室内深度覆盖的解决

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1、新型室内分布解决方案 中国电信交流 2010 6 室内分布的现状与问题DDS数字光纤室内分布数字室内综合覆盖方案 网优研发中心 数字产品线 内容提纲 2 一 室内分布的现状与问题 网优研发中心 数字产品线 3 网优研发中心 数字产品线 4 传统室内分布系统的现状 网优研发中心 数字产品线 5 传统室内分布方案的问题 传统的室内分布系统覆盖效率非常低 绝大部分 95 的功率都浪费在信号的传输与分配网络上 传统的室内分布系统的功率分配方案很难作局部修改及调整 一旦设计完成 调整就意味着重新设计功率分配方案 传统的室内分布系统很难做到局部的 动态的功率调整 传统的室内分布系统不能很好的支持多频多模

2、2G 3G WLAN 的共享共建 传统的室内分布系统需要用到大量的干放 容易引起干扰的问题 传统的室内分布系统设备种类繁多 监控及维护均较困难 且设备质量不高 系统 尤其是大型系统 的整体可靠性较低 传统室内分布系统的射频功率绝大部分是损耗在传输馈线及功率分配器件上 越是大型的系统 损耗情况越是严重 一座20层的写字楼 每层面积1500平方米 按平均每层布放6面天线计算 共计120面天线 假定主干馈线损耗为6 0dB 百米 主干馈线的平均长度为60米 其平均损耗为60 0 06 3 6dB 假定主干上平均经过5级功率分配 则介质损耗与接头损耗为 0 5 5 0 1 2 5 3 5dB 这样主干

3、上的总损耗为 3 6dB 3 5dB 7 1dB 即消耗在主干传输路径上的功率占到整个信源功率的80 5 考虑信源的功率效率在10 左右 楼层内部功率分配效率一般在20 以下 则该室内分布系统整体效率将不到0 4 若假定平均每面天线辐射功率10dBm 120面天线合计约1 2W的总功率 则信源输出总功率至少20W 则其整体功耗约为250W 效率为0 48 此数据与前面的计算吻合 网优研发中心 数字产品线 传统室内分布系统的效率 6 6 假定覆盖1平方米面积大约需要0 1mW左右的有效覆盖功率 10mW 100平方米 根据国家统计局的发布数据 2009年全年房屋施工面积为31 97亿平方米 其中

4、住宅面积25 08亿平方米 假定上述住宅建筑的80 都需要建设室内覆盖系统 则覆盖面积将达到20 06亿平方米 假定室内覆盖系统的平均功率利用效率为0 4 且对新建房屋考虑平均三套系统覆盖 即2G 3G WLAN 则这些建筑室内覆盖一年的总耗电量大约为13 2亿度 折合每年每平方米耗电0 658度 按 2005年城镇房屋概况统计公报 截止2005年底全国既有城镇房屋建筑面积的保有量为164 51亿平方米 以80 的覆盖率计算 则既有室内覆盖系统的年耗电量就高达86 6亿度 这样 仅一个运营商的室内分布系统的耗电量就相当于三峡一个多月的发电量 三峡的年平均发电量为847亿度 折合350万吨标准煤

5、 872万吨CO2排放量 网优研发中心 数字产品线 传统室内分布系统的电能消耗 7 网优研发中心 数字产品线 高层楼宇的导频污染与夹心层 高层住宅的乒乓切换问题 高层住宅的夹心层问题 8 信号入户难题 独栋高层住宅楼 网优研发中心 数字产品线 9 天线置于附近建筑的楼顶 天线置于本建筑的楼顶 网优研发中心 数字产品线 10 传统室内分布系统底噪叠加的问题 上行注入噪声正比于所有直放站与干放的输出功率之和 传统室内分布系统需要使用大量的干放以补偿传输过程中的功率损失 网优研发中心 数字产品线 11 CDMA基站的底噪抬升 CDMA基站底噪 113 NF BTS 110dBm如要求直放站对基站底噪

6、抬升贡献小于1dB 则直放站上行增益须满足 G UL dB L NF BTS NF rep 5 87当基站输出功率一定时 基站底噪抬升正比于室内分布系统所有有源器件的输出功率之和 覆盖面积越大 则所需要的基站输出功率就越大 或者需要更多的独立基站 网优研发中心 数字产品线 12 传统室内分布方案的成本构成 此表将所有与室内分布有关的项目成本都折算到单位面积上 确立统一的比较标准 传统室内分布方案的构成比例大约为馈线50 信源25 无源器件约10 天线约7 其它耗材及集成费用8 一个现实是 由于各大运营商的集采 致使设备成本不断下降 迫使集成厂家想方设法多用馈线 赚取集成费 传统室内分布方案的深

