室内外覆盖技术选择方法的研究

【摘 要】对于不同场景如何选择室内外部署方案的问题，提出了一种选择方法，结合各应用场景的特点，对不同场景下光纤分布系统和小基站这两种覆盖解决方案，从成本和容量两大因素进行评估、分析以及方案对比，最终给出具体的覆盖方案选择实例和应用部署建议。

【关键词】光纤分布系统 小基站 室内分布系统 室内外覆盖

[Abstract] According to the selection of indoor and outdoor deployment in different scenes， a selection method was proposed in this paper. Fully considered characteristics of application scenes， two coverage solutions including optical distributed system and Small Cell were evaluated， analyzed and compared from aspects of cost and capacity in different scenes. Finally， the concrete cases of coverage scheme selection and application deployment suggestions were presented.

[Key words]optical distributed system Small Cell indoor distribution system indoor and outdoor coverage

1 引言

随着移动通信业务的迅猛发展以及移动宽带需求的不断增长，室内覆盖在整个通信网络中的重要性日益凸显[1]。光纤分布系统和Small Cell作为室内覆盖解决方案各有其特点和适用场景，在不同场景下需选择不同的方案来进行网络部署。本文将对室内覆盖典型场景进行分类，提出解决方案选择方法及场景方案对比，并给出网络建设指导意见[2]。

2 室内外覆盖方案

2.1 Small Cell

Small Cell是低功率的无线接入节点，覆盖范围10～200m，Small Cell的产品形态比较灵活，根据发射功率可分为HeNB（Home eNodeB，家庭基站）和微基站（Micro）、微微基站（Pico），用于室内和室外覆盖补盲、热点业务吸收、网络量提升，LTE Small Cell系统结构如图1所示[3]：

Micro和Pico同宏基站一样，通过S1接口与核心网相连，且与宏基站之间通过X2接口相连；HeNB有两种形态，一是通过S1接口与核心网MME/S-GW（Mobility Management Entity/Serving Gateway，移动性管理实体服务网关）直接相连，二是通过S1接口经HeNB GW（Home eNodeB Gateway，家庭基站网关）汇聚后连接到核心网的MME/S-GW。

2.2 光纤分布系统

光纤分布系统是一个三级的网络结构，主要包括三个部分：MAU（Multi-service Access Unit，接入控制单元）、MEU（Multi-service Extended Unit，近端扩展单元）以及MRU（Multi-service Radio Unit，远端射频单元），根据应用场景的不同，远端射频单元又可分为室分型、放装型以及室外型三种设备形态。下面对三个单元的功能原理做详细介绍，系统结构如图2所示[4]。

（1）接入控制单元

接入控制单元主要实现射频信号的接入、数字信号处理及光电转换功能。对于下行链路，信源下行射频信号通过变频单元变换为中频信号，经过近端数字中频单元内部模拟下的变频单元及FPGA，将信号处理成数字基带信号，再通过激光器进行光电转换后将下行数字信号发送给扩展单元。对于上行链路，激光器接收扩展单元发送的上行数字信号，通过FPGA及数模转换器，信号经处理后成为模拟中频信号，再通过混频单元变换为上行射频信号。

（2）扩展单元

扩展单元主要完成光电转换、数字中频信号与宽带信号合路以及下行信号功分/上行信号合路功能。扩展单元通过激光器接收下行数字信号，并通过广播的方式输出至多个光口或网口。上行信号的处理流程与下行相反，对来自多个MRU的信号进行处理后传输给主单元。此外扩展单元MEU还提供多个光口用于MEU级联或接远端MRU。

（3）远端射频单元

远端射频单元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功能。通过五类线或光纤接收来自扩展单元的下行数字信号，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，通过滤波、插值等中频算法处理，最后经数模转换恢复成射频信号，通过天线发射出去。天线接收到的上行射频信号通过混频单元变换为中频信号，此信号通过模数转换及FPGA信号处理后，经过五类线或光纤传输给扩展单元来实现无线信号的覆盖。

2.3 室内分布系统

室内分布系统主要由信源和信号分布系统组成来实现室内无线信号的覆盖，系统结构如图3所示：

（1）信源

信源可以有以下4类，具体分类及优势如下：

宏基站：业务容量大，扩容方便，对机房及电源环境要求较高，成本高，建设周期长。

微蜂窝基站：中等业务量，对机房及电源要求不高，投资比较小，建设周期较短。

分布式基站：BBU（Building Baseband Unit，室内基带单元）+RRU（Remote Radio Unit，远端射频单元），组网灵活，能将富裕话务容量拉远，有效利用资源，光纤损耗小，提升设备利用率。

