多网融合室内分布系统新建方案

肖寒春, 刘立兵，唐心佩，彭先武（重庆邮电大学，重庆 400065）



多网融合室内分布系统新建方案

肖寒春, 刘立兵，唐心佩，彭先武
（重庆邮电大学，重庆 400065）

摘 要本文分析了室内网络共建共享发展趋势，简要介绍了室内分布系统组成与发展现况，详细论述了基于大型室内环境的POI无源室分系统和基于小型室内环境的BBU+pRRU室分系统，提出建网策略并总结方案设计难点，给出改进措施，最后展示了BBU+pRRU室分案例，提出未来室分系统设计建议，为室分共建共享的推进提供了重要参考。

关键词室内分布系统；共建共享；POI；BBU+pRRU

随着4G网络的建设及中国铁塔公司的成立，为了避免过多的重复建设节省投资，室内分布系统共建共享越来越紧迫和重要了。多网融合室内分布系统是在同一个建筑物内采用多系统合路共用室内天馈分布系统实现信号覆盖，实现了多频段、多信号合路功能，可以避兔资源过多浪费、降低施工难度、缩短建设周期、改善天面资源，提高室内通信质量，是一种实现室内多网络信号兼容覆盖行之有效的解决方案。

1　室内分布系统组成与发展现状

1.1 室内分布系统组成与分类

室内分布系统是在无线网络信号难以直接穿透进入的较为封闭的大厦楼宇等场所，通过分布式的射频有线延伸系统实现无线信号增强覆盖技术，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。包含信源和信号分布系统两部分，信源有宏基站、微蜂窝基站、分布式基站、射频直放站、光纤直放站及BBU+RRU等，室内分布系统主要由有源设备、无源设备、天线、线缆等组成，主要技术方案包括无源分布系统、有源分布系统、光纤分布系统、Small Cell分布系统等。

1.2 室内场景分类

综合考虑室内环境复杂度及用户对数据与话音业务的需求可将室内环境分为8类：（1）交通枢纽：机场、车站、地铁、隧道、口岸；（2）大型场馆：会展会议中心、体育场馆；（3）公共场所：公共图书馆、博物馆、歌剧院；(4)写字楼和酒店：写字楼、酒店、政府机关、医院；（5）商场超市：购物中心、大型超市；（6）大型园区：工业园区、景区、高校；（7）住宅小区：别墅、多层、高层、城中村；（8）休闲场所：独立休闲场所、沿街商铺。多网共建共享需根据不同场景进行详细的覆盖容量干扰规划分析。

1.3 室内分布系统现状

目前三大运营商成熟的多网融合室内分布系统方案为移动室内分布系统GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、WLAN四网融合，建设的主要模式为先经过两级合路，第一路为2G+TD-LTE，第二路为TD-LTE+TDSCDMA，WLAN在末端馈入GSM一路。中国电信室分建设模式比较简单，经过两级合路，先是CDMA和EVDO合路， WLAN在末端馈入。中国联通室分建设模式：经过两级合路，先是GSM和WCDMA合路，WLAN在末端馈入。随着LTE的快速部署和铁塔的建网发展，无论是在大型的公共室内场景三大运营商共建共享，还是在小型室内环境单运营商多网融合，都将得到快速发展。

2　室内分布系统网络制式规划

当前各运营商可应用于室内分布系统的网络制式如表1所示。

表1　三大运营商室分网络制式

各运营商可用于室内覆盖的系统有12个，其中移动TD-LTE（A频段）、电信和联通TD-LTE 2.3G还没有明确需求。考虑运营商的频率资源、容量需求、CA等技术演进，以及室分扩容的难度，将12系统作为中远期需求，目前有明确需求的9系统：移动/联通GSM900、移动GSM1800、TD-LTE（F频段）、TDLTE（E频段）、电信 CDMA800、 LTE FDD 1.8G、LTE FDD 2.1G、联通 LTE FDD1.8G、WCDMA，在大型公共室内分布系统新建的需求分析中，需考虑这9个系统的接入。由于中国移动的室内覆盖比较完善，近期有电信+联通的共享需求，则采用6系统：电信 CDMA800、LTE FDD 1.8G、LTE FDD 2.1G、联通 GSM900、LTE FDD 1.8G、WCDMA，由这6系统满足当前电信和联通的室内分布系统共享需求。而WLAN作为室内热点重要分流技术，在大型室内分布系统设计时可协同2G、3G、LTE进行部署，充分利用各自的优势，发挥网络间良好的协同效应，满足用户各种业务需求。

