光纤分布系统共建共享的探讨

王国虎+孔明明

【摘要】针对目前国内室分共建共享的现状，分析了共建共享的难点，介绍了LTE光纤分布系统在共建共享的优势，并提出了具体的实现方案。

【关键词】室内分布建设共建共享光纤分布系统

一、引言

随着移动通信技术的快速发展和Iphone等智能终端的迅速崛起，爆炸式的数据流量对现有网络提出很高的要求。在移动通信的发展过程中，2G主要承载语音和低速的数据业务，3G承载中高速数据业务，LTE承载高速数据业务[1]，而LTE牌照的发放，并不意味着2G、3G迅速退网，未来国内移动通信网络将面临多家运营商超过7种制式，12个频段多网共存的局面，给网络建设带来了极大的挑战。

纵观国内移动通信网络建设的历程，由于三家运营商投资战略、技术实力、网络资源不平衡以及商业利益等因素，各家往往进行分区域、分期的单独网络建设，为后期网络建设埋下重大隐患。特别是室内分布系统各自建设，直接导致竖井管道资源紧张，物业协调困难，投资浪费严重等问题。

二、室分共建现状

自2008年9月工信部和国资委下发《关于推进电信设施共建共享的紧急通知》，要求重组后的三大运营商必须“共建共享电信基础设施”，并作为后期电信行业改革和发展的一项重点,此举使网络建设投资累计节省超百亿。随着政策的逐步细化，2013年4月下发的共建共享实施意见中，室内分布系统已作为必须考核的内容，体现了室分共建共享的必要性。

目前室分共建共享大多以机场、地铁等政府强制性要求场景为主，并以POI无源合路系统为主要解决方案。而对于办公、住宅、商场、校园、车站等场景，由于物业协调、费用分摊，运营维护，特别是存在诸多技术难点导致共建率较低，垂直传输资源浪费突出。

三、共建共享的技术难点

2G、3G、LTE损耗差异大，各制式覆盖效果无法同时达到预期目标；各运营商覆盖指标要求不同导致功率匹配困难；多频段共存导致网间干扰协调困难，这些因素严重制约了室内分布系统共建共享的发展。

3.1不同频段损耗差异大

目前国内三大运营商频段如表1所示，FDD-LTE还未发牌照，暂不列出。

不同频段在室内传播相差甚远，以CDMA800和TD-LTE为例，图1所示为室分信号传播模型。信源到UE的损耗主要包括：（1）分配网络损耗；（2）自由空间传播损耗；（3）穿透损耗。

1、分配网络损耗

分配网络损耗包括馈线和器件损耗，各频段器件馈线损耗基本一致，但馈线损耗不同。CDMA800和TD-LTE两种不同频段在馈线中传输30m的损耗如表2。

2、空间损耗

以自由空间模型计算，d取10m，

LF=32.45+20lgf（MHz）+20lgd（km）（1）

CDMA800和TD-LTE损耗见表3。

3、穿透损耗

几种常见材料的穿透损耗见表4。

以1/2馈线和混凝土墙和为例，CDMA800和TD-LTE 在室分的链路损耗差异累计达14.8dB，显然，不同频段损耗差异很大，LTE系统双通道功率不平衡更为突出。

3.2指标要求不同功率匹配困难

仍以CDMA800和TD-LTE为例进行分析，根据业务特点，两者边缘场强要求不同。边缘场强计算如式（2），

PUE=PBTS-L+GANT（2）

其中，PUE为边缘场强，PBTS为信源导频功率，L为链路损耗，GANT为天线增益。

则L=PBTS-PUE+GANT （3）

CDMA信源功率均为20W，导频功率取10%，即2W，配置三载波，则每载波导频功率为10lg（2W/3）=28dBm。TD-LTE带宽20MHz，子载波1200个，则子载波导频功率为12.2dBm。一般CDMA边缘场强要求为-85dBm，TD-LTE为-105dBm。假设两者天线增益等同，由式3知，使两者均满足边缘场强要求的链路损耗差异应小于4.2dB，而实际两者相差14.8dB。那么当满足CDMA边缘场强时，LTE的边缘场强无法达标。由此可见，各制式指标要求不同导致功率匹配困难。

