新型光纤分布式系统研究及其应用

【摘 要】随着3G时代通信业务的不断发展，传统的室内分布系统越来越难以满足人们的需求。为解决这一问题，介绍了一种新型的光纤分布式系统，从工作原理、特点和工程应用三个方面来分析该系统的优越性，设计旨在克服传统分布系统功率大，分布复杂，差损大等缺点，建设传输更方便，分布更合理的节能环保型系统环境。工程实际开通结果也表明，这种新型的分布式系统在解决信号覆盖及成本控制等方面更能满足现阶段人们的需求。

【关键词】光纤分布式系统 信号覆盖 工程造价

1 引言

随着无线通信领域技术的不断发展，我国已经商用的移动通信系统有GSM、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WLAN[1]，特别是第三代移动通信3G（Third Generation）技术的广泛应用以及第四代移动通信4G（Fourth Generation）的不断推进，用户对各种数据业务的需求大幅增长。与2G（Second Generation）网络相比，由于3G制式频率高，工作频段为超短波段，信号受环境制约更严重。大型写字楼、商场、酒店等建筑因信号衰耗，在其底层、地下层、电梯等区域存在移动信号盲区；高层中电磁环境复杂，存在导频污染、乒乓效应、频繁切换等因素影响。传统的分布式系统已经不能很好地解决以上环境因素带来的干扰，因此新一代的光纤分布式系统必须以此为设计目标，重点解决信号覆盖、组网建设、成本控制等方面的问题[2]。

2 系统概述

2.1 系统原理描述

新一代光纤分布式系统可以同时接入2G和3G两种制式的信号，此外还支持宽带接入服务。该系统主要由主单元（MU）、扩展单元（EU）和用户单元（RU）组成，如图1所示。系统支持光纤+五类线和光纤+光纤全光分布两种组网方式，主单元从信号源直接耦合2G（如GSM）信号和3G（如WCDMA）信号，经过数字处理后通过光纤传输到扩展单元，在扩展单元与宽带信号合路，然后通过千兆网口传输给多个用户单元，用户机对信号进行数字处理后分离，2G和3G信号及透传过来的WLAN信号最后实现覆盖。接入单元和扩展单元之间是基于数字中频技术的光纤传输，扩展单元和用户单元之间是通过超五类线或者光纤传输。

2.2 主单元功能描述

MU主要实现射频信号接入和数字信号处理及光电转换功能。

信源的2G和3G下行射频信号通过变频单元变换为中频信号，此信号经过近端的AD采样单元及FPGA信号处理后变成数字基带信号，通过激光器进行光电转换后将下行数字处理后发给EU；激光器接收EU发送的上行数字信号，通过FPGA及DAC信号处理后为模拟中频信号，此信号再通过混频单元变换为上行2G和3G射频信号。

2.3 扩展单元功能描述

EU实现光电转换、数字中频信号与宽带信号合路、下行信号功分/上行信号合路，另外POE给远端供电。

通过激光器接受下行数字信号，与透传过来的宽带信号进行合路，合路后的数字信号需要以一定的格式进行重新组帧，通过功分单元将下行数字信号输出8个网口；将8个网口接受的上行数字信号合路，将其中的宽带信号透传输出，分离的数字中频中通过激光器光电转换后传输给主单元。POE单元从电源模块取出-48V直流电后通过网线馈给8个RU进行POE光电。此外EU还可以提供3个光口用于EU级联或者接远端RU。

2.4 用户单元功能描述

RU主要实现射频信号和数字信号转换以及宽带信号的接入处理。

接受通过超五类线或光纤发送的下行数字信号，按照组帧的格式将各制式数据分解出来，恢复的并行数据再次进行数字信号处理，然后通过滤波、插值等中频算法处理，最后D/A恢复成射频信号，通过天线发出；通过天线接收的2G/3G上行射频信号通过混频单元变换为中频信号，此信号通过ADC及FPGA信号处理后，通过超五类线或者光纤传输给扩展单元，同时从下行数字信号分解出的ONU宽带信号通过WLAN单元完成AP无线覆盖。

3 系统特点

3.1 传统分布式系统

传统的分布式系统主要是由直放站设备、功分器、耦合器、馈线和天线等单元共同组成一个无线网络优化系统，为手机等无线通信设备提供一个良好的通信环境[3]。

对于不同的无线传输系统，传统的方法将不同的系统割裂开来，采取单独建设、单独维护的策略，因此面临着投资成本高等问题。同时它还具有以下不可避免的劣势：功率大且分布不均匀；馈线传输，差损大；功分器和耦合器进行功率分配；分布复杂；馈线或者天线断开无法监控[4]。