7、入分析 网优研发中心 数字产品线 13 衡量室分系统有效性的标准是 它是否尽量低损耗地 均匀地将信号覆盖到建筑物的目标区域 传统室内分布系统不能做到均匀的信号分布 一个好的设计可以将天线口的功率变化控制在3dB以内 但是实际施工中很难保证这一点 由于成本的压力 许多器件不断简化 设计余量不足 再加上施工质量不易控制 造成大型室内分布系统容易出问题 传统室内分布系统对网络的各节点监控能力不足 出了问题或者不知道 或者知道了也很难定位 对于多种类型多种制式的室内分布系统 合适的合路点是一个问题 传统室内分布系统犹如 大锅饭 很难调整以适应不同的需求 浪费现象很严重 不能做到物尽其用 二 DDS数字

8、光纤室内分布 数字光纤DDS 光纤代替馈线 设备的小型化 多制式覆盖 网优研发中心 数字产品线 14 网优研发中心 数字产品线 3G 4G的能量 距离限制 15 15 3G 4G系统中的能量消耗直接正比于其数据速率的 因为频谱稀缺 3G 4G系统要求其基带设备具有非常高的数据处理能力 假设路径损耗正比于R 4 若须保持100kbps数据速率 则距离每增大10倍 功率须提高10000倍 一种更好的做法是 将信号传输分成两段 第一段是通过有线网络 光纤 将信号传输至建筑物的各个楼层 第二段再通过建筑物内部的分布式天线将信号辐射出去 改传统的光纤到楼为光纤到楼层 一台设备覆盖一个楼层 楼层内部仍按传

9、统的方式布线 这样就使信源更接近天线 减少了信号在传输与分配过程中的损耗 覆盖粒度变小使覆盖更有针对性 场强分布更加均匀 并无须使用任何干放 DDS光纤远端采用微功率设计 用多路低功率输出代替单路大功率输出 能方便地支持多通道工作 并能减小设备体积 降低设备功耗以及成本 每台DDS光纤远端输出功率均可独立调节 可以更有效地实现覆盖 吸收话务 DDS光纤远端输出功率可实现智能动态调节 最大限度的节约运行时的耗电 由于是有线连接 每台DDS光纤远端都可以可靠地实现集中监控 方便监控管理 方便施工 减少了布线时的中间转换环节 改善了系统的驻波问题及工程质量问题 网优研发中心 数字产品线 DDS对传统

10、分布系统的改进 16 16 网优研发中心 数字产品线 数字光纤分布系统的特点 17 17 DDS室内分布系统的思路与依据 网优研发中心 数字产品线 18 FPGA 网优研发中心 数字产品线 19 DDS产品的形态 2plus1 AP DRRU DRRU DDS R WLANAC BTS NodeB DDS A 2G 3G WLAN三网合路器 楼层分布系统 Digital RF WLAN 2G 3G数据包 至下一级 WLAN 2G 3G WLAN 高速数据上网 EvDO 高速数据通道 20001x 语音与短信 网优研发中心 数字产品线 DDS设备底噪叠加的规律 20 选频机型 宽带机型 DDS的

11、工作区域 网优研发中心 数字产品线 21 链型级联 星型级联 树型级联 支持链型 星型 环形及多级树型连接 组网功能强大 每台近端最多可配置8个光口 最多可级联远端数目超过100台 级联深度最深可达10级 每台远端最多可配置4个光口 有效的增强级联组网能力 可根据实际需要灵活配置连接方式 使每一台设备的输出功率能力都得到充分地利用 采用低成本的光电转换器件 大幅度地降低光电转换部分的成本 DDS灵活的组网形式 网优研发中心 数字产品线 22 网优研发中心 数字产品线 23 DDS方案与其他方案的比较 DDS包括信源与分布系统 覆盖功率的利用效率高 不使用干放 系统整体性能好 可靠性较高 覆盖粒