3.3多频段干扰复杂

室分干扰需综合考虑杂散、阻塞、互调，LTE的引入使干扰情况变得异常复杂。以3GPP TR25.942的确定性算法分析CDMA800和TDD-LTE的隔离度。

1、杂散隔离

杂散隔离与基站底噪和杂散指标要求有关。设杂散隔离度为MCL1，则：

MCL1=PSPU-（SR-ΔS） （4）

其中，PSPU为干扰系统杂散辐射功率限值，SR为热噪声，SR-ΔS为被干扰系统的干扰容限，ΔS以SR恶化0.8dB计算，通常取值7dB，这里

SR=10lg（KT0BW）+NF =-174dBm+10lg（BW）+NF

（5）

其中，K为波尔兹曼常数K=1.38×10-23J/K；T0为标准噪声温度T0=290K；BW为系统信道带宽，单位Hz，NF为基站噪声系数，一般为5dB。

CDMA和LTE的信道带宽BW分别为1.2288MHz和18MHz，代入式（5）有两者干扰容限分别为-115dBm和-103dBm。根据3GPP规范，CDMA800在TD-LTE（E）频段的杂散功率限值为-13dBm/18MHz，TD-LTE（E）在CDMA800的杂散功率限值为-29dBm/1.2288MHz。代入式4，得CDMA800干扰TD-LTE的杂散隔离要求为90dB，TD-LTE对CDMA800的隔离度要求为86dB。

2、阻塞隔离

设阻塞隔离度为MCL2，则：

MCL2=PBTS-PR（6）

其中PBTS为信源发射功率，CDMA和LTE均为43dBm， PR为阻塞干扰限制电平，参考3GPP规范，可知CDMA和TD-LTE的阻塞干扰电平分别为-16dBm，16dBm。根据式6，阻塞隔离分别为59dB和27dB。

由于CDMA和TD-LTE频段间隔较大，互调影响较小，杂散、阻塞和互调取最大值，有CDMA800干扰TD-LTE的隔离度要求大于86dB，TD-LTE干扰CDMA800的隔离度要求大于90dB。易得各个频段之间的隔离度要求如表5：

以上仅分析了CDMA与TD-LTE的干扰问题，若考虑表5中的多系统干扰，其复杂度更高，同时对室分器件提出了很高的要求。通过多系统合路平台（POI）的方式解决此问题往往合路损耗大、功率损失严重。

本文在此对光纤分布系统在共建共享中解决上述问题做简要探讨。

四、共建共享的技术难点

4.1系统架构

光纤分布系统[2]以光纤为统一传输介质进行组网，实现移动通信信号的分布式覆盖。由三级拓扑结构组成，如图2所示，包括实现各制式射频信号接入的信号接入单元、完成组网交换功能的扩展单元和用于不同场景承载无线信号辐射的远端覆盖单元，以完成水平和垂直多维度分布的延伸覆盖。

4.2共建共享优势

（1）节省管井资源。光纤线径小柔韧度高，便于采用光电复合缆一次性施工，实现信号传输和供电的同步实施，节省管井空间和物业成本、降低施工难度，缩短建设周期。特别是2013年4月1日起国家强制实施《光纤到户工程设计规范》和《工程施工及验收规范》，方便复用FTTH、FTTB等资源，工程实施更为便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入单元至覆盖单元间采用全光纤承载数字信号，各制式射频功率损耗基本为零。远端只连接4~6面天线，使传输和分配损耗降低，大大缩小了不同频率的损耗差异，同时每个制式的输出功率可单独调整，更易实现功率匹配。（3）降低系统干扰。微功率光分布的系统增益比传统20W直放站小20dB，减小了上行噪声对基站接收灵敏度的影响。通过现网验证，当基站灵敏度恶化0.8dB时能接入直放站远端1台约60面天线，而光分布远端可接入至少64台约256面天线，功率效率大大提升。同时其采用CPRI协议进行TDM组帧方式代替射频传输，保证各频段信号在汇聚远端之前彼此隔离，只在远端内合路，降低了频率间的干扰。（4）提升MIMO性能。数字化光纤传输使光分布可实现远距离覆盖和256台远端的组网规模，能满足各类场景，每台远端均可通过后台进行精准参数调整，有效实现覆盖控制。尤其对于LTE双通道建设，中移动测试表明MIMO双通道功率差异越大对速率损失越大，光分布数字化链路调整使双通道功率平衡更容易实现，从而提升MIMO性能。