直放站：分为射频直放站和光纤直放站，用于话务量不高的室内场所的信源接入，投资成本低；需考虑无线环境、传输介质、信源基站负荷状况并控制对主基站的噪声干扰。

（2）信号分布系统

信号分布系统可以由以下4类分布系统组成，具体如下：

无源分布系统：主要由合路器、功分器、耦合器、馈线、天线等组成。

有源分布系统：包含干线放大器，可以有效补偿信号在传输中的损耗，延伸覆盖范围，但干放可靠性不高。

光纤直放站分布：由覆盖近端机、远端机、光分/合路器件等组成，利用光纤作为传输介质。

泄漏电缆分布：信号通过泄漏电缆传输，适用于隧道、地下长廊等。

3 典型应用场景分类

下面将描述两类典型应用部署场景的特点及建设维护时遇到的问题。

3.1 城中村

城中村的特点及网络建设维护遇到的困难：

（1）以低层建筑为主，通常小区中楼高为5～7层，楼宇密集且不规则，缺乏规划和管理，部分楼宇间距不足10m，甚至更短。

（2）周围宏站覆盖受到密集建筑物的遮挡严重，区域内部的中低层住宅、道路信号弱及盲区等问题较为突出，深度覆盖不足。

（3）以中低端用户为主，用户规模大，由于处于信号弱覆盖区、盲区较多，因网络质量投诉量大，问题长期无法得到解决。

（4）采用传统分布系统方案建设，业主反感强烈，施工进场难度大，传输线缆被剪短及设备受损情况频繁出现，入场维护难。

综合该场景特点，部署覆盖方案需具备以下特点：

（1）能深入部署并进入覆盖区域核心内部，完成受到遮挡严重的区域的针对性覆盖。

（2）设备须具备隐蔽性，且业主接受度高，不会引起业主的反感，可保护传输线缆的安全，易于进场施工。

3.2 沿街商铺

沿街商铺的特点及网络建设维护遇到的困难：

（1）室外信号较好，商铺层低、纵深较大，受建筑阻挡，室内弱区、盲区较多。

（2）传统室外铜缆物业协调难，布线困难，影响美观，施工周期长，难以统一协调业主，系统开销大、效率低，施工取电困难。

（3）以中高端用户为主的手机用户多，话务量大，数据业务需求高且具有时段性[5]。

综合该场景特点，部署覆盖方案需具备以下特点：

（1）设备、系统方便部署，覆盖方向明确；

（2）安装隐蔽性强，方便快速安装，易于协调业主；

（3）保证用户业务量需求。

根据对上述场景特点的分析，更能体现部署方案的隐蔽性、部署便利性等优势，故选取城中村、沿街商铺这两大场景作为研究分析的重点。

4 方案选择原则

4.1 选择方法

目前室内覆盖方案有传统室分、Small Cell、光纤分布系统，如何为网络覆盖建设的目标区域选择合适的建设方案，具体方法如图4所示。

（1）优先考虑采用宏站解决方案或者现有资源利旧方案，通过包括整改、功率调整、小灵通资源利旧等方式。

（2）如果宏站方案或者现有资源利旧方案无法满足网络覆盖要求，可考虑采用新建的方案，包括利用光纤分布系统、Small Cell、传统室分等方式。

为检验部署方案的有效性和实施的正确性，从网络性能提升和投资收益两方面来进行评估，表1和表2详细阐述了网络性能评估和投资收益评估方法。

4.2 方案比较

如果新建宏站的方式可以对目标区域进行覆盖，建议优先采用宏站建设的方式，否则建议考虑利用分布系统方案来解决。对于新建分布系统方案的选择，建议主要考虑光纤分布系统、Small Cell、传统室分解决方案三种类型。鉴于网络建设需求过程中所涉及到的问题，建议在选择方案时主要考虑成本、容量、建设阻力、升级难度、网管等5个影响因素[7-8]：

成本

备选方案可以进行建设，在完成覆盖目的的情况下，优先考虑建设成本最低的方案。

容量能力

考虑是否满足目标场景的容量需求以及后续的扩容需求。

建设阻力程度

由于光纤分布系统与Small Cell的设备隐蔽性、安装便捷性均优于传统室分，因此建议在可以满足建设需求的场景中优先考虑光纤分布系统与Small Cell解决方案[9]。

