微小区域室内信号覆盖技术浅析

郭占涛

【摘 要】为了研究微小区域室内无线通信覆盖的解决方案，采用分类描述和对比的方法，通过对RRU、Femtocell和微型直放站三种技术的特点进行分析，从实现方式、建设成本、使用环境以及对网络质量的影响等方面比较了这三种技术的综合性能，并给出了根据不同应用场景和要求的技术选择建议。

【关键词】RRU Femtocell 微型直放站 室内覆盖

1 引言

目前，移动通信网络覆盖不断地向广度和深度发展，城市内大型区域的室内信号盲区和弱信号区的覆盖问题已经通过建设室内分布系统基本得到解决。但是，在现有的通信网络中，仍然存在很多室内微小区域的通信盲区和弱信号区。所谓微小区域，是指包括处于地下或半地下的小型停车场及类似生活和营业场所、建筑物密集的居民小区、相互紧靠的中高层群楼中的低层房间和离窗较远的深度室内区域、电波传播损耗严重的电梯内部等区域[1-2]。这些地方也是移动用户生活和工作中不可缺少的活动区域，具有相当可观的网络需求。对于用户和运营商来说，解决这些微小区域的通信盲区的信号覆盖问题很有必要[3]。

除了常规的基站、直放站等室内分布系统外，目前能够快速有效地解决微小区域室内信号覆盖的方法主要包括TADS（Triple-networks Access Distribution System，三网接入分布式系统）、MDAS（Multiservice Distributed Access System Solution，多业务分布系统）、RRU（Radio Remote Unit，射频拉远单元）、Femtocell（毫微微蜂窝式基站）和微型直放站等。本文将选取其中施工难度最低和部署时间最快的三种技术方案即RRU、Femtocell和微型直放站，重点对在不同情况和需求下适宜采用哪种技术方案进行探讨。

2 三种解决方案的特点分析

RRU、Femtocell和微型直放站这三种覆盖解决方案用于室内微小区域覆盖时，各有长处与不足，显示了各自的特点。

2.1 RRU的特点

RRU是通过光纤线缆将基站射频处理单元拉到远端的覆盖目标区域，同一基站的多个射频单元共享基带处理单元资源池[4]。这个射频拉远的方式具有以下特点：

（1）与普通基站相比，RRU体积小、重量轻且对机房的要求低，能够有效地降低选址难度和配套成本；

（2）在室内覆盖系统中也常用一种微基站设备，但每个微基站都要解决Iub接口（RNC和Node B之间的逻辑接口）的传输问题，而多个RRU可以共用一个基带池资源，这就简化了Iub接口的传输问题；

（3）RRU与BBU（Building Base band Unit，基带处理单元）之间只能通过现有传输网络的光纤资源进行连接，每个扇区一般要占用一对裸纤，因此在缺少光纤资源的地方是无法使用RRU的。

2.2 Femtocell的特点

Femtocell又称桌面基站[5]，是一种超小型化的基站，也是一种小容量家庭基站技术。它最巧妙之处在于利用住宅现有的宽带接入线路（DSL、电缆Modem等）作为基站的回转方式，借道互联网把用户手机发出的语音和数据呼叫传接到移动通信运营商的基于标准接口的核心网络（CN），这样省去了RAN（Radio Access Network，无线接入网）与CN之间的传输中继线。

Femtocell分为家庭版和企业版两种，其工作频段均为上行1920—1980 MHz、下行2110—2170 MHz，业务速率HSDPA（High Speed Downlink Packet Access，高速下行分组接入）均为7.2 Mbps、HSUPA（High Speed Uplink Packet Access，高速上行分组接入）均为1.44 Mbps，同为单载波。Femtocell的性能指标具体如表1所示：

家庭版Femtocell通常采取摆放或固定在家庭房间、小咖啡厅内，可采用摆放、挂墙、吊顶等方法；企业版Femtocell在大办公室开阔区域可以直接摆放，也可以通过新建或接入现有室分系统。

Femtocell带来的好处如下：

（1）提供高质量的移动覆盖信号，使用户在室内获得优良的服务；

（2）由于Femtocell是微型基站，可以即插即用，因此方便插入现有的各种家庭宽带网关（DSL、电缆Modem以太网、Wi-Fi等），也可以作为一个模块内置于家庭网关产品之中；

