分布式基站（通用7篇）
分布式基站 篇1
金融危机的来临并没有严重打击世界移动通信的发展, 全球各地的移动网络兴建和优化升级仍在不断进行。但是, 在财政、人力等吃紧的情况下, 网络建设的方式方法也将有所调整, 减少成本、提高网络效率不仅是一种环保时尚的追求, 更是企业追求利益最大化的迫切需要, 分布式基站由于具有模块化、站址资源优势等方面的优势, 成为移动建网中最为热门的话题。在中国, 各大运营商几轮招标过后, 3G网络建设将在今年掀起最高潮。出于建网速度、维护成本、运营效率的考虑, 分布式基站已经成为运营商最为关注的环节之一。
运营业:分布式基站保证可持续发展
当前, 移动通信领域的竞争日趋激烈。在无线用户规模增加的同时, ARPU却在走低, 为了获取更多的利润, 除了挖掘3G新业务作为盈利增长点之外, 运营商也越来越关注建网成本。建设低TCO的网络, 提供高品质且丰富多彩的业务, 是运营商获取利润、在竞争中立于不败之地的基础。而在整个3G网络中, 基站是数量最多、成本最高的设备。分布式基站能够大大节省运营商建网成本与运维成本, 完全满足灵活、快速建网需求。因此, 分布式基站的组网模式已经成为基站部署的重要选择。比如中国电信制定了3年1亿户的客户发展以及800亿元的网络总投资计划, 在其前期的81个CDMA本地网招标中基站投资约70亿元, 而从降低网络建设和维护成本、节约站址资源等方面来看, 分布式基站成为最主要的选择。
市场发展选择了分布式基站。站址资源稀缺是当前建设3G网络的一个重大障碍, 比如根据中国移动TD-SCD?鄄MA一期建网的基站数目和每平方公里基站数来推算, TD二期覆盖的28个城市区域基站的数量将达到40余万个, 超过了全国2G基站的总量。不仅数量庞大, 还由于共站址等方面的约束, 我国3G站址的选择和获取难度之大超出想象。有关资料显示, 中国移动在其TD-SCDMA网络的建设中80%采用了分布式基站, 在很大程度上化解了这一尖锐矛盾。有专家指出:“射频拉远、基带池正在这些新型产品中得到普遍使用, 这也大大促进了分布式基站的发展速度, 而分布式基站也已经成为TD组网的必选项。”
不仅是站址资源, 我国的3G建设还面临很多困难, 比如网络制式多、融合组网困难、2G网络的规模庞大还需要兼顾两者的协调、3G自身的平滑演进、顺应节能减排的绿色潮流、激烈竞争需要快速运营等问题。现在分布式基站已经从最初的主要考虑布线、组网方式发展到了综合考虑各项成本和网络性能的阶段, 能够在很大程度上满足运营商的要求。因此, 不管是华为的第四代基站, 还是中兴的“超级基站”, 或是阿尔卡特朗讯的多载波基站, 都迅速进入到全球各运营商的新建网络。
制造业:依托“分布式”, 中国通信业挑战世界
近几年来, 中国以华为、中兴为代表的通信企业在世界上攻城略地, 进入到世界电信市场的最前列。仔细分析我们的优势, 不难看出, 正是在移动基站特别是近几年日渐成为主流的分布式基站上的成功, 真正实现了中国通信设备厂商从跟随到领先的跨越式发展。
随着移动通信在全球的快速普及, 运营商亟待提升网络的容量和覆盖, 同时又面临站点获取困难、部署成本提高等问题。为解决运营商网络部署难题, 早在五六年前, 华为、中兴率先在全球范围内提出了分布式基站理念, 将基站的射频单元部分和基带单元部分分离, 射频单元不再受限于机房, 可通过抱杆、挂墙等方式灵活安装, 实现“零机房”建网, 使得网络建设成本降低至少30%, 网络部署时间大大缩短。这一理念的提出完全改变了传统无线建设模式, 带来了一场移动网络建设模式和无线基站设计的革命。随后, Vodafone、Telefonica等全球知名的移动运营商对分布式基站进行了评估, 结果表明, 中国设备商提出的分布式基站解决方案无论是在人力及配套资源节省还是覆盖质量等方面, 相对传统宏基站都具有明显优势, 可帮助运营商实现投入产出比的最大化, 中国企业开始逐步进入到世界顶尖移动运营商的采购名单中, 实现了转折性的发展。
3G的发展已经进入到一个非常成熟的阶段, 运营商对网络的要求也日渐提高, 而且在金融危机等因素的影响下, 对成本控制的压紧使得中国企业的基站创新能力、成本优势显得更具竞争力。根据实际建网的需要, 华为、中兴等中国企业陆续将分布式基站引入到了WCDMA、CDMA2000、GSM、TD-SCDMA、WiMAX不同制式的网络, 实现了产品的全覆盖。在此基础上, 中国的企业也在不断创新, 引来业界极大的关注。中兴通讯基于软件无线电SDR技术的分布式基站融合了各种制式, 并且全面追求设备小型化、低能耗, 在与巴西电信 (BrT) 合作的项目中, 由于全网采用分布式基站建网, 中兴仅用3个半月时间即完成了传统方式下需要半年才能完成的工程量, 分布式基站建网优势明显;而截至去年底, 华为GSM、WCD-MA、TD-SCDMA、CDMA、WiMAX分布式基站出货累计超过60万载频, 广泛应用于中国和亚太、欧洲、北美、拉美等地区的主流运营商, 其分布式基站解决方案还获得了2008年度中国国家科技进步二等奖, 成为2008年度中国移动通信领域获得的最高奖项。
面向未来, 在移动技术演进向LTE全面统一的情况下, LTE分布式基站的研发在快速推进, 中国的通信制造业要想突出重围, 扩大自己的话语权, 移动分布式基站将成为最重要的砝码。我们也相信, 以分布式基站的技术优势和中国人的创新精神, 中国的通信制造业市场前景将会更加广阔。