网管

比较方案对完成建设后的运行维护是否有可行有效的手段[10]。

升级难度

主要考虑方案在网络升级演进方面是否方便及可实施性强度问题。

对以上5个因素进行评估后，对于具体的场景可以有效分析各种新建解决方案的优劣，选择最佳的建设方案。

（1）室内覆盖方案

1）成本估算

光纤分布系统室内部署方案

光纤分布系统部署总成本计算公式如下：

P光=PBBU+RRU+（S单层覆盖面积/S每远端覆盖面积）×N所需部署层数×

P远端单价+（P扩展单价/n）+NRRU×P接入单价+P修正 （1）

其中，PBBU+RRU为BBU与RRU设备的总成本；S单层覆盖面积为建筑物单层建筑面积；N所需部署层数为部署远端单元建筑物楼层数；n为平均每个扩展单元外接远端单元数，取值建议为6～8个；NRRU为3G RRU数量，默认一个3G RRU接一个接入单元；P修正为本方案中其他修正因素，包括电梯覆盖所需成本、施工费用等；S每远端覆盖面积为一个远端单元所覆盖的室内面积。

对于一体化放装型远端单元，空旷场景中覆盖半径为15m，S每远端覆盖面积为706.5m2；对于室内外接天线型远端，覆盖面积为：

S每远端覆盖面积=N外接天线数×S单天线覆盖面积 （2）

Small Cell室内部署方案

Small Cell部署总成本计算公式如下：

PS=（S单层覆盖面积/S每台小站覆盖面积）×N所需部署层数+P修正 （3）

其中，S单层覆盖面积为单层建筑面积，S每台小站覆盖面积为一个小站覆盖的室内面积。

对于Small Cell室内覆盖，覆盖半径取值为10m，则S每台小站覆盖面积为314m2。

2）容量估算

光纤分布系统室内部署方案

R光=N3G RRU×R3G单载波容量×N3G载波数+N2G RRU×R2G单载波容量×N2G载波数+… （4）

其中，N3G RRU为3G RRU信源数量；R3G单载波容量为3G RRU所提供的单载波容量能力；N3G载波数为该RRU配置的3G载波数；N2G RRU为2G RRU数量；R2G单载波容量为2G RRU所提供的单载波容量；N2G载波数为RRU所配置的2G载波数。

Small Cell室内部署方案

RS=N3G SC×R3G单载波容量×N3G载波数+N2G SC×R2G单载波容量×N2G载波数+… （5）

其中，N3G SC为3G基站载波数，N2G SC为2G基站载波数。

1）成本估算

光纤分布系统室外部署方案：

P光=PBBU+RRU+（S总土地面积/S每远端覆盖面积）+（P远端单价+P扩展单价/n）+NRRU×P接入单价+P修正 （6）

建议较空旷场景覆盖半径为20～30m，S每远端覆盖面积为1256～2826m2，隔断、阻断多的场景建议乘以修正因子λ为0.6，即S每远端覆盖面积=S空旷远端覆盖面积×λ；n为平均每个扩展单元外接远端单元数，建议取值为6～8；NRRU为3G RRU数，默认一个3G RRU接一个接入单元；P修正为本方案中其他修正因素，包括施工费用等。

Small Cell室外部署方案

Small Cell室外部署方案成本估算见公式（3），建议覆盖半径取值为15m，则S每台小站覆盖面积=706.5m2。

2）容量估算

光纤分布系统和Small Cell室外部署方案容量估算方法见公式（4）和公式（5）。

（3）场景方案对比

本节讨论在利旧或者新建宏站无法完成覆盖目的的情况下如何选择目标覆盖场景解决方案，分别从以下两个场景进行评估。

1）城中村

室外场景主要考虑光纤分布系统与Small Cell解决方案，BBU、RRU数量参照本区域内RRU搭配光纤分布系统设备数量较为合理的前提下的高容量选择方案，在容量需求较低地区，可多套光纤分布系统共RRU。

光纤分布系统参数建议取值为：1个BBU，3个RRU，土地总面积为10 000m2，λ为0.4，每远端覆盖半径为20m，远端单元数为6～8个，修正值为0，3G载波数为4，3G单载波容量为每小时688MB，成本回收周期为两周。

