可以支持高速鐵路，超遠(yuǎn)距離覆蓋等場(chǎng)景，是3G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)。

英文摘要:Radio remote unit by optical fiber is a new wireless coverage mode in which radio separates from base-band of base station. When planning wireless network, base-band part of base station can be centralized in machine room, and radio remote unit can be put in different sites which can implement good coverage. Radio remote unit can reduce the demand for machine room. The transform between capability and coverage can be implemented by remote radio from large capacity base station. In addition, radio remote unit can be applied for high-speed railway line coverage, super long-range coverage, etc. In a word, radio remote unit can be widely applied in 3G system. 

  英文關(guān)鍵字:radio; remote; fiber; ring network; protection and switching

   關(guān)鍵字:射頻；拉遠(yuǎn)；光纖；環(huán)網(wǎng)；保護(hù)倒換

　基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60877052)

    3G牌照的發(fā)放，促使無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了更加廣泛的關(guān)注和空前的發(fā)展，而運(yùn)營(yíng)商的重組，全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的新形勢(shì)，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)融合成為所有運(yùn)營(yíng)商面臨并亟需解決的課題。

1 光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)背景
    與2G相比，給3G分配的頻率資源位于高頻段，其空間損耗大，穿透損耗也大，以WCDMA網(wǎng)絡(luò)為例，見(jiàn)表1；而且高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)比普通語(yǔ)音業(yè)務(wù)要求提供更高的載噪比，見(jiàn)表2。

     這種情況下，要想實(shí)現(xiàn)3G的全覆蓋，如果采用傳統(tǒng)的方法，必然需要更密的站址、更多的基站、更多的投資。而且采用大功率基站的方法，很難在邊緣覆蓋速率和軟切換比例之間均衡，也帶來(lái)了規(guī)劃和優(yōu)化上的困難。正是由于這種原因，主流設(shè)備制造商都開(kāi)發(fā)了主遠(yuǎn)設(shè)備，即基帶部分集中放置，射頻部分通過(guò)低損耗的光纖拉到需要覆蓋的地方去，而且射頻部分可以靠近天線安裝。下文就對(duì)光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的原理、性能及其應(yīng)用進(jìn)行描述和分析。

2 光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的原理及優(yōu)勢(shì)
    光載射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)其實(shí)也不算新技術(shù)，在2G室內(nèi)分布和特殊場(chǎng)景的覆蓋中，光纖直放站已經(jīng)采用了光載射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)。其基本原理為：基帶池和射頻部分分離，基帶池集中設(shè)置，射頻分布放置到需要覆蓋的場(chǎng)所，見(jiàn)圖1。

 
    光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)主要是利用了光纖的低損耗特性，衍生出適應(yīng)不同場(chǎng)景的無(wú)線覆蓋方案。眾所周知，站址資源是運(yùn)營(yíng)商最難協(xié)調(diào)的資源，也是實(shí)現(xiàn)無(wú)縫覆蓋最基礎(chǔ)的資源。傳統(tǒng)的宏站對(duì)機(jī)房面積、承重都提出了很高的要求，功耗也大，相應(yīng)的配套要求也高，所以給站址的選擇帶來(lái)了很多難度。射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)集成化程度高、功耗低、體積小，而且可以將射頻部分通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)到需要覆蓋的地方，大大減低了站址選擇的要求。如圖2所示，射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)可以將基帶部分安裝在墻上、室外站柜中或者電源箱中，而射頻部分則安裝到天線口附近，不僅便于尋找站址，而且減少了饋線損耗，從而擴(kuò)大了單站覆蓋面積和質(zhì)量，易于優(yōu)化和規(guī)劃。

     射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)除了可以減低對(duì)機(jī)房的要求外，其射頻靠近天線口的方式及射頻可以分布安裝的方式使得其在某些特殊場(chǎng)景方式的覆蓋中相比傳統(tǒng)方式具有一定的優(yōu)勢(shì)，如在覆蓋難點(diǎn)超遠(yuǎn)距離和高速鐵路的覆蓋中，射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)就可以很好的得以應(yīng)用。