标准不统一是美中不足
虽然分布式基站代表着新技术的走向, 并且已经得到了广泛认可, 但是美中不足的是接口没有完全开放, 标准统一还有待时日。
也许正是由于分布式基站能给企业带来巨大的效益, 所以和3G标准一样, 它存在不同的接口标准。现存的接口标准主要有CPRI和OBSAI, 不同的厂家选择了不同的标准。但是以上两个标准在接口的开放性上做得都不够深入, 导致不同阵营厂商间的产品无法互联互通, 在无形中提高了分布式基站的成本。因此, 如果能统一标准, 提供开放的接口, 将有利于更多的厂商进入, 使他们的RRU设备能和主流厂商的BBU互联互通, 这对于降低运营商的采购成本、繁荣产业链将大有裨益。值得庆幸的是, 现在各方都意识到了这一问题, 我国的标准化协会也专门针对TDD的分布式基站进行了一系列标准化工作, 在向着完全统一、开放的接口方向努力。
——摘自《人民邮电》报
分布式基站 篇2
关键词：分布式基站,网络建设,初探
1 传统CDMA宏基站建设、运营分析
鉴于受基站主设备对配套设备、环境的特殊要求, 传统的CDMA网络宏基站建设, 一般需要建设土建机房, 并配备两组蓄电池、大容量开关电源、空调及传输等配套设备, 单个基站投资非常巨大。像宜昌很多县市属于山区, 一般一个基站建设费用在70万--90万元, 加上个别难度大的基站的二次转运费, 几乎达到80—100万元;后期运营成本也很高, 而且这种宏站建设一般还要考虑到覆盖范围, 一般都选址在相对较高的位置, 维护难度也大。而且像宜昌部分山区县是农村地区, 山大人稀, 有的山坳里就两三百人或三五百人, 实际用户就更少, 建设一个传统的宏站, 话务量严重偏低, 资源就被浪费了。电信接手管理CDMA网络后, 随着建设力度的不断加大, 在农村地区的不断深入, CDMA网络基站能耗给电信企业带来很大的运营动力成本压力。据维护部门的统计数据, 传统宏基站单站年耗电量在12000度左右。现在商业用电单价基本上达到1元/度, 也就是说一个宏基站每年光电费支出成本就在12000元左右。为了提高资源利用率, 进一步降低企业运营动力成本, 降低宏基站的运营能耗成为运行维护部门越来越迫切的问题, 也成为各级网络建设管理者急需考虑解决的问题。
从事基站建设的同仁都知道, 传统的CDMA宏基站建设成本 (不含设备费用) 主要有机房土建、铁塔及其基础、市电引入、传输引入等, 费用分摊大致分别占15%、35%、20%、30%左右。其中传输引入这一块没法减少, 机房和铁塔投资占了除设备费用以外的几乎一半, 有节省投资的空间。运营用电可以分为基站设备用电和机房环境用电。从目前传统基站总用电量情况来看, 通信设备用电量约占机房总用电量的40%, 空调用电量约占机房总用电量的60%。设备用电在不更换设备的情况下也是无法避免的, 但环境用电是主要部分, 要是能节省, 真是善莫大焉。
2 CDMA网络分布式基站的建设措施
要降低山区CDMA网络基站的建设成本, 我们可以从机房及环境、杆塔基础、外电引入等方面考虑, 此外可从设备用电和环境用电两方面降低后期运营能耗。
分布式基站的特点是基站主设备与发射部分分离, 且各部分的体积较小, 所需线缆较传统基站设备也大幅减少。宜昌电信通过分析分布式基站的特点后认为, 由于分布式基站主设备部分的体积大幅缩小, 非常适合集中放置。具体来说就是将对环境及配套设施要求较高的主设备集中放置于传统的土建机房或现有的综合机房以及现有的CDMA基站机房或村通基站机房中, 与其他设备共享电源、传输、空调等配套设备, 同时通过射频拉远技术将发射部分建设在覆盖目标区域, 发射部分因体积较小, 可以装在定做的室外箱内, 由此可不建机房、电源、空调等配套设施, 至少可节约资金10万元, 从而降低了建设成本。
因为没有铁塔基础和机房现浇工程, 也就不存在养护期, 因而也缩短了建设周期, 至少可提前50天的时间, 有利于配合市场部门抢占市场, 抓住发展机遇, 这一点也得到市场部门的充分肯定。这种建设模式已在汉渝铁路及沪蓉高速公路覆盖以及2011年新建的基站中实验性采用, 取得了良好的效果, 2012年建设中将大量采用这种技术方案。
分布式基站的发射部分设备简单, 安装条件灵活, 对山区来说, 一般基站站点较高, 多数情况不需要再建设较高的铁塔, 只需建设拉线桅或者树一根9-10米的水泥电杆即可, 投资一般最多也就几万元左右。传统的铁塔建设, 需要建设铁塔基础和较大的地网, 一般至少要投资30万左右。虽然高塔覆盖范围略大些, 但山区地形复杂, 因山体阻挡因素其意义也不大。
分布式基站的主设备, 因为放在了现有的传统机房, 就可以不用再重新设计配置蓄电池组和开关电源等配套设备, 这样至少可节约资金10万元。传统的宏站必须用380V市电, 按电力部门要求, 一般需要在变压器搭火, 平均要多新建2-3公里的杆路, 要多用2-3公里的三相四线电源电缆。而分布式基站发射部分可用220V市电, 开通基站时电力报装更容易, 一般可就近搭火, 至少可节约10万元。通过估算, 在后期运营维护中, 单站每年可节省约11000度电, 大约每年可节省10000元左右的动力费, 也就大幅降低了单站的运营成本。此外, 较直放站而言, 分布式基站可以适应更长距离光缆传输。直放站一般控制光缆传输在12公里以内, 还不太稳定, 板件经常烧坏, 维护起来很不方便, 也影响网络质量。分布式基站控制光缆传输一般可达20公里, 设备运行比较稳定, 因而比较受欢迎。自2010年下半年以来, 宜昌电信在基站建设中尝试性使用了分布式基站, 目前普遍在网运行6个月以上, 从反馈回来的情况看, 市场部门和维护部门均反映良好。在今后的基站建设中, 将会大量推广采用。