3　室内分布系统方案设计

根据室内通信环境的复杂度、用户的分布、用户对业务的需求，以及建设成本可将8类室内场景分为大小型两种室内环境，大型室内环境将以无源分布系统+POI多频合路器方案为主，小型室内环境将以BBU+picoRRU分布式基站为主。POI为多频系统接入平台，可以实现多系统共用天馈系统、多系统信号合分路传输、多系统信号单双向传输、多系统信号隔离、抑制干扰信号、多系统信号输入输出功率检测，以及多系统信号输出驻波比检测。目前POI可以支持电信和联通的6个系统和三大运营商的9个系统。BBU+pRRU室分系统是基于光纤和网线传输的，可端到端管理的，覆盖和容量并重的新型多制式室内覆盖方案，目前主要的产品有中兴的Qcell和华为的Lampsite。

3.1 大型室内环境及室内外协同覆盖

大型室内场景如机场、车站、地铁、大型体育馆、大型商场、高校等此类环境，用户类型多，业务类型丰富，在新建室内分布系统时，三大运营商需要共建共享，同时需要考虑室外宏站与室内分布系统的相互影响，规划好各系统信号功率，避免室内信号外泄。

3.1.1 室内分布系统方案设计

依据运营商的不同主要有双运营商方案和三运营商方案，对于双运营商，由于接入系统只有6个，为节约建设成本，可以通过POI上下合缆的路由方案进行建设，而对于三运营商，由于接入系统较多，系统间干扰较强，采用POI上下分缆的路由方案为宜，在热点区域为缓解用户对数据流量的压力，WLAN可以在后端通过合路器馈入室内分布系统，以下是两种方案设计图。

双运营商（电信＋联通）方案如图1所示。三运营商共建方案如图2所示。

在大型公共室内场景，首先选择以上两种方案进行室内分布系统建设，在室内已有移动网络覆盖时，考虑联通电信双运营商方案，在无室内分布系统时，则考虑三运营商建网方案。若场景用户对系统容量不高、合路的多路信源互调干扰小，则可以通过POI上下合缆的方案，可节约建设成本和室内天面资源。在三运营商共建的场景中，一般选择POI上下分缆的方案，一路用于发射，一路用于接收，两路系统可通过空间隔离干扰，系统扩展性高，同时可以实现LTE系统的MIMO技术，提高系统容量和用户速率，对于非LTE频分双工系统，采用收发分离的模式，但有时分双工系统接入时，对系统的PIM要求较高。在用户对数据流量较大的区域，可以通过较高性能的合路器将WLAN在后端馈入室内分布系统，利用多网络协同作业为用户提供一个优良的网络环境。

单双缆方案对比及应用分析如表2所示。

图1　电信和联通多网融合方案

图2　三运营商多网融合方案

表2　POI单双缆方案对比

基于POI的室内分布系统的路由方案主要有单缆和双缆两种。采用POI上下合缆的方案，其优点在于接入网络制式较少，系统之间的干扰影响小，干扰容易控制，建设成本低。缺点：只能在极其有限的频率组合下使用，适用性差；在多系统接入的情况下，难以规避干扰，对系统性能影响较大；建成之后不具备改造成双缆的可能性，扩展性差。采用POI上下分缆的方案，其优点在于可通过合理的通道分配，降低干扰的影响，网络性能稳定；具备提供LTE MIMO的能力，可大幅提高系统容量和用户速率；系统的扩展性高，适用范围广；缺点：需要两条分布系统路由，建设成本较高。因此对于物业协调较难，室内环境难以布放双路室分系统且对高速LTE数据体验要求不是很高的场景，在系统接入不是很多的情况下，为控制建设成本，应采用POI上下合缆方案进行建设。而对于具备大规模工程实施条件且对高速数据通信有很高要求的大型公共场景，考虑三大运营商9、12系统的接入，为减少多系统干扰，应采用POI上下分缆方案进行建设。为保证双路系统MIMO性能，若分布系统采用的是单极化天线，则两天线间距至少为4λ（约为0.5 m），相对单缆，双缆施工复杂，但由于双缆方式LTE性能相对于单缆方式有1.5～1.8倍的容量增益，且可接入的系统较多，在大型场景中，从长远发展角度出发，应采用POI上下分缆方案进行建设。