五、共建共享具体实现

三级架构的光纤分布系统为共建共享的具体实施提供了可能。

首先，信号接入单元实现所有制式共同接入，可与信源共享机房，便于进行电源和网络维护管理。光纤分布系统完成延伸覆盖，信源只需提供容量不作覆盖，对其发射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，扩展单元通过光纤链型组网和星型组网，可以灵活部署在相应目标区域，解决多种场景的覆盖，同时有利于实现容量和覆盖的平衡。在共建共享实施中，多制式数字信号经光纤传输至远端覆盖单元，综合考虑各频段在天馈系统的干扰和覆盖单元射频器件隔离度实现的难易程度，提出以下两种方案实现射频合路，共享天馈。

方案1：各制式上下行分别传输。

具体实现上，在覆盖单元的射频模块中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四种制式的上下行分别进行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）频段间隔小，容易产生杂散和互调干扰，因此选择TD-SCDMA与CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同时传输。LTE在覆盖单元的多工器上增加FDD-LTE双工通道和TDD-LTE通道即可。如图4所示。

方案2：各制式按照干扰指标归类传输。

依据表5的隔离度要求将各制式归类传输，覆盖单元采用端口隔离足够高的多工器完成滤波。其中，WCDMA与TD-SCDMA以及GSM&DCS与CDMA800两组制式对隔离度要求较高，容易互相干扰，均分开传输。FDD-LTE和TDD-LTE在两路通道同时传输，详见图5。

LTE室分系统的共建共享须考虑MIMO技术对双通道分布的要求。若三家运营商以传统方案独立建设则需6套天馈，而光纤分布系统提供双通道射频输出，仅需两套天馈即可实现MIMO；且双通道天馈的空间隔离对降低异系统间的干扰起到一定作用。

相比而言，方案1射频模块干扰处理比较简单，同时更易满足电磁兼容性要求，方案2在射频模块实现相对复杂，多工器的设计需考虑多个系统间上下行的隔离。在实际工程建设过程中，远端覆盖单元靠近天线安装，压缩了传输距离和分配级数，最大限度降低链路损耗差异及功率匹配难度。

六、结束语

光纤分布系统为室内分布共建共享提供了一种可行的有源解决方案。深圳国人通信有限公司已在北京国家大剧院、南京宏图三胞研发大厦和深圳证券大厦等大型场景进行了应用。数字化处理和全光纤组网为未来共建延伸至固网宽带甚至小区安防业务等领域，为智能化楼宇方案提供了有参考价值的统一平台。目前光分布也面临有源节点数量较多的问题，对系统的稳定性有很高的要求，需要运营商规范网管以提高故障响应能力。另外，共建共享的商业模式尚不完全成熟，现在普遍采用的有第三方承建并向运营商出租和三大运营商轮流承建的模式，各地实际情况复杂，还需各机构通力合作，积极探索。

参考文献

[1]赵训威，林辉，张明等. 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M]. 人民邮电出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纤分布系统及应用分析[J]. 《电信技术》，2012年，12A：35-39

4.2共建共享优势

（1）节省管井资源。光纤线径小柔韧度高，便于采用光电复合缆一次性施工，实现信号传输和供电的同步实施，节省管井空间和物业成本、降低施工难度，缩短建设周期。特别是2013年4月1日起国家强制实施《光纤到户工程设计规范》和《工程施工及验收规范》，方便复用FTTH、FTTB等资源，工程实施更为便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入单元至覆盖单元间采用全光纤承载数字信号，各制式射频功率损耗基本为零。远端只连接4~6面天线，使传输和分配损耗降低，大大缩小了不同频率的损耗差异，同时每个制式的输出功率可单独调整，更易实现功率匹配。（3）降低系统干扰。微功率光分布的系统增益比传统20W直放站小20dB，减小了上行噪声对基站接收灵敏度的影响。通过现网验证，当基站灵敏度恶化0.8dB时能接入直放站远端1台约60面天线，而光分布远端可接入至少64台约256面天线，功率效率大大提升。同时其采用CPRI协议进行TDM组帧方式代替射频传输，保证各频段信号在汇聚远端之前彼此隔离，只在远端内合路，降低了频率间的干扰。（4）提升MIMO性能。数字化光纤传输使光分布可实现远距离覆盖和256台远端的组网规模，能满足各类场景，每台远端均可通过后台进行精准参数调整，有效实现覆盖控制。尤其对于LTE双通道建设，中移动测试表明MIMO双通道功率差异越大对速率损失越大，光分布数字化链路调整使双通道功率平衡更容易实现，从而提升MIMO性能。