3 其它新型基站建设的探索
近年来, 网络建设工作的外部环境越来越差, 特别是城区租用物业建设基站的谈判越来越难, 但换个角度, 随着经济社会的发展, 城区的市政设施越来越完善, 在城区基站选址的过程中, 我们发现部分公共厕所的位置、设施都适合建设分布式基站, 于是积极通过与环卫部门沟通合作, 利用城区公共厕所建设分布式基站, 避免了租用居民物业后引起的纠纷, 解决了部分城区的物业租用问题。在农村地区部分地理位置高度和覆盖需求合适的站点, 可采用8 m-10m电杆方式安装分布式基站的发射部分设备, 电杆可由线路专业在 (下转第278页) (上接第251页) 进行光缆施工时完成栽杆, 基础投资只有常规铁塔造价的1/10-1/8。
宜昌大部分县市如夷陵区、秭归、兴山、长阳、五峰等山区县市, 地形复杂, 群山环绕中星星点点间有大量的小村落, 也存在大量的信号覆盖盲点, 如采用传统的方式建设宏基站进行信号覆盖, 不仅建设投资巨大, 而且周期漫长。在以前的村村通电话、村村通宽带网络等建设中, 电信公司建设了大量的接入机房, 宜昌电信充分利用这些接入机房和杆塔, 直接安装天馈线, 只需主设备及天馈投资, 节省了配套投资, 只需投资8万~10万元就可快速、有效地解决部分农村的点覆盖问题。
分布式基站 篇3
LNA用于接收机前端电路, 主要用来放大从天线接收到的微弱信号, 降低噪声干扰, 其噪声指标直接影响接收机的灵敏度, 而灵敏度是通信接收机的关键指标之一, 所以LNA电路设计的优略对于接收机性能至关重要, 且在商业应用中, 数字通信技术的发展对无线基站用LNA电路提出了更为苛刻的要求。
1 LNA电路的基本理论
LNA电路的主要技术指标有噪声系数 (FN) 、增益、工作频带、输入/输出驻波比和增益平坦度等, 其中FN和增益对接收机性能的影响较大。
设计LNA电路时, 在保证电路绝对稳定, 避免产生自激振荡的情况下, 尽量降低放大器的FN。对于绝对稳定的晶体管, 可以按照最佳噪声匹配得到最低的FN;对于条件稳定的晶体管, 要优先考虑稳定性因素。完成匹配后的放大器, 要对稳定因子进行测试, 在全频段内, 要求稳定性因子μ>1。
为保证低噪声性能, 通过电抗滤波器提供偏置电压或电流, 而不用电阻偏置电路, 以避免将电源噪声和偏置电阻的热噪声引入到射频通道。
另外, 良好的阻抗匹配设计能够提高电路传输能量, 提高系统增益, 改善驻波特性, 增强系统稳定性, 降低噪声等, 在设计LNA电路时, 应根据不同的性能需求选择不同的匹配方式。
2 LNA电路的设计
2.1 器件的选择和级数的确定
设计LNA电路, 首先要选择FN小的放大管。从目前的种类和应用来看, Si和SiGe类低噪声晶体管的FN要高一些, 好的可做到0.7 dB左右, FN稍高的为砷化镓材料器件, FN最低的为增强型PHEMT (E-PHEMT) 器件。本设计选用Agilent的ATF-54143, 该放大管为E-PHEMT器件, 此类器件具有较优的射频特性。
本文的LNA电路要求实现增益 (30±1) dB, FN<1 dB, 输入/输出的驻波小于1.5, OIP3>30 dBm, 采用两级LNA电路级联构成。为了保证LNA电路端口驻波、放大器的稳定性和足够大的增益, 前级电路采用平衡式结构, 后级电路主要考虑端口驻波、线性和稳定性。
LNA电路结构框图如图1所示, 射频信号从耦合器1脚输入, 功率平均分配到2脚和3脚, 但是3脚的射频信号相位比2脚相位滞后90°。如果上下两路LNA性能以及单板布局完全相同, 那么两路LNA的反射系数也完全相同, 且下支路的输入反射波相位仍然比上支路的输入反射波相位滞后90°, 即假设上支路的反射波相位为0°, 则下支路反射波的相位为-90°。两路反射波经过3 dB耦合器到达1脚, 上支路的反射波相位为θ° (假设1脚输入口和2脚耦合口之间的相移为θ°) , 下支路的反射波到达1脚后, 相位变成θ-90°-90°=θ-180°, 因此两路反射波在1脚完全抵消, 从而保证Input输入驻波非常小。
同理可以分析输出端耦合器1脚输出驻波性能非常好, 且输入/输出的反射波都消耗在两个50 Ω电阻上。采用平衡式LNA的最大好处是可以保证LNA单管在最佳噪声匹配的前提下获得非常优良的驻波性能。
2.2 器件的稳定性
S参数仿真表明, ATF-54143在低频和高频下都容易自激, 本设计采用在输入口和输出口分别加电容 (或电感) 和电阻串联到地的方式, 形成低频端吸收式负载和高频端吸收式负载。稳定性改善后的μ稳定性因子如图2所示。
2.3 直流偏置电路的设计
直流偏置电路由SIEMENS的BCR400W及外围器件组成, 提供放大管恒定的工作电流, 以稳定其DC工作点。现以电流增加时的闭环控制过程为例, 给出恒流控制电路原理图如图3所示。
场效应管的漏极电流上升→BCR400W的4脚电位下降→BCR400W内部控制三极管Q的截止程度加深→BCR400W的2脚电位偏负→场效应管的栅极电位偏负→场效应管的漏极电流下降。
通过对ATF-54143的I-V特性和直流仿真, 选择其典型的静态工作点Vds=4 V, Ids=60 mA。