3 射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的組網(wǎng)要求
    在光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的應(yīng)用中，有些可能是大型樓宇的覆蓋，有些可能應(yīng)用于大型體育場(chǎng)、大型廣場(chǎng)或者城中村，還有一些應(yīng)用在地鐵隧道中，這些不同的應(yīng)用場(chǎng)景，又對(duì)光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)的組網(wǎng)提出了更高的要求。

    為了適應(yīng)不同的覆蓋場(chǎng)合，射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)需要支持星型組網(wǎng)、鏈型組網(wǎng)、星鏈混合組網(wǎng)和環(huán)型組網(wǎng)，也可能要支持這幾種組網(wǎng)方式的混合組網(wǎng)方式。

    射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)畢竟將基帶和射頻分開(kāi)放置，相當(dāng)于增加了故障點(diǎn)，所以為了提高射頻大院系統(tǒng)的可靠性，就有必要將光纖自動(dòng)保護(hù)倒換機(jī)制引入到射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)中來(lái)。

    雙星型系統(tǒng)是路由器中常用的提高單星型系統(tǒng)可靠性的組網(wǎng)方法，這種方法完全可以引入到射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)中，如圖3所示，同一個(gè)射頻可以與兩個(gè)單獨(dú)的基帶相連接，起到相互備份的作用，這樣當(dāng)一個(gè)光纖通道故障時(shí)，就能保證業(yè)務(wù)不受影響。

 
    環(huán)形組網(wǎng)在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中是最常用的組網(wǎng)方式，也是電信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用最成熟的組網(wǎng)模式，在對(duì)大型場(chǎng)館的覆蓋中，為了保證能覆蓋整個(gè)場(chǎng)所，同時(shí)保證在單點(diǎn)故障的情況下業(yè)務(wù)不會(huì)中斷，環(huán)形組網(wǎng)是最適合的組網(wǎng)方式。

    與傳輸網(wǎng)絡(luò)不同的是，光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)本身并不具備自動(dòng)保護(hù)倒換（APS）的功能，所以為了保證在出現(xiàn)鏈路故障的情況下系統(tǒng)不受影響，就需要采取N 個(gè)射頻拉遠(yuǎn)單元共享兩個(gè)基帶的方式組網(wǎng)。如圖4所示，兩個(gè)基帶單元與N 個(gè)射頻單元相連，并且組成環(huán)網(wǎng)模式，這樣就能保證環(huán)網(wǎng)上的一個(gè)區(qū)段的單向或雙向故障，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換的功能。

 
    此外，為了支持遠(yuǎn)距離的覆蓋，光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)必須支持射頻拉遠(yuǎn)單元之間的級(jí)聯(lián)，當(dāng)然級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)和拉遠(yuǎn)的距離受到了系統(tǒng)的限制，現(xiàn)在一般能實(shí)現(xiàn)的是8級(jí)和最長(zhǎng)40 km的級(jí)聯(lián)。

4 結(jié)束語(yǔ)
    光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)是技術(shù)和成本驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)物，是光網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)初步結(jié)合的一種體現(xiàn)。它能大大減少運(yùn)營(yíng)商對(duì)于站址資源的要求，減低投資，同時(shí)能夠有效改善覆蓋效果，此外，由于其可以節(jié)約饋線損耗，而且不同的射頻單元之間可以進(jìn)行小區(qū)合并，故其可以應(yīng)用在一些傳統(tǒng)技術(shù)難以解決的特殊場(chǎng)景如高速鐵路和超遠(yuǎn)距離的覆蓋中。[1-8]

    3G已經(jīng)在很多網(wǎng)絡(luò)中成功部署，這為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)提供了網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展又使得數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)快速增長(zhǎng)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)又提出了更高的要求，其中一個(gè)明顯的需求是要在小區(qū)間更好的提高用戶的一致性感受，這個(gè)循環(huán)迫使移動(dòng)通信向更高帶寬不斷發(fā)展。當(dāng)前，低頻段的頻率資源已經(jīng)非常緊張，為了適應(yīng)帶寬需求的不斷增長(zhǎng)，將來(lái)必須在更高的頻率上尋求新的覆蓋技術(shù)，這也為光載毫米波技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了條件。在今后的技術(shù)演進(jìn)中，光載無(wú)線通信將會(huì)得到更為廣闊的發(fā)展。

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