五、共建共享具体实现

三级架构的光纤分布系统为共建共享的具体实施提供了可能。

首先，信号接入单元实现所有制式共同接入，可与信源共享机房，便于进行电源和网络维护管理。光纤分布系统完成延伸覆盖，信源只需提供容量不作覆盖，对其发射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，扩展单元通过光纤链型组网和星型组网，可以灵活部署在相应目标区域，解决多种场景的覆盖，同时有利于实现容量和覆盖的平衡。在共建共享实施中，多制式数字信号经光纤传输至远端覆盖单元，综合考虑各频段在天馈系统的干扰和覆盖单元射频器件隔离度实现的难易程度，提出以下两种方案实现射频合路，共享天馈。

方案1：各制式上下行分别传输。

具体实现上，在覆盖单元的射频模块中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四种制式的上下行分别进行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）频段间隔小，容易产生杂散和互调干扰，因此选择TD-SCDMA与CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同时传输。LTE在覆盖单元的多工器上增加FDD-LTE双工通道和TDD-LTE通道即可。如图4所示。

方案2：各制式按照干扰指标归类传输。

依据表5的隔离度要求将各制式归类传输，覆盖单元采用端口隔离足够高的多工器完成滤波。其中，WCDMA与TD-SCDMA以及GSM&DCS与CDMA800两组制式对隔离度要求较高，容易互相干扰，均分开传输。FDD-LTE和TDD-LTE在两路通道同时传输，详见图5。

LTE室分系统的共建共享须考虑MIMO技术对双通道分布的要求。若三家运营商以传统方案独立建设则需6套天馈，而光纤分布系统提供双通道射频输出，仅需两套天馈即可实现MIMO；且双通道天馈的空间隔离对降低异系统间的干扰起到一定作用。

相比而言，方案1射频模块干扰处理比较简单，同时更易满足电磁兼容性要求，方案2在射频模块实现相对复杂，多工器的设计需考虑多个系统间上下行的隔离。在实际工程建设过程中，远端覆盖单元靠近天线安装，压缩了传输距离和分配级数，最大限度降低链路损耗差异及功率匹配难度。

六、结束语

光纤分布系统为室内分布共建共享提供了一种可行的有源解决方案。深圳国人通信有限公司已在北京国家大剧院、南京宏图三胞研发大厦和深圳证券大厦等大型场景进行了应用。数字化处理和全光纤组网为未来共建延伸至固网宽带甚至小区安防业务等领域，为智能化楼宇方案提供了有参考价值的统一平台。目前光分布也面临有源节点数量较多的问题，对系统的稳定性有很高的要求，需要运营商规范网管以提高故障响应能力。另外，共建共享的商业模式尚不完全成熟，现在普遍采用的有第三方承建并向运营商出租和三大运营商轮流承建的模式，各地实际情况复杂，还需各机构通力合作，积极探索。

参考文献

[1]赵训威，林辉，张明等. 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M]. 人民邮电出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纤分布系统及应用分析[J]. 《电信技术》，2012年，12A：35-39