12、度可以细化到楼层 不同楼层的覆盖功率可单独优化 远端低压供电 微功率输出 可以方便的实现多通道的覆盖 2G 3G WLAN 覆盖功率更均匀 方案设计简单 并最大限度的与现有覆盖系统兼容 保护了前期的投资 RRU只是信源 分布系统仍采用传统的分布式天线 设备输出的射频功率利用效率非常低 仍须使用干放 系统的监控与信号质量仍然较低 覆盖粒度不能细化到楼层 不同楼层的覆盖无法做到有针对性地调整 设备内部仍需要高压供电以实现大功率的输出 多通道的兼容能力受限 不支持WLAN WLAN的覆盖需单独布设 Femtocell是专为独立的用户 比如家庭 开发的产品 单机容量较小 功率较小 多位单载波 不太适合

13、中国式单元楼的高密度居住环境 在多通道手机大量面市的情况下 其价值大打折扣 与WLAN定位有重叠 适宜的应用场合有限 存在网络同步与干扰问题 设备的使用目前还没有明确的政策 用户可能需要注册才能使用Femtocell 成本较高 效益不明显 DDS远端设备结构视图 网优研发中心 数字产品线 24 DDS R内部视图 DDS R外部视图 三 数字室内综合覆盖方案 网优研发中心 数字产品线 25 25 数字室内综合覆盖的设计思想 网优研发中心 数字产品线 26 缩小室内分布的覆盖粒度 网优研发中心 数字产品线 27 DDS设备的模块化 网优研发中心 数字产品线 28 网格化的室内分布设计 网优研发中

14、心 数字产品线 29 网格分布系统的损耗分为天线分配损耗 介质损耗与传输损耗三类 天线的分配损耗与天线数量 N 4 有关 介质损耗与无源分配器件有关 传输损耗与馈线及工作频带有关 将覆盖区域网格化 根据不同的网格大小可以计算出所需要的输出功率 并确定分布系统成本与网格大小及天线个数的关系 可由如下表格确定 假定每端口带四面天线 DDS本身为两通道输出 DDS每端口输出功率 单位面积的成本 功率传输及分配的效率 设备端口输出功率 导频 及每天线的覆盖范围 DDS每端口输出功率的确定 网优研发中心 数字产品线 30 功率效率 反映运营成本 与系统成本均随着网格尺寸的增加而下降 定义性价比因子为功率

15、效率与系统成本的平方根之比 性价比因子在L 21米时取得最佳值 此时成本为每平方米1 93元 功率效率为23 13 网格尺寸在15米至25米之间时系统的综合效益都比较好 DDS功率传输效率与成本之间的关系 网优研发中心 数字产品线 31 假设每个DDS远端的数字处理部分的固定功耗为20W 射频部分的效率为2 每端口 一共2端口 的射频输出功率为18dBm 63 1mW 则整体功率消耗为26 3W 假设网格大小为10米 2 4 8面天线的覆盖面积一共为800平方米 则每平方米的功率消耗约为32 9mW 折合每年每平方米耗电0 288度 对比前面计算得到的每年每平方米耗电0 219度的耗电水平 可

16、见这时的DDS系统的电能消耗水平还稍高于传统分布系统 若设备集成度提高 能集成4端口 假定固定功耗的增加为每端口2W的水平 则整体功耗将达到36 6W 4 4 16面天线的覆盖面积为1600平方米 则每平方米的功率消耗约为22 9mW 折合每年每平方米耗电0 201度 若技术水平提升 小功率放大器的效率能够提高到5 的水平 数字处理的功耗下降到14W的水平 则上述四端口设备的整体功耗将为19 05W 则每平方米的功率消耗约为11 9mW 折合每年每平方米耗电0 104度 仅仅是现有水平的不到二分之一 若计入一个运营商的三套系统 则一年节约的电能约45 5亿度 若电价以1元 千瓦时计算 则每年每10000平方米节约电费3460元 DDS室内分布系统的效率 网优研发中心 数字产品线 32 网格设计与传统设计的比较 网优研发中心 数字产品线 33 网优研发中心 数字产品线 高层楼宇的综合覆盖解决方案 漏缆沿建筑物外墙对室内进行覆盖 信号由窗口进入室内 利用建筑物的雨水管布放 解决施工及物业难题 漏缆 34 各楼层房间外的区域采用吸顶天线覆盖 由于房间内已用漏缆覆盖 所以天线间隔可以拉得较大