2.4 输入/输出匹配网络的设计
首先, 通过器件模型得到图4所示的放大器单管在上述偏置条件下输入/输出的阻抗特性和最佳噪声反射系数ΓOPT;然后, 通过Smith圆图辅以源、负载稳定判别圆、等增益圆和FN圆等使用集总参数元件粗略确定匹配网络如图5所示。再用ADS进行仿真优化, 结合微带单枝节等分布参数元件得到较为精确的网络参数, 满足LNA的性能指标, 最后确定最终微带尺寸及选用特定模型的电感电容代替优化后的电感电容, 前后级根据设计目标分别匹配。
因为基站性能指标对所用各器件的离散性指标要求极高, 故此LNA的设计采用了Murata公司的高精度电感电容进行匹配。为了保证良好性能, PCB板材选用Rogers的RO4350。
2.5 仿真结果
单级LNA电路仿真原理图如图6所示。
在工作频段内进行仿真和优化, 平衡式LNA电路的FN和S参数如图7所示。
3 LNA电路的实测结果
使用Agilent的噪声分析仪、矢量网络分析仪、信号源和频谱分析仪对所设计的LNA电路制成品进行实测, 结果如图8、图9和表1所示。
4 结 语
设计的LNA电路具有增益高, FN小, 频带宽, 驻波小, 线性好的特点, 实测与仿真优化结果基本一致, 并且由于其拓扑结构和匹配网络固定, 可用于WCDMA分布式基站多个频段, 经过后续的WCCA (最坏情况电路分析) 分析, 更进一步验证其满足电路设计规格的要求。
参考文献
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分布式基站 篇4
4G牌照的陆续发放, 正推动我国LTE网络建设驶入快车道。随着建设的不断深入, 竞争加剧的不断加剧, 电信运营商面临着新一轮网络建设大潮。4G时代的系统建设中, 分布式基站得到了广泛的应用, 伴随着而来的拉远设备的后备电源保障, 已成为网络建设急需解决的难题之一。本文将结合4G建设规划发展, 对直流远供技术在分布式基站的建设应用进行研究。
二、传统供电模式
传统的分布式基站的供电模式, 大体可以分为三类, 如图1所示:
1、
本地供电, 就近安装小电源 (小UPS、小开关电源) 是目前分布式基站的主要保障模式, 其优点在于工程安装方便, 设备故障对其他远端的威胁小。但存在建站成本高, 交流引入可靠性差, 后备保障困难, 电池运行环境差, 寿命短, 监控实现较难, 维护管理难度增加;小UPS电源设备故障率高, 保障效果差等问题。
2、
48V集中供电, BBU、RRU由同一电源供电, 其优点在于系统结构简单, 拉线容易, 保障可靠, 但存在供电距离较短, 受限于48V远供压降大, 对线径要求高;当距离过远, 短路不能有效保护等问题。
3、交流远供, 逆变器输出远拉。
其优点在于供电距离远, 交流受电的设备适应性好, 维护工程量小, 便于集中监控。但存在逆变器成本较高, 简单的单机远供安全性差, 线损高, 压降大, 故障率高, 效率低等问题。
三、直流远供系统原理
直流远供系统是将-48V的直流电源, 通过直流远供局端设备升压至直流280V (250V~410V可调) , 采用相应的电力电缆传送至分布式远端设备或通过DC/DC适配器进行降压 (-48V) 向分布式远端设备进行供电。系统原理图如图2所示。
直流远供系统组成:主要包括提供通信设备正常运行的直流电源系统及馈电线路, 局端直流远供电源、远端降压适配器单元以及局端与远端直接的复合光缆等组成。局端设备是远供系统的核心, 可以完成-48V直流隔离升压到250V~410V (DC/DC升压) , 当电压升高到410V以后, 相同线缆资源条件下, 传输距离成倍提高;相同传输距离条件下, 所需线缆资源线径大大降低, 从而解决资源投入。具备完整的保护功能, 还可完成系统监控。远端设备具备将直流高压变换成稳定的直流-48V (或DC320V) (DC/DC降压或稳压) 功能, 直接为基站设备供电。局端与远端之间既可以使用复合光缆, 完成直流电的远程传输, 为远程RRU设备供电。
四、直流远供系统应用
直流远供在分布式基站中应用, 主要是基站的室外站, 例如机房不足、置不理想、供电距离远的密集城区站点;供电不稳、备电成本高、供电距离远的农村站点, BBU集中放置、RRU沿线布置、集中备电、供电距离远的干线覆盖站点以及写字楼、酒店、公共场馆BBU集中部署, RRU拉远数量多, 距离远的室分分布。
对比目前分布式基站主要保障模式, 交流市电引入供电方案, 直流远供系统从多个方面具有优势, 详见表1。
以黑龙江某基站为例, 传统就近电源保障方案, 需要市电引入 (含户外一体化电源设备) 投资18万元, 线缆投资0.32万元, 施工费0.95万元, 整体投资19.27万元。直流远程供电方案, 需要新增直流远供局端远端设备投资0.95万元, 光电复合缆投资1.21万元, 施工费1.32万元, 整体投资费用为3.48万元。
对比两个方案, 远程供电比传统供电在电力引入费用、停电影响、管理维护方面具有较大优势, 同时在建设时具有投资少、周期短等优势。
五、直流远供系统勘察设计要点
在确定基站供电方式为直流远供方案后, 在勘察设计中有以下几个方面需要重点考虑:
5.1直流远供电缆计算和选择
电缆规格计算公式为:
式中, L是传输距离;是导线电阻率;Us是近端输出电压;Uo是远端输入电压;Po是远端设备功率。