4.2共建共享优势

（1）节省管井资源。光纤线径小柔韧度高，便于采用光电复合缆一次性施工，实现信号传输和供电的同步实施，节省管井空间和物业成本、降低施工难度，缩短建设周期。特别是2013年4月1日起国家强制实施《光纤到户工程设计规范》和《工程施工及验收规范》，方便复用FTTH、FTTB等资源，工程实施更为便捷。（2）便于功率匹配。光分布接入单元至覆盖单元间采用全光纤承载数字信号，各制式射频功率损耗基本为零。远端只连接4~6面天线，使传输和分配损耗降低，大大缩小了不同频率的损耗差异，同时每个制式的输出功率可单独调整，更易实现功率匹配。（3）降低系统干扰。微功率光分布的系统增益比传统20W直放站小20dB，减小了上行噪声对基站接收灵敏度的影响。通过现网验证，当基站灵敏度恶化0.8dB时能接入直放站远端1台约60面天线，而光分布远端可接入至少64台约256面天线，功率效率大大提升。同时其采用CPRI协议进行TDM组帧方式代替射频传输，保证各频段信号在汇聚远端之前彼此隔离，只在远端内合路，降低了频率间的干扰。（4）提升MIMO性能。数字化光纤传输使光分布可实现远距离覆盖和256台远端的组网规模，能满足各类场景，每台远端均可通过后台进行精准参数调整，有效实现覆盖控制。尤其对于LTE双通道建设，中移动测试表明MIMO双通道功率差异越大对速率损失越大，光分布数字化链路调整使双通道功率平衡更容易实现，从而提升MIMO性能。

五、共建共享具体实现

三级架构的光纤分布系统为共建共享的具体实施提供了可能。

首先，信号接入单元实现所有制式共同接入，可与信源共享机房，便于进行电源和网络维护管理。光纤分布系统完成延伸覆盖，信源只需提供容量不作覆盖，对其发射功率要求降低，可以采用其它低成本的微功率基站。其次，扩展单元通过光纤链型组网和星型组网，可以灵活部署在相应目标区域，解决多种场景的覆盖，同时有利于实现容量和覆盖的平衡。在共建共享实施中，多制式数字信号经光纤传输至远端覆盖单元，综合考虑各频段在天馈系统的干扰和覆盖单元射频器件隔离度实现的难易程度，提出以下两种方案实现射频合路，共享天馈。

方案1：各制式上下行分别传输。

具体实现上，在覆盖单元的射频模块中CDMA、GSM、DCS、WCDMA四种制式的上下行分别进行合路。由表1和表5可知，WCDMA上行和TD-SCDMA（F）频段间隔小，容易产生杂散和互调干扰，因此选择TD-SCDMA与CDMA/GSM/DCS/WCDMA的下行同时传输。LTE在覆盖单元的多工器上增加FDD-LTE双工通道和TDD-LTE通道即可。如图4所示。

方案2：各制式按照干扰指标归类传输。

依据表5的隔离度要求将各制式归类传输，覆盖单元采用端口隔离足够高的多工器完成滤波。其中，WCDMA与TD-SCDMA以及GSM&DCS与CDMA800两组制式对隔离度要求较高，容易互相干扰，均分开传输。FDD-LTE和TDD-LTE在两路通道同时传输，详见图5。

LTE室分系统的共建共享须考虑MIMO技术对双通道分布的要求。若三家运营商以传统方案独立建设则需6套天馈，而光纤分布系统提供双通道射频输出，仅需两套天馈即可实现MIMO；且双通道天馈的空间隔离对降低异系统间的干扰起到一定作用。

相比而言，方案1射频模块干扰处理比较简单，同时更易满足电磁兼容性要求，方案2在射频模块实现相对复杂，多工器的设计需考虑多个系统间上下行的隔离。在实际工程建设过程中，远端覆盖单元靠近天线安装，压缩了传输距离和分配级数，最大限度降低链路损耗差异及功率匹配难度。

六、结束语

光纤分布系统为室内分布共建共享提供了一种可行的有源解决方案。深圳国人通信有限公司已在北京国家大剧院、南京宏图三胞研发大厦和深圳证券大厦等大型场景进行了应用。数字化处理和全光纤组网为未来共建延伸至固网宽带甚至小区安防业务等领域，为智能化楼宇方案提供了有参考价值的统一平台。目前光分布也面临有源节点数量较多的问题，对系统的稳定性有很高的要求，需要运营商规范网管以提高故障响应能力。另外，共建共享的商业模式尚不完全成熟，现在普遍采用的有第三方承建并向运营商出租和三大运营商轮流承建的模式，各地实际情况复杂，还需各机构通力合作，积极探索。

参考文献

[1]赵训威，林辉，张明等. 3GPP长期演进（LTE）系统架构与技术规范[M]. 人民邮电出版社，2010年

[2]高博，孔明明. 光纤分布系统及应用分析[J]. 《电信技术》，2012年，12A：35-39