面向四网融合的通信网络建设策略探讨

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　　摘 要：随着通信技术的发展，我国开始对四网融合技术进行分析研究，本论文重点探讨了四网融合的关键技术问题和发展策略，首先简单介绍了当前国内外的研究现状，在此基础上分析了四网融合中的关键性技术问题，并给出了具体的四网融合发展策略与建议，从四网融合场景模型构建和四网融合改造内容两个角度详细探讨了四网融合发展的策略，对于进一步提高四网融合技术的应用水平具有较好的借鉴和指导意义。
　　关键词：移动通信;四网融合;发展策略
　　1 引言
　　在4G时代，中国移动采用TDD-LTE知识产权标准;中国联通、中国电信计划，采用FDD-LTE（Frequency Division Duplexing）和TDD-LTE二种知识产权标准。FDD通过频率来分割上行和下行的通道，在两个对称频率上，一个是下载通道，一个是上传通道。TDD-LTE采用另一种方式。它只用一个频率，既负责上传，又负责下载;好处是比FDD省了一个频率占用，资源利用率更高（实际上TDD-LTE为了避免干扰，需要预留较大保护带，也会消耗一些资源）。因为TDD-LTE只能通过时间来控制交通（时分双工），一会让下载的流量通过，一会又让上传的流量通过，因此TDD-LTE在覆盖成本、传输速率、无线带宽、用户体验、运营成本方面同竞争对手相比均存在着一定的劣势。如表现在手机端，TDD会比FDD网速慢一些。目前，FDD-LTE理论下行速度为150Mbps，TDD-LTE理论下行速度为100Mbps。
　　本论文主要探讨四网融合过程中出现的关键性技术问题，对其展开深入分析探讨，同时给出四网融合的发展策略与建议，并以此和广大同行分享。
　　2 四网融合研究技术分析
　　2.1 四网融合的概念
　　四网融合：在现有的电信网、计算机网（互联网）和广播电视网（有线电视网）的三网融合基础上加入智能电网，成为四网融合。
　　2.2 国内外研究现状
　　2010年7月北京发布了《北京移动新建四网融合室内覆盖设计指导书》;2015年5月25日，四川省人民政府与腾讯公司在成都签署战略合作协议，就“互联网”达成全面深层合作，共建智慧四川;同时，国网四川省电力公司也与腾讯签订了“互联网电网”项目合作协议，正式实施“互联网电网”战略，开展全方位、深层次的战略合作。
　　目前国内在基于室内覆盖的四网融合方面的指导性文件不多，如《北京移动新建四网融合室内覆盖设计指导书》，主要是从新建的角度对四网融合的室内覆盖的设计参数进行了明确，而对于针对现有的网络，如何从技术、成本、工期、效益角度考虑，更好的进行改造，没有给出明确的指导意见。
　　国外由于4G制式的原因，关于2G/3G/LTE/WLAN融合相关室内覆盖相关文件较少。
　　2.3 四网融合建设关键技术点分析
　　现针对四网室内融合，其分布系统为引入TDD-LTE和802.11n所进行的改造，主要关注以下几个方面：
　　（1） MIMO双流在室内分布系统中的引入策略
　　MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
　　LTE系统中引入了MIMO技术，能够有效提高业务速率。对于MIMO方式，可考虑两种方式：多用户（MU-MIMO）方式和单用户MIMO（SU-MIMO）方式。
　　① 多用户MU-MIMO
　　多用户MIMO方式又称作为空分复用方式，可以利旧原有网络的天线点设置而不作改变。不同楼层使用不同的通道，由于空间隔离而实现空分复用。同一楼层为单通道覆盖方式，每个覆盖点只有一根天线。
　　多用户MU-MIMO的优点是：
　　不改变现有的分布式天线结构，仅在信号源接入侧发生变化，改造施工方便。
　　系统吞吐量可以提升：和不采用空分复用相比，在采用2通道RRU的情況下，系统吞吐量理论上能够达到2倍。
　　MU-MIMO的缺点：对单个用户而言，由于其所处的楼层分布系统仅有单天线， MIMO不发挥作用，与双路的分布系统（SU-MIMO）相比，用户峰值速率为双流系统的一半左右。
　　② 单用户SU-MIMO
