PLC技术在LTE网络优化中的应用

1 引言

伴随着LTE网络的快速建设，4G用户数已经步入了规模增长阶段。用户体验与网络的质量息息相关，LTE网络不可避免地存在一些覆盖的盲区，受各种条件限制，在这些盲区新建基站和室分系统通常都存在一定困难。通过电力线传输无线信号到用户端，可以减少建设中的阻力，有效解决LTE覆盖的盲区，并降低建设成本。

2 LTE网络优化遇到的困难

LTE是由3GPP组织制定的技术标准的长期演进，LTE系统引入了OFDM和MIMO等关键技术。通过LTE网络云数据系统提取的指标数据分析发现：LTE终端出现的掉线、连接困难、网速慢等现象多分布于大型高层建筑和城中村这两类盲区（见图1）。

图1 南宁市4G弱覆盖区域分布图

一方面这些覆盖盲区亟待解决，另一方面由于经济（高额入场费和租金）和安全（业主以及周边邻居担心辐射拒装基站）等因素，在这些区域建设室分和宏站比较困难。因此，利用已有的电力线路部署室内分布系统成为一个重要的课题。

3 PLC技术

电力线通信技术（Power Line Communication，PLC），是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式。该技术是把载有信息的高频信号加载于电流，然后用电线传输接受信息的调制解调器，再把高频信号从电流中分离出来，并传送到接收机，以实现信息传递。

PLC技术采用的调试方式为OFDM。HpmePLUG 1.0的规范覆盖4～21MHz的通信频段，在这个频段内划分了84个OFDM通信信道。OFDM的原理是几个通信信道按90°的相位作频分，这样的结果是当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，这样就保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠、串扰。

PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的网络。调制器、振荡器、功放、T/R转向开关、耦合电路和解调器等部分组成的PLC设备的传输模块，其中振荡器是为调制器提供一个载波信号。在发射数据时，待发信号从TXD端发出后，经调制器进行调制，然后将已调信号送到功放级进行放大，再经过T/R转向开关和耦合电路把已调信号加载到电力线上。接收数据时，发射模块发送出的已调信号通过耦合电路和T/R转向开关进入解调器，经解调器解调后提取原始信号，并将原始信号从RXD端送到下一级的数字设备中。PLC的优点如下：

（1）实现成本低：可以直接利用已有的电网配电网络作为传输线路，不需要额外布线。

（2）范围广：电力线是覆盖范围最广的网络，PLC可以渗透到每个有电力线的地方。

（3）高速率：PLC能够提供高速的传输；目前其传输速率依据设备厂家的不同分布在4.5～45Mbit/s之间，更高速率的PLC产品也在研制之中。

（4）接入点多：不管在哪个建筑都分布有电源插座，只要连接到电源插座上，就可以接入电力线网络传输信号。

（5）维护方便：对于电力线的维护，业主通常都会给予主动积极的配合并及时报障。

目前，LTE接入网使用无线接入网IP化技术，在传输网络里传输的是IP数据包。这些下行链路数据包在输入口通过光纤接入PLC调制解调器，利用GMSK或OFDM技术将数字信号转换为模拟信号，然后通过电力线传输模拟电信号，在靠近室分天线的输出口接入PLC调制解调器将有效信号滤出解调，再转换回数字信号。最后，通过光纤、馈线传到吸顶天线，射出覆盖目标区域；反方向就是上行链路传输路径，原理如图2所示。

图2 PLC技术原理图

4 PLC技术在LTE网络优化中的应用

4.1 PLC技术在大型高层建筑LTE网络优化中的应用

针对大型高层室内LTE网络深度覆盖不足，传统的解决方法是在这些建筑内建设室内分布系统改善LTE网络覆盖。建设室分系统的布线造价不菲，布线和设备安装还要相应物业公司配合，一旦有业主反对，难以实施建设。

使用PLC技术能够有效降低施工阻力，既避免已有室内装修、空间分割等对施工的影响，又容易取得业主的同意。邕江郡是南宁市的高层建筑，该建筑的1～4层为大型商场，每层有1～2个装修档次较高的公共卫生间，整体采用瓷砖铺面，导致在公共卫生间天花板走线困难，形成了覆盖死角。在网优施工中，利用业主的电力线传输LTE信号，在公共卫生间布放美化板状天线，有效实现了公共卫生间信号覆盖。电梯间、管道竖井狭窄，如布放光缆，难以达到弯曲半径不小于光缆外径的15倍、布放光缆的牵引力不超过光缆允许张力的80%等施工要求。使用电力线传输后，不再受以上放缆不利因素制约。

使用PLC技术还能够节约建设成本。如果在邕江郡内布放使用光缆的传统室内分布，仅光缆及其辅料的成本费用就达到58528.97元。如果采用PLC技术，利用已有的电力线，只需要增加一批PLC调制解调器，PLC调制解调器的成本可以控制在1万元左右。材料费一项就节省了4.8万元左右的成本，加上光缆布放的施工费用（含安装费和光缆调测费），总成本节约8万元左右。

由于采取了PLC技术，通过电力线传送LTE信号到用户远端侧，邕江郡的室分建设比较顺利，LTE网络覆盖率达到98.9%，提升了30.2%，达到良好的水平。与传统的室内分布系统建设相比，减少了工程量，缩短了工期，节约了承包。采用PLC技术的室分系统建设前后邕江郡LTE网络指标对比参见表1。

4.2 PLC技术在城中村4G网络的应用

城中村通常指农村村落在城市化进程中，由于全部或大部分耕地被征用，农民转为居民后仍在原村落居住而演变成的居民区。随着城市的建设，目前南宁市的城中村约130个。城中村楼房密集林立，楼与楼之间距离较近，建站和光缆布线困难，导致LTE信号覆盖较差，是网优的重要场景之一。

平西村是南宁市较典型的城中村，私宅密集，很多房子的楼间距不足30cm，LTE信号受到建筑物阻挡，形成的慢衰落覆盖盲区极多。平西村实现无缝覆盖需要10～20台左右的LTE微站。微站一般放在光交箱上或者放在类似空调室外机的美化箱中。因分布广泛，有些地方没有光缆到位，接入开通困难。

村民家家户户都有电箱电表，电力线接入点分布很广，在无法铺设光缆区域采用电力线传输信号非常方便，因此采用PLC技术能有效克服上述困难。在平西村布放的19个微站中有14个采用PLC技术，保证了微站的开通率，网络信号覆盖率从60.1%提升到94.5%，改善明显（见表2）。

5 结束语

表1 江都LTE网络指标对比表

表2 平西村LTE网络指标前后对比

通过大型高层建筑和城中村4G网络PLC技术应用试点的实际效果可以看出，PLC技术在LTE网络的建设优化中存在较大的运用空间，其实用价值会随着无线网络的发展日趋明显，特别是在光缆布放困难的区域。