例如, 局端设备输出电压Us为280V, 而远端设备额定允许输入最低直流电压Uo为225V, 假设远端RRU远端设备最大峰值功耗Po为250W, 布放电缆距离为2000米, 选用铝芯电缆, 50℃时电阻率为0.0314·m/mm2 (因铝芯复合电缆对比铜芯电缆单位重量轻, 单位导电效果好, 且铜缆易被偷盗, 所以选用铝芯电缆) , 那么通过公式计算出传输线缆的截面积S为:
电缆线径的选择应大于计算出的数值, 则应该选用线径为4mm2的铝芯电缆。表2为通信设备功率与传输线截面积、最大传输距离对照表, 可以看出当设备功率不变, 传输距离越远, 传输线所需截面积越大。当传输距离不变, 设备功率越大, 传输线所需截面积越大。
5.2局端机房蓄电池扩容
因为直流远供系统是局端提供电能, 所以需要考虑局端及远端负载对电源容量的需求, 以确定是否需对局端站点电源进行扩容。蓄电池组容量的计算公式如下:
Q:蓄电池总容量 (AH) ;K:安全系数, 取1.25;I:负荷电流 (A) ;T:放电小时数 (H) ;:放电容量系数, 4小时0.79, 8小时0.94;:10≥放电时间≥1小时, α=0.008;t:电池所在地最低环境温度值。
在25℃温度下, 根据远端1500W功耗需求, 近端机房直流远供局端需配置3000W功率, 市内基站按4小时考虑, 需要配置2组300AH蓄电池组;郊区按8小时考虑, 需要配置2组500AH蓄电池组。
5.3其他需要注意事项
直流远供远端:
1、屋面站点, 建议抱杆安装或者挂墙安装, 选择与3个扇区RRU间最近位置;
2、铁塔或增高架站点, 直流远供远端需采用塔下或增高架下抱杆或挂墙, 不建议直流远供远端上塔;
局端机房:
1、熔丝需要2个100A, 一个供BBU, 一个供直流远供局端设备;
2、模块需扩容60A (结合现有电流负载和模块数、蓄电池扩容数, 根据N+1原理扩容) ;
3、综合柜空间需求, BBU需2U, DCPD需1U, 局端设备需3U, 因此综合柜至少需要空间7U (32CM) 以上。
六、结束语
直流远供技术作为分布式基站建设中电源保障, 得到越来越广泛的认可和运用, 加快了工程进度, 降低了建设与维护成本, 保障基站安全稳定可靠供电, 为4G无线覆盖提供了强有力的支撑, 同时取得较好的社会和经济效益。
摘要：在移动通信网络快速发展的背景下, 随着站址获取难度的加大, 分布式基站以其灵活的建设方式在网络建设中发挥着越来越大的作用, 从而促使远端设备的电源保障方案显得尤为重要。文章通过对直流远供系统介绍, 结合工程实践中的应用总结, 探讨直流远供在4G分布式基站建设中的应用。
分布式基站 篇5
关键词：分布式基站,远供电源,解决方案
WCDMA采纳了智能天线、联合检测、接力切换、动态信道分配、上行同步等多项关键先进技术, 这些新技术的应用对网络的规划、建设和优化提出了新的挑战。
在无线网络的规划、建设和优化过程中, 合适站址的选择一直是困扰运营商的一个难点。此外, 在一个站址选定后, 近端基带单元及远端射频单元的供电办理也是其中的一个难题, 大部分情况下市电引入都是易于出现纠纷的问题点。对于WCDMA网络如何在建网初期做好全网的覆盖, 尤其在选定站点的供电存在纠纷或者远端无电源的情况下, 网络质量能否得到保证也有待于研究。
通过对移动分布式基站BBU和RRU组成的室外基站覆盖策略进行分析, 找到一种为远端RRU的进行供电的方案。
1 BBU和RRU组成的室外基站覆盖策略的分析
1.1 BBU和RRU组成的室外基站覆盖策略的特点
目前, WCDMA网络中广泛使用“光纤到塔顶”的解决方案, 在WCDMA网络中, 这种方案的实施的目的是基带资源共享, 最大限度的降低建网和运维费用。该方案的实施场景如图1所示。
1.2 BBU和RRU组成的室外基站覆盖策略的问题
这种方案的实施解决了天馈施工的难题, 通过射频拉远端方式将传统的大量的天馈线由轻便的光线替代, 使线缆复杂、工程难度大的问题得到了有效解决, 为工程施工带来了极大的便利。
该种方案中, 室内外单元使用的线缆及其受限时解决方案如表1所示。
由上表可以看出, 该方案的瓶颈在于远端射频单元 (RRU) 的供电距离存在一定的限制。具体情况为当距离超过200米时, 基本无法采用由机房内提供的-48V直流电, 可行的方案是远端RRU就近取220V市电。这种解决方案的弱点是显而易见的---供电极易出现纠纷, 受市电限制易出电源告警, 不利于网络运维。
1.3 解决R R U远端供电的方案
在BBU和RRU组成的室外基站覆盖策略中, 远端供电系统由近端模块、远端模块和复合线缆组成。近端模块是远端供电系统的核心, 可以完成-48V直流隔离升压到250V~410V (DC/DC升压) , 具备完整的保护功能, 还可完成系统监控。远端模块具备将直流高压变换成稳定的直流-48V (DC/DC降压) 功能, 直接为接入设备供电。符合线缆为近端模块和远端模块之间的线缆可以使用复合光缆, 又可以使用专用铝缆连接, 完成直流电的远程传输, 为远程RRU设备供电。远端供电系统的结构图如图2所示。
在远端供电系统中, 近端模块可以与BBU共同放置在选定的机房内, 远端模块可以和RRU共同放置在天面上, 具体的实施场景如图3所示。
1.4 近端模块功能
1.4.1 电气特性
(1) 具有DC/DC隔离升压功能; (2) 输出电压:采用隔离升压技术, 保证直流电压 (3) 输出对地处于悬浮状态; (4) 输出电压可根据传输距离和负载的大小进行调整, 调整范围为:250V~410V;