（3）Femtocell是实现固定电话与移动电话融合的重要技术（FMC），能够提供有线网络的速率，移动用户可享受相当于有线宽带的数据业务以及有线通信的低廉价格。

2.3 微型直放站的特点

微型直放站是对普通直放站进行微型化的电路设计和结构设计后形成的专供覆盖室内微小区域用的产品[6]。与其它室内覆盖方式相比，微型直放站存在一系列颇有特色的优势，具体如下：

（1）不对施主基站产生噪声干扰；

（2）具有能明顯提高通信质量的特色功能是：

◆在覆盖区内无用户使用手机时，自动关闭上行放大链路；

◆自激监测与自动消除；

◆上下行链路自动平衡调试。

（3）方便摄取基站信号：当基站发射天线在视距范围时，包括室外和室内场所，均可把施主基站信号接收下来；

（4）建网覆盖成本低廉：安装快速简单，且设备可实现多次异地使用，拆卸搬迁方便。

在使用时，微型直放站一定要通过定向施主天线取得较纯净的基站信号，以保证较好的通信质量。微型直放站的主要不足是其与基站共享通信容量，不能扩展容量。

3 技术方案选择

室内覆盖系统主要解决覆盖、质量和容量三大问题。由于微小区域室内环境下的容量较小，所以微小区域室内覆盖系统主要解决的问题应该是：如何用最低的费用、最快的时间和最简易的工程来因地制宜解决各种场景的微小区域室内信号覆盖及通信质量问题。

根據上文对各种技术方案的工作原理和工作特点的阐述，现将微型直放站、RRU和Femtocell这三种覆盖方式做一个综合的性能比较，以便更好地了解它们在解决室内微小区域覆盖应用中的优缺点[7-10]。下面将对三种技术方案在实现方式、建设成本、使用环境、对网络质量的影响等方面进行对比，具体分别如表2至表5所示。

3.1 RRU适合光纤资源丰富地区

当今移动通信无线覆盖技术的发展，一方面应是不断提高设备的性能和指标以及设备适应环境的能力；另一方面也应不断降低设备自身及运维成本。基于光纤技术的RRU设备的出现是无线网络设备适应移动通信发展趋势的必然结果。与传统的宏基站相比，RRU降低了建网成本和运维成本，设备对环境的要求也大大减低，同时提供了更多的网络覆盖解决方案，使设备的性价比大幅度提高。RRU基带拉远技术的发展，使得RRU设备在很多场景可以代替宏基站和大功率直放站的应用，成为3G/4G网络中的主流设备。

对于一些对通信质量要求较高的商住小区和办公场所以及面积较大的室内小区，选择RRU作信号源对室内进行信号覆盖，这样既可以保证信号质量，也可以根据需要扩展容量。但是与微型直放站相比，RRU除了通信质量稍占上风之外，还有以下不足之处：

（1）使用RRU存在的一个突出问题是必须在有光纤资源的地方才可以使用，而许多小区域室内环境往往缺乏光纤线路；

（2）由于RRU与BBU一定要配套，而各个厂家的接口都是不一样且保密的，A厂的RRU一般不与B厂的BBU配套，因此RRU设备的兼容性不好；

（3）RRU作为基站主设备的组成之一，在工程建设、工程时间、工程协调、工程调试、工程成本和人员成本等一系列问题上仍略高；

（4）RRU是分布式基站，一个BBU带若干个RRU，若基带池BBU出现故障，则所有RRU都无法正常工作，处理故障的时间周期长。

3.2 Femtocell优缺点明显

在家庭居住地和小型办公室可选用Femtocell覆盖解决方案，因为可以利用现有的宽带接入线路作为扁平化处理基站的回转方式。同时，Femtocell也能给用户提供质量较好的覆盖信号，安装较方便。

由于Femtocell系统本身具有灵活、即插即用、自组织、自优化的特点，很大程度上降低了部署难度，因此在实际应用中，可以根据不同应用场景、用户数、覆盖面积和应用价值等因素确定布放的Femtocell类型。