3.1.2 方案设计难点及解决措施

多网融合室内分布系统最大的特点是多个运营商、多个网络、多种频率在同一套系统中共存，存在干扰严重、功率容限高、设备定制化、网络需求差异大、监控难度高等许多难题。

（1）干扰严重：多系统共存，存在杂散、阻塞、互调等多种干扰，干扰复杂、严重。

（2）功率容限高：接入系统多、功率大、LTE系统峰均比高，对POI、无源器件等设备的功率容限要求高。

（3）设备定制化：当前POI等设备采用定制化方式，存在种类多、扩展性差、价格高等问题。

（4）需求差异：各运营商存在网络扩容、技术演进、频率变化等需求的差异。

（5）监控难度大：无源器件难以监控，出现故障难以定位。

在室内场景勘察规划设计时，利用大数据手段找出用户分布情况和对业务的使用特点，精确选择系统接入情况和建设方案。多网接入时，避免系统间干扰的主要方法包括可采用高性能的POI，采用高品质器件，提高端口隔离点，避免互调干扰；采用空间隔离，上下行分缆或者干扰系统单独布放一路。同时合理评估当前容量需求，采用超级小区技术，根据需要合并小区，减少干扰，对于用户增长的情况，可进行小区分裂。在个别运营商需要扩容时可以采用Small Cell或微站快速部署补充覆盖。

3.2 小型室内环境及深度覆盖方案

小型室内场景如会议中心、写字楼、酒店、地下商场、政府机关、医院、住宅小区等场景，中高档用户多，终端类型丰富，对数据业务要求较高，室内环境复杂，天面资源有限，为节约成本和部署难度，各运营商可采用BBU+pRRU室分系统方案进行建设，实现高容量，多频多模的一次部署来满足未来LTE和室内MIMO。同时这也是一种良好的LTE室内深度覆盖方案。

3.2.1 室内分布系统方案设计

根据室内环境用户对业务的需求，选择信源，将信源接入BBU+pRRU室分系统，这种方案通过分布式控制单元（DCU）能够帮助运营商快速构建低成本、高性能的2G、3G和4G多模融合的室内深度覆盖网络，目前pRRU可以支持三模（GSM、UMTS、LTE）拼装，主要有以下应用场景，仅支持UMTS单制式，LTE-FDD单制式和LTE-TDD单制式，还可以支持GSM+UMTS，UMTS+LTE-FDD，LTEFDD+LTE-TDD双制式和针对电信的CDMA+LTE双制式。其组网结构如图3所示。

图3　BBU+pRRU室分系统

这种室分系统由基带单元BBU、pRRU和RHUB组成，BBU可与多个RHUB连接，RHUB可以与多个pRRU星型连接，为BBU与pRRU提供数据汇聚和分发功能，同时RHUB为pRRU提供POE供电。系统以pRRU为基本覆盖单位，pRRU的4G发射功率为2×125 mW，空旷场景覆盖半径约30 m，对于有柜台或货架阻挡的商场和超市，覆盖半径约20 m，对于内部有砖墙阻挡的办公楼，覆盖半径约15 m。可通过分布式控制单元（DCU）接入异厂家GSM信源或者CDMA信源，实现一根网线即可承载两载波20M LTE小区或2G、3G、4G等多种无线制式，不仅降低了施工难度和成本，还可节省60%的部署时间，同时可灵活通过小区合并和分裂来保证容量和覆盖，和宏站共网管，可视化，易维护。是小型室内环境有效的单运营商多制式室内覆盖解决方案，对于多制式支持问题，因小基站方案受限于扩展单元与 BBU的连接，对多制式的支持能力各厂家目前存在差异，如华为的 LampSite设备，主要是通过在BBU加基带板，增加pRRU射频模块来实现对多频段和多制式支持，技术相对复杂，对于目前三大运营商都在积极进行LTE室分建设，前期建设主要考虑LTE的接入，对于需要新建的室分场景，若室内2G、3G信号很弱，则可以考虑通过DCU引入GSM或者UMTS，建设双模或者三模的室分系统来满足当前和以后用户的业务需求。

3.2.2 方案设计难点及解决措施

BBU+pRRU室分系统采用的是一种微功率的RRU（pRRU），和宏网相同的BBU，因此，其容量规划、参数规划等和传统DBS+DAS相同，但是pRRU输出功率和传统DAS有差异，需要关注pRRU的覆盖半径，同时，pRRU自带全向天线，需做好外泄控制。规划设计中需要考虑以下3个方面。