具有输出过压保护功能, 保护时间≤30ms;具有输出过载保护功能, 保护时间≤50ms;
具有输入过压、欠压保护功能;
开路保护:当传输线路 (正极或负极电缆) 部分或全部被破坏时, 为确保维护人员与设备安全, 系统告警, 切断高压输出, 输出检测电压≤40V, 保护时间≤50ms;短路保护:当传输线路中, 某处电缆的正极与负极短接时, 为了保证设备和线路的安全, 系统告警, 切断高压输出, 输出检测电压≤40V, 保护时间≤50ms;漏电保护:当远供传输线路中任何一处对地绝缘阻抗下降, 产生对地电流时 (≥15mA) , 系统告警, 切断高压输出, 输出检测电压≤40V, 保护时间≤50ms, 可最大限度确保人身与设备的安全;强电入侵保护:当局端设备检测到有市电与远供传输线路产生搭接时, 系统告警, 切断局端的高压输出, 输出检测电压≤40V, 保护时间≤50ms, 可保证设备和线路安全。防雷保护:局端输出端具有防雷、防浪涌功能, 防雷等级不小于20kA;本地告警功能:当系统保护时, 具有声、光报警功能, 可实现不同的保护状态对应不同的指示灯, 方便维护人员查障。
1.4.2 监控特性
(1) 局端提供R S 2 3 2通讯接口; (2) 按RS232协议格式、和通信行业开关电源监控协议格式定义通信协议; (3) 可监测参量包括:局端输出电压、电流;传输线路是否开路、短路、漏电、强电搭接等共计6个监测量;利用宏基站动力监控通道完成远供电源系统监控。
1.4.3 远端模块功能
(1) 具有宽范围直流输入、DC/DC降压功能; (2) 具有输出短路、过压、过流保护功能; (3) 具有直流输入端防雷保护 (等级20kA) 功能;
2 远端供电方案的实施及测试情况
2.1 远端供电方案的施工
(1) 近端模块:与BBU安装在同一基站;为四加一备份模式, 每模块300W, 总输出容量1200W。 (2) 远端模块:安装与BBU之间有一定距离的远端, 电源线也布放到远端;复合光电缆:12B1+4×1.5mm2复合光缆、长度:600m。
具体施工示意图如图4所示。
2.2远端供电方案的结果测试
2.1.1 电气特性测试
(1) 测试工具测试工具
(1) 远供电源局端型号HGX-DCH-300S1200-20KA数量1个; (2) 远供电源远
(2) 测试过程及记录
使用2×10mm2铜缆将开关电源-48V输出与远供局端-48V输入正确连接, 蓝色线缆接-48V负极、黑色线缆接-48V正极。将复合光缆内铜芯红色线缆连接到局端输出的正极、棕色线缆连接到局端输出的负极。
将远端与防雷模块安装在景观塔底部, 复合光缆铜芯正确连接到防雷模块输入端。防雷模块输出端分两路分别连接到两远端单元的输入端;RRU电源线连接到远端单元-48V输出端。局端加电, 远供系统及3个RRU工作正常。
测量局端输入电压、电流, 局端输出电压、电流, 远端输入电压、电流, 远端单路输出电压、电流 (见下表) 。经计算:局端转换效率:89.4%, 远端转换效率:89.5% (表2) 。
断开局端设备正极输出, 局端立即开路保护, 局端面板开路告警灯常亮, 蜂鸣器报警;重新连接好正极, 设备在50S后自动恢复正常工作。
用一根导线直接短接局端输出的正极、负极, 局端立即短路保护, 局端面板过载告警灯常亮, 蜂鸣器报警;去掉短接线, 设备在50S后自动恢复正常工作。
用一根导线的一端接触到局端输出的正极, 另一端接触局端机壳 (保护地) , 局端立即漏电保护, 局端面板漏电告警灯常亮, 蜂鸣器报警;去掉连接线, 设备在50S后自动恢复正常工作。
用一根导线一端接机房交流电的火线, 另一端接一空开;另使用一根导线一端接空开, 另一端接局端输出正极;闭合空开, 局端立即强电保护, 局端面板强电告警灯常亮, 蜂鸣器报警;打开空开, 设备在50S后自动恢复正常工作。
用一根导线直接短接远端单元输出的正极、负极, 远端输出短路保护, RRU停止工作;去掉短接线, 远端设备输出正常工作, RRU恢复工作。
2.1.2 测试结果
本次测试选用的远端供电设备能够远程为3个RRU设备供电, 该远端供电设备具备输出开路保护、短路保护、漏电保护、强电搭接保护、自动恢复等各种功能, 并且反应灵敏。局端、远端转换效率较高。
通过理论研究, 基站近端模块的输入功率与传输距离、传输线截面积、远供电源局端输出电压之间的关系如表3所示。
3 结语
本文研究目的在于解决目前WCDMA网络中疑难站址的远端供电问题。通过工程施工、性能测试等方法对疑难站址供电问题进行了深入研究和分析。提出了目前最适合解决分布式基站远端供电的解决方案, 并在实际场景中予以施工解决, 在电气特性、网络指标和远端监控等方面均得到了预期的效果。
远端供电方式也可以应用在目前WCDMA网络中的室内分布系统, 尤其是园区覆盖部分。通过远端供电系统可以将电源集中监控起来, 以分布式的方式为各通道的RRU供电, 提供了工程施工的便利, 减少网络维护的复杂度。
参考文献
[1]GB/T13722.-92移动通信电源技术要求和试验方法.
[2]ST2811.2-87通用直流稳定电源测试方法.
[3]GB4943.-1995信息技术设备 (包括电气事务设备) 的安全.
[4]中国网通集团公司小灵通基站远供技术总体要求.
[5]通信用高频开关电源设备进网质量认证检验实验细则.
[6]YD/T731-94通信用高频开关整流器.