微小区域Femtocell的适用情况如表6所示。可以看出，Femtocell主要应用在一些中小型建筑的室内热点或者盲点区域。此外，对于一些传统室分不易进入但有大流量业务连续覆盖需求的特殊场景，也可以适当引入Femtocell系统进行覆盖。

在具体应用中，应考虑Femtocell与宏峰窝网络的相互干扰及乒乓切换等问题。一般来说，分为Femtocell小区和宏小区之间的重选与切换问题、企业级应用中多个Femtocell小区之间的重选与切换。这方面需要运营商侧对Femtocell与宏小区切换、重选等设置合理的邻区重选策略。同时，考虑到用户使用的便捷性，在微小区域内，运营商应设法尽量减少用户从Femtocell小区切换到宏网络的几率，如适当增大CS用户2D/2F的起压模门限、提高PS用户业务质量门限等。

总体而言，Femtocell造价低廉且安装简便，但是覆盖范围小、支持用户数少，干扰、同步方案较宏站更复杂，为运营和维护带来一些不确定性风险。

3.3 微型直放站适用范围最广

在一般情况下，所有微小区域室内覆盖都可以选用微型直放站覆盖解决方案。因为在面对室内微小区域覆盖问题时，微型直放站的优势非常明显：安装快捷、工程走线方便、物业协谈容易、建设周期短、建设和维护费用小、摄取基站信号容易、不会给施主基站产生噪声干扰，并且特有的几个特色功能可以有效提高通信质量。微型直放站覆盖面积可以从几十平方到1000平方左右，普通家庭、中小型办公室以及生产、餐饮、娱乐和健身等场所都能使用。

相应地，微型直放站也存在一些不足，主要是其与施主基站共享容量资源，可能会使基站出现业务拥挤情况。此外，虽然微型直放站也支持即插即用，但是运营商需要上门提供一对一安装服务，并且单用户成本相对较高。

4 结束语

本文主要针对室内覆盖施工难度最低及部署时间最快的RRU、Femtocell和微型直放站三种技术进行分析，通过比较其覆盖性能、对网络要求和建设成本等方面，尝试给出了技术选择建议。综合来看，RRU得到比较广泛的青睐，但是对光纤资源的要求较高；Femtocell适用于能够接驳有线资源的室内且覆盖范围和用户数不多的场景，如家庭、小型办公室等；微型直放站具有结构简单、投资较少和安装方便等优点，可广泛用于难以覆盖的盲区和弱区，如商场、宾馆、机场、码头、车站、体育馆、娱乐厅、地铁、隧道、高速公路、海岛、电梯、城中村等场所。

对于微小区域覆盖问题，还应因地制宜地根据不同的条件和环境进行具体测算，以达到建设成本和网络收益的平衡。同时，为了降低技术选型难度，提高选型效率和科学性，建议下一步开发自动化软件，可根据输入的关键参数给出技术选型的偏向性指南，将有助于未来室内覆盖工作的快速解决。

参考文献：

[1] 朱东照，罗建迪，等. TD-SCDMA无线网络规划设计与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2007.

[2] 上海市无线电协会. 移动通信多系统室内综合覆盖[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2007.

[3] 杜庆波，罗文茂. 3G技术与基站工程[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2008.

[4] 周双阳，喻健勇，张云满. 从自主创新探讨TD-SCDMA系统RRU和直放站技术的应用[J]. 现代电信科技， 2007，37（4）： 40-44.

[5] 阿尔卡特朗讯有限公司. 创新的3G室内覆盖——Femtocell室内覆盖方案[J]. 移动通信， 2008，32（22）： 77-81.

[6] 上海贝电实业股份有限公司. WCDMA微型直放站总体设计方案[Z]. 2009.

[7] 梁延峰. RRU基本原理及应用分析[J]. 电信工程技术与标准化， 2007，20（3）： 51-55.

[8] 邬元兰，陈军良，常明. RRU拉远的应用和分析[J]. 移动通信， 2012，36（20）： 39-44.

[9] 吴韶鸿，郑瑞明，张欣，等. Femtocell——新兴3G室内覆盖技术的探究[J]. 电信工程技术与标准化， 2008，21（9）： 48-51.

[10] 叶建忠，朱幼莲，眭竹林. 微型直放站——3G小区域室内覆盖的解决方案[J]. 江苏技术师范学院学报， 2011，17（2）： 34-39.