3.2 系统特色

（1）微功率

光纤分布式系统将功率分配到多个子系统上，因此不需要进行大功率设计，只需要按照相应面积分配和设计相应功率。本公司设计光纤分布式系统输出功率为23dbm，但并非通过总体来控制各系统通道输出，而是各通道单独可控，即不同系统输出可不同。这样可以提高系统中用户成功通信的概率，增强功率控制[5]。

（2）多系统接入

光纤应用的最大特点就是带宽宽，所以可以承载多制式系统的传输，作为多RU的接入方式。本文所提及的光纤分布式系统可以接入的2G制式为GSM或DCS，3G制式为WCDMA或TD-SCDMA，同时支持WLAN信号的接入。

（3）方便扩容升级

当需要从3G升级到4G，或系统需要从当前的三载波升级到六载波时，采用光纤分布式系统，只需要增加或者更换子系统就可以解决上述问题。例如时下相对较先进的LTE制式同样可以由该光纤分布式系统升级得到，系统可操作性强。

（4）方便安装规划

在商场或者一些馈线难以到达的地方网络优化覆盖也是非常重要的，而光纤可以随时随地到达，方便安装。

（5）功率按需设计和分配

对于人流量大的地方如何满足要求这一问题，采用传统的方式存在过多的弊端，但采用子系统可以根据实际需要进行功率的设计和分配。

4 工程组网应用

4.1 组网结构

系统组网方式灵活，主单元支持星型组网，扩展单元支持链组网、环形和星型组网，支持8级链组网，如图2所示：

系统组网最大支持320台用户单元，即组网方式为1（主单元）+32（扩展单元）+320（用户单元）。

4.2 与传统分布式系统试点方式比较

（1）施工难度

采用传统的组网方式，需要安装比本系统多一倍的设备，因此本系统节约了一半的馈线传输资源。

系统维护方面，较传统方式而言，多制式都集中在同一套设备上，维护时只需要维护一套设备，同时主单元和扩展单元具有远程软件升级功能，更方便维护，节约了成本。

组网效率方面，传统的组网方式2G和3G信号需各建设一套系统，而且还得增布大量馈线及无缘器件。而本光纤分布式系统融各制式信号为一体，无需重复布线，大大缩短了建设周期。

（2）覆盖效果

传统方式如需要覆盖平层，天线一般设置在公共区域，信号经过周遭的环境，一定损耗后才能覆盖到用户[5]；而本分布式系统相当于将天线布置到用户家中，信号覆盖效果极佳。

（3）工程造价

传统组网由于受制式单一条件的制约，无论是在工程建设前期辅材的准备，还是在后期的维护上，都会投入更大的资源。而本分布式系统由于集多种制式于一身等众多优点，工程造价会大大降低。

下面以具体案例分析其在工程运用中的优势。

案例站点情况：某工程试点已成功布置的小区，该小区由A、B、C、D、E共5栋楼组成，且均为8F无电梯的楼梯房，局部如图3所示：

传统建设方案采用GSM+WCDMA作为信源，针对该站点中A栋和B栋周围的弱覆盖地区进行补盲，在两栋建筑周围安装三排路灯天线（共十一副），图3中红点为远端位置。

现有建设方案则把传统分布建设的点位处替换为RU，并安放在单元楼3至4楼窗沿下方，采用1MU+2EU+12RU的组网方式进行覆盖。图4为其对比效果，图5为工程造价对比。

由以上案例可知，在覆盖方面，该多制式分布系统不仅在设备布放方面存在更大的灵活性，效果也更好，同时在工程造价方面也更加节约。

5 结束语

总之，本光纤分布系统在工程组网应用方面具备一次布放、施工简单、组网结构简练、监控功能完备且操作简单、综合造价低廉等优势。在现今提倡节约环保的理念下，更能顺应社会的发展，满足人们的需求，因此是未来通信行业长期建设发展的必然选择。

参考文献：

[1] 周莲英，王崇，兰晓晔. 多制式系统室内共存覆盖干扰的研究与工程分析[J]. 移动通信， 2012（1/2）： 102-106.

[2]李震. 3G发展现状与前景[J]. 网络与信息， 2007（5）： 5.

[3] 杨绍文. 室内分布系统介绍和设计方案探讨[J]. 信息科技， 2011（21）.

[4] 袁卫文，王强，蓝燕锐. 3G室内分布技术现状[J]. 通信世界周刊， 2009（2）.

[5] 周正兰. 未来移动通信系统中分布式天线技术的研究[D]. 北京： 北京邮电大学， 2006.