小站覆盖参数建议取值为：33个小站，总体土地面积为10 000m2，每远端覆盖半径为10m，修正值为0，3G载波数为3，3G单载波容量为每小时688MB，成本回收周期为两周。

成本估算

①光纤分布系统室外部署方案的成本为18.4万元。

②Small Cell室外部署方案的预计成本为181.5万元。

在面积较小的城中村中，如果采用单站部署方案，可发现光纤分布系统和小站成本有如下趋势，具体如图5所示。图中显示光纤分布系统在1800m2覆盖范围内成本均低于Small Cell方案，随着覆盖范围的增加，光纤分布系统的优势更明显。因此，城中村进行单点补盲或者在单点热点区域可采用Small Cell小站进行覆盖，其他情况下采用光纤分布系统方案。

容量估算

①光纤分布系统室外部署方案每小时最大容量C为8256MB。

②Small Cell室外部署方案每小时最大容量：33个Small Cell设备共计可使用的最大载波数量为100个，可估算其容量C为68 800MB。

考虑以上对比结果及两年的成本回收周期，最低需求周流量为：

L最低需求周流量=P/（T周×M流量单价） （7）

其中，L最低需求周流量为在两年成本回收周期的平均每周最低业务需求；P为建设投资成本；T周为两年总周数；M流量单价为每MB流量单价。

城中村场景下两种方案的对比结果如表5所示：

以语音按12元/Erl、数据按0.125元/MB计算，可得光纤分布系统室外部署方案最低需求周流量为14 400MB，Small Cell室外部署方案最低需求周流量为140 000MB。

综合以上分析，考虑到两种方案的网管和升级情况相近，建议单位面积10 000m2的覆盖目标情况下（业务量均折算成数据流量）：

①在周流量大于14 400MB且不高于140 000MB时，优先选择光纤分布系统方案；

②在周流量大于140 000MB时，优先选择Small Cell方案；

③在周流量小于14 400MB时，如果宏站、利旧等解决方案均无法解决，采用光纤分布系统方案进行部署；

④在进行单点补盲或单点热点区域覆盖时，优先采用单个Small Cell小站进行覆盖。

2）沿街商铺

本场景为室外场景，考虑部署光纤分布系统与Small Cell方案，两种方案成本及容量结果如下：

成本估算

①光纤分布系统室外部署方案的成本为41.2万元。

参数建议取值如下：1个BBU，3个RRU，总体土地面积为10 000m2，λ为0.4，每远端覆盖半径为30m，远端单元数为8，修正值为0，3G载波数为4，3G单载波容量为每小时688MB。

②Small Cell室外部署方案的成本为：采用小站部署方式，预计成本为99万元。

参数建议取值如下：18个小站，总体土地面积为10 000m2，每远端覆盖半径为30m，修正值为0，3G载波数为3，3G单载波容量为每小时688MB。

在面积较小的城中村中，若采用单站部署方案可发现如下趋势，具体如图6所示，在沿街商铺的长度小于600m的情况下，Small Cell的成本与光分的成本可以比拟，在大于600m时光分方案成本明显优于Small Cell。

考虑两年成本回收期，参考公式（7）求出最低需求周流量为31 696MB。

②Small Cell室外部署方案每小时最大容量：18个Small Cell设备可使用的最大载波数为72个，估算其容量为每小时49 536MB，考虑两年成本回收期则需要的最低需求周流量为76 000MB。

本场景中Small Cell可使用的容量远高于光分解决方案。

综上分析，考虑到两种方案的网管和升级情况相近，建议在单位面积10 000m2的覆盖目标情况下：

①在周流量大于31 696MB且不高于76 000MB时，优先选择光纤分布系统方案；

②在周流量大于76 000MB时，优先选择Small Cell方案；

③在周流量小于31 696MB时，如果宏站、利旧等解决方案均无法解决，可在该区域采用光纤分布系统方案进行部署，以牺牲投资回收期来完成覆盖；

④沿街商铺长度小于600m，优先采用少数Small Cell小站进行覆盖。

5 结束语

本文提出了一种室内外覆盖方案选择方法，分析了城中村和沿街商铺两种典型应用场景的特点，根据不同场景依据成本和容量两大因素对光纤分布系统和Small Cell部署方案进行评估对比，并给出相应的选择方案实例和部署建议。

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