分布式基站 篇6
1 分布式基站工作原理及技术特点
1.1 射频拉远的工作原理
发送端下行信号经过基带变频、滤波, 再经射频滤波, 最后经过线性功率放大器后通过发送滤波器传至天馈。接收端将收到的上行信号进行滤波、低噪声放大、射频小信号放大滤波和变频, 然后完成模数转换和数字中频处理。RRU系统结构见图1。
RRU与DBS基带部分连接的接口有2种:CPRI及OBASI。RRU与基站控制器 (BSC) 连接见图2。
1.2 分布式基站技术特点
分布式基站采用分布式架构、多载波技术和高效功放技术, 把传统的宏基站设备按照功能划分为2个功能模块:基站的基带、主控、传输、时钟等功能集成在BBU;收发信机、功放等中射频集成在远端射频模块上, 射频单元安装在天线端。射频单元与基带单元之间通过光纤连接。
RRU有2种类型:传统双密度RRU和多载波RRU。
双密度载频采用单载波功率放大器 (SCPA) 技术即窄带PA, 一块载频板只输出2个频点的射频信号。在SCPA情况下, 采用合路器带来信号衰减, 使多载波下功放整体效率降低 (见图3) 。
多载波采用多载波功率放大器 (MCPA) 技术即引入基于宽带PA, 一个载频板支持1~6个频点的动态配置。MCPA情况下, 利用同一PA模块对多个载波进行放大 (见图4) 。
1.3 分布式基站组网
分布式基站RRU与BBU之间支持星形、链形和环形组网方式 (见图5) 。
1.4 分布式基站的优缺点
分布式基站优点: (1) 分布式基站中BBU集中放置, RRU置于室外, RRU环境适应性强。全室外型设计, 电压动态范围宽, RRU不需单独设置机房、空调, 可安装于室外空地、屋顶、预制水泥杆; (2) BBU容量较大, 实现了容量与覆盖之间的转化; (3) 多个RRU可共享BBU基带资源, 可节省基带投资; (4) 分布式基站覆盖技术支持平滑扩容, 可通过“扩容不加站”实现对网络的平滑调整; (5) RRU与BBU之间采用光纤连接, 可以减少馈缆损耗。
分布式基站存在的问题: (1) 分布式基站射频单元出现故障时、更换不如传统基站方便, 一般只能直接更换整个RRU设备; (2) RRU设备多为小型化、集成度高的室外型设备, 散热不足是RRU的主要问题; (3) RRU和BBU间的光纤无法使用已有的传输网络, 只能使用光纤进行传输, 基站设备无法实现传输设备对光纤的监控功能。
2 分布式基站在GSM-R系统中的应用
2.1 铁路应用场景研究
我国铁路GSM-R系统最主要的瓶颈在于频率资源不足, 目前可供GSM-R系统使用的只有EGSM的4 Mb/s带宽, 导致很多铁路枢纽地区、并线区段的频率规划困难;采用分布基站技术后可以增大小区的覆盖范围, 可使频率复用的距离增大, 频率资源利用率提高 (见图6) 。
目前铁路G S M-R系统承载的最重要业务是CTCS-3级列车控制业务, 由于GSM系统的切换会导致电器交换数据 (CSD) 传输短暂中断, 每一次切换都会带来传输干扰, 若采用分布式基站, 使多个RRU共小区, 减少切换次数, 适应高速列车通信要求, 减少传输干扰对CTCS-3级列控业务的影响。分布式基站RRU共小区见图7。
2.2 铁路线交叉并线区段的无线覆盖
在铁路并线及交叉区段, 若采用宏建站覆盖时要控制好基站的切换点及覆盖范围, 并对基站选址、网络优化要求较高。如果采用分布式基站RRU共小区的覆盖方式, 基站选址和网络优化难度都会大大降低。分布式基站铁路线并线、交叉区段覆盖见图8。
2.3 隧道内的无线覆盖
传统的隧道内覆盖方式均采用光纤直放站+泄漏电缆的方式, 在隧道内同样可以采用RRU+泄漏电缆的方式, 隧道内可以采用主备用BBU, RRU共小区的方式, 可以把切换点控制在隧道之外, 同时使用备用BBU提供冗余, 提高系统可靠性。RRU隧道内覆盖见图9。
RRU与数字光纤直放站可利用现有成熟的以太网数字光纤传输技术传输基带信号, 并共同遵守标准的CPRI和OBSAI接口。使用中可实现RRU和数字光纤直放站的远端机互相替换。
覆盖距离上, 两者均可作为基站拉远系统供用, 数字光纤直放站用作载波池拉远, RRU可用作基带池拉远。载波池拉远距离取决于小区覆盖半径和光在光纤上的传输速度, 数字信号在光纤中传播, 其动态范围也较模拟信号大, 可以实现远端机更大的信号覆盖;同时, 数字信号不随光信号的衰减而衰减, 因此其传输 (拉远) 距离也进一步增加。经计算, 最远可达40 km。
维护管理上, RRU是基站设备的一部分, 与基站设备同在一套网管中, 而直放站设备需要单独设置网管设备, 而且目前直放站设备的网管功能都比较差。
组网方式上, RRU作为拉远单元可单独使用, 而数字光纤直放站由近端机和远端机组成, 实际应用时, 近端机是一个, 远端机可以是一个或多个, 组网上可并联也可串联, 组网方式可以多样化, 如链形、环形、树形等。
传输时延上, 因为存在2次变频过程, 致使数字光纤直放站的传输时延比较大。而RRU直接传送基带信号, 时延不明显。
底噪抬升上, 数字光纤直放站仅采用模拟数字转换器 (ADC) 和数字模拟转换器 (DAC) , 此过程只可能引入更多的量化噪声, 从而抬升上行噪声。而RRU传输的为纯基带信号, 可不用考虑底噪问题。
2.4 分布式基站应用前景
目前国际铁路联盟 (UIC) 、欧洲铁路通信标准机构 (EIRENE) 等对分布式基站的应用没有进行明确的定义说明, 欧洲铁路也没有分布式基站的应用先例。在我国铁路的联络线、站场等地段分布式基站有部分应用, 但在铁路正线、铁路隧道、铁路枢纽地区及高速铁路区段的应用, 仍需要通过试验段进行分布式基站的各项功能指标进行测试。目前铁路科研单位已经建成分布式基站的试验环境, 通过进一步的测试验证, 制定适合我国铁路的分布式基站的规范、标准后, 方可进行分布式基站的大规模应用。
3 结束语
通过对分布式基站技术的介绍和铁路典型应用场景的说明, 对分布式基站在GSM-R系统中应用的技术方案进行研究分析;分布式基站具有先进的技术和在公网的成功运用案例, 并且对解决我国铁路GSM-R无线频率不足、铁路枢纽地区及交叉并线区段的无线覆盖相对于宏基站有着明显优势;希望可以在日后的工程实践中积累更多的经验, 通过实际的工程测试数据说明分布式基站适合我国铁路GSM-R系统各种运用场景。
参考文献
微型分布基站在室内覆盖中的应用 篇7