（1）业务模型选择：针对场景业务需求，选择合适的话务模型进行容量链路预算，利用pRRU级小区优势，做好多媒体区容量规划。

（2）干扰控制：场景需要多个小区时，通过合理天线布放和天线选型，结合仿真验证，做好干扰控制。

（3）切换区选位：结合各功能区容量需求，根据人流特性，规划小区和切换区避免切换区落在高速数据业务区。

BBU+pRRU室分系统建设时可通过以下措施解决系统干扰和未来扩容需求。

（1）干扰控制策略：通过同层或相邻pRRU覆盖区或小区合并实现干扰控制；相邻楼层同覆盖区做小区合并减少不必要切换；同层容量需求高的相邻小区可做异频组网。

（2）容量部署策略：减少单pRRU单小区部署；多采用pRRU小区合并部署，减少主设备BBU的配置；按功能区用户数及业务流量规划小区容量。

（3）扩容演进策略：首要通过小区分裂扩容；其次可在覆盖较弱的地方采用加站(pRRU) 扩容。综合考虑以上策略，建设优质的室分系统来满足室内用户业务需求。

4　BBU+pRRU室分系统案例分析

4.1 方案测试地点选取

以重庆江北建新市场为例，市场分为地上F1和地下B1F两层，室内没有室分系统，因商铺较多，人流量大，室内信号弱，需要新建室分系统，采用BBU+pRRU室分系统方案，选择华为Lampsite产品进行建设。

4.2 方案设计与测试结果

方案设计只需要一台BBU，一个RHUB，9个pRRU，商铺B1F安装有5个pRRU,商铺1F安装有4个pRRU,9个pRRU共小区。系统只接入了信源TD-LTE(E频段)，经过测试，RSRP大于-95 dBm的区域覆盖率为100%， SINR大于20 dB的区域覆盖率为100%，下行平均吞吐率为87.2 Mbit/s，上行平均吞吐率为8.6 Mbit/s，室内外切换率为100%，系统间3G、4G切换率100%，图4和图5为B1F信号覆盖图和SINR分布图以及pRRU安装示意图。

4.3 未来室分系统设计建议

图4　pRRU安装示意与RSRP信号分布

面对未来通信发展趋势以及室内环境对话音及数据的需求，考虑室内环境复杂度和建网成本，在大型室内环境新建分布系统方案中，首先根据室内场景环境和用户需求，选择优质的POI接入三大运营商的6、9、12系统，满足各运营商不同用户各种需求。在小型室内环境中，为快速建设LTE网络，各运营商可根据自己的需求选择BBU+pRRU室分系统方案。而在已建有室内分布系统的大型场馆，可利用BBU+pRRU室分系统来快速构建LTE网络，来提升用户业务感知体验。同时在室内分布系统多网融合规划设计时，对于高数据+高话音室内环境，方案设计应该以LTE为中心，2G、3G、WLAN协同覆盖。对于高数据+低话音室内环境，方案设计应该以LTE、WLAN为中心，2G、3G协同覆盖。对于低数据+高话音室内环境，方案设计应该以2G、3G为中心，LTE、WLAN按需求进行选择覆盖。充分利用资源，多网协同作业打造室内精品网络，为用户提供优质服务。

图5　pRRU安装示意与SINR分布

5　结束语

多网融合室内分布系统是目前和未来室分网络建设的重点方向，无论是多运营商之间的多网融合，还是单运营商多网融合，都需要更新的技术、更好的产品来建设优质室分网络满足用户的需求。提倡和推进室内分布系统共建共享工作，将有利于降低网络建设成本，提高资源利用率。

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Exploration on the newly-built solutions of multi-network fusion indoor distribution system

XIAO Han-chun, LIU Li-bing, TANG Xin-pei, PENG Xian-wu
(Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

AbstractThis paper mainly analyzes the development trend of interior network co-construction and sharing, introduces the indoor distribution system and the present situation, studies the POI passive chamber subsystem based on the large indoor environments and the BBU + pRRU chamber subsystem based on small indoor environments,and summarizes the diffi culties of design,puts forward the improvement measures, at last shows the case of BBU + pRRU chamber subsystem and gives the design suggestions, provides an important reference for the co-construction and sharing of the chamber subsystem.

Keywordsindoor distribution system; the co-construction and sharing; POI; BBU + pRRU

收稿日期：2015-12-03

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）02-0074-06