随着LTE网络的快速发展, 数据业务需求急剧上升, 而数据业务大多来自室内环境, 室内覆盖已经成为运营商的建设重点与难点。
在LTE时代, MIMO是体现LTE网络高性能的关键技术。而传统室分方案的网络架构复杂, 施工部署相对困难;通过多制式简单合路开展LTE网络建设时, 合路器互调指标差, 导致MIMO信号功率不平衡, LTE性能下降。此外, 目前室内覆盖建设中仍存在安装位置受限、信源设备数量过多、设计施工复杂、无源器件质量良莠不齐等问题, 室内覆盖网络质量无法保障, 难以满足LTE网络的升级、扩容等需求。
针对上述问题, 无线设备厂家开发出了一种新的微型分布基站设备。某运营商在实际工程中展开试点, 结合不同建设场景, 对传统室分方案与微型分布基站方案进行投资对比分析, 验证了新方案的可行性, 并分析了各系统的投资优劣情况。
2 传统室分方案与微型分布基站方案对比
2.1 传统室分方案
传统室分方案是指分布式天线系统 (DAS, Distributed Antenna System) 室内覆盖解决方案。DAS室内覆盖解决方案是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落, 从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。DAS室内覆盖解决方案示意图如图1 所示。
由图1 可知, DAS网络结构主要由信号源和分布系统构成, 多种制式的信号源通过合路器合路后经过馈线传输, 并通过耦合器、功分器等无源器件将功率进行分配, 使得无线信号均匀布放在室内的每个角落。
2.2 微型分布基站方案
微型分布基站方案 (MDBS, Micro Distribution Base Station) 由p RRU (Pico Remote Radio Unit) 、RHUB (RRU HUB) 和基带单元 (BBU) 组成。其组网示意图如图2 所示。
由图2 可知, BBU与RHUB通过光纤链接, RHUB与p RRU通过网线即可实现链接。
其中, BBU是基带控制单元, 与宏站的BBU完全相同, 其主要功能是集中管理整个基站系统, 包括操作维护、信令处理和系统时钟, 完成信息交互以及上、下行数据基带处理等功能。RHUB的主要功能是接收BBU发送的下行基带数据, 经过分路处理后传给p RRU, 并将p RRU的上行基带数据经过一定的合路处理后向BBU发送, 实现与BBU的通信。p RRU是射频拉远单元, 实现射频信号处理功能, 支撑内置天线、多模频段。
2.3 两方案对比分析
较之传统的室分方案, 微型分布基站方案简化了组网架构, 采取三级室分架构组网, 结构简单, 工程易实施, 可靠性高, 设备可重复利用。室内覆盖解决方案对比图如图3 所示。
微型分布基站除上述优点外, 还有以下特点:
(1) 容量大, 支持远程灵活调整:微型分布基站本身为有源器件, 可配置独立小区, 较之传统室分, 可提供超大容量, 同时匹配LTE业务发展阶段或满足临时大业务场景, 灵活调整覆盖区域内的容量。
(2) 易部署LTE MIMO:有源微型分布基站支持LTE MIMO, 无需改造。
(3) 维护效率高:微型分布基站为有源器件, 支持网管端到端监控, 维护效率高。可实现天线级监控, 各楼层KPI与话务分布一目了然。
(4) 支持网络演进:由于p RRU采用SDR技术, 可通过不同软件配置实现多模制式, 平滑演进, 同时支持LTE载波聚合技术。
传统室分 (DAS) 和微型分布基站解决方案综合对比分析见表1。
3 微型分布基站的试点应用
3.1 勘察注意事项
微型分布基站方案的勘测流程、内容与传统DAS系统基本相同, 某运营商在试点工程中总结了以下几点注意事项:
(1) p RRU安装位置承重能力:安装位置需要考虑承重能力, 重点关注天花板材质;
(2) p RRU安装位置远离消防探头建议在1 米以上:p RRU是有源设备, 需要散热, 离消防热感应探头太近会触发火警, 因此建议p RRU安装位置距离消防探头1 米以上;
(3) RHub安装位置及其到p RRU的走线距离:RHub到p RRU的距离在不增加扩展单元情况下, 建议最大距离为100 米, 因此要尽量控制在100 米以内;确实超过100 米时, 需要考虑在距RHUb 100 米处增加扩展单元 (无需额外供电, 直接串联到网线上) , 增加扩展单元后最大可以拉200 米。
(4) p RRU的布放位置:微型分布基站可以实现分裂小区, 扩容潜力巨大。为此, 在确定p RRU安装位置时, 必须考虑分裂小区后的邻区之间干扰问题。
3.2 覆盖方案
由于微型分布基站的p RRU输出功率和传统DAS存在差异, 在制定覆盖方案时需要关注p RRU的覆盖半径。
p RRU总共功率为2* 100m W, 对UMTS而言, 单载波导频功率10d Bm, 采用链路预算工具, 可计算p RRU在各种传播环境下的覆盖半径。假定条件:天线增益0d Bi, 覆盖概率95%, 频率2.1GHz, 砖墙穿透损耗10d B, 木墙穿透损耗3d B, 覆盖区域边缘RSRP ≥ - 85d Bm时, 对不同场景下p RRU覆盖半径进行计算, 相关参考值见表2。
3.3 试点方案应用
针对不同建设场景, 选择若干建筑物进行微分布基站试点。选取的建筑物规模见表3。
在试点方案中, 传统DAS价格是根据往年的集采价, 微型分布基站价格采用的是商谈价格。在建设方式为3G+4G双路的情况下, 不同场景的投资额度见表4。
由表4 可知, 针对本次试点项目, 在建设方式为3G+ 4G双路的情况下, 公共场所、交通枢纽、商业购物区等场景中, 微型分布基站方案投资与传统室分投资相当。
4 结束语
传统DAS系统与微型分布基站系统在建设投资方面各有优劣, 但考虑到后者在网络质量、可维护性、可重复利用等方面的优势, 在后期工程应用中仍有实用价值。本次试点项目验证了此方案的可行性, 为后续工程建设提供了经验。考虑到微型分布基站方案属于有源系统, 存在一定的安全隐患, 因此选取工程方案时需要综合考虑。
参考文献
[1]王有为, 徐志宇, 夏国忠等.WCDMA特殊场景覆盖规划与优化.北京:人民邮电出版社, 2011.
[2] 刘亚瑟.武汉地铁室内覆盖POI系统浅析.电信工程技术与标准化, 2011 (1) .