　　SU-MIMO模式需要改变原有网络的天线点设置，即在同一覆盖点由原来的单个天线点扩展为两个天线，通常是两个物理位置，每个天线有单独的物理通道。为了保证多楼层的覆盖，可以用分路器将多通道的信号分路到不同楼层，采用分布天线点覆盖楼层，用户根据分配资源的不同来进行区分。
　　本论文中所探讨的TD-LTE规模试验网中采用BBU+RRU作为信源，可采用双路室内分布系统方式实现2×2 MIMO。这种方式比传统的室内分布多了一路，但可以较好地实现MIMO。
　　单用户SU-MIMO方式的优点是：
　　完整的MIMO特性，用户峰值速率获得提升。双流方式和单流方式相比，理论上可以提供两倍的用户峰值速率。
　　小区吞吐量可以提升。小区吞吐量提升值与MU-MIMO方式相同。
　　单用户SU-MIMO方式的缺点就是需要对原有的分布系统进行较大的改造，包括分布电缆、天线等。由于采用多个通道和多个天线点，需要增加天线点和分布电缆。
　　
　　（2） 异系统干扰共存解决方案
　　① 隔离要求计算
　　当室内环境部署多个通信系统时，其中一个系统的发射信号会对另一个系统的信号接收造成影响，主要表现为以下三种方式： 　　杂散干扰：通信系统发射机的带外寄生发射，落入其它通信系统接收频段而造成的干扰。
　　阻塞干扰：接收机接收信号时，受带外异系统的强信号影响而引起的接收饱和失真而造成的干扰。
　　交调干扰：当多个强信号同时进入接收机时，在接收机前端非线性电路作用下产生交调频率，交调频率落入接收机中频频带内造成的干扰。
　　一般而言，交调干扰比杂散干扰要小得多，因此主要分析杂散干扰与阻塞干扰以及对天线工程安装所提出的隔离要求。
　　② 隔离要求实现
　　异系统间隔离通过以下三种方式实现：
　　分布系统损耗
　　天线间的空间距离形成的空间耦合损耗
　　合路器不同端口间的隔离度
　　3 四网融合发展策略与建议探讨
　　3.1 规划建设四网融合多场景模型
　　对于城市无线网络覆盖重点区域，依据建筑物特征及网络覆盖特点、综合考虑用户特征、业务需求，制定相应的网络规划建设方案，从而使网络规划与业务需求相匹配，满足业务发展需求。
　　（1） 场景细分
　　无线网络覆盖主要场景可以初步细分成如下几种：
　　① 住宅小区：分为高层、小高层、多层和低密度低层等四个二级场景进行分析;
　　② 高校：分为宿舍楼、教学楼、食堂和图书馆等四个二级场景进行分析;
　　③ 商务写字楼与商业街区：分为大型建筑、中型建筑和步行街等三个二级场景进行分析;
　　④ 会展中心：分为开放式和封闭式等两个二级场景进行分析。
　　（2） 不同场景的覆盖方案、资源配置建议
　　根据不同场景建筑物特征，用户群特征及业务模型，制定多网协同覆盖建设方案及资源配置方案。如在高校场景下，以学生用户为主，覆盖场景可以进一步细分如下：
　　① 图书馆：该类型建筑物多为钢筋混凝土结构或钢筋混凝土结构外加玻璃幕墙， 通常楼层较高。该类型建筑穿透损耗情况复杂，楼层间穿透损耗也较大。语音和数据业务需求均较高，大部分仍然是学生用户小部分是高校领导和教师。
　　② 教学楼：该类型建筑物多为钢筋混凝土结构或钢筋混凝土结构。该类型建筑穿透损耗情况复杂，楼层间穿透损耗也较大。语音和数据业务需求均较高。大部分仍然是学生用户，小部分是高校领导和教师。
　　③ 宿舍楼：宿舍楼区建筑物为钢筋混凝土框架，房间间隔主要为砖混结构。校园区用户密度高，语音和数据业务需求均较高。基本全部都是学生用户。
　　另一方面，需要注意的是，在规划不同场景的建设策略時，需考虑：
　　① 干扰分析
　　从各系统接收灵敏度，阻塞干扰抑制，杂散干扰抑制、交调干扰抑制等多方面分析干扰，并提出解决方案和硬件参数建议
　　② 切换分析
　　通过对站点自身建筑结构，以及周边建筑，主干道等环境因素再结合站点人流量分析切换区域，同时提出分区规划，并设置切换带，以保证深度覆盖。
　　③ 各业务区覆盖分析
　　四网融合站点针对不同的用户群实行分区覆盖，尤其高端用户，一定保证 LTE和802.11n的深度覆盖和带宽，以提高企业形象。
　　3.2 明确四网融合需要进行的技术改造内容
　　（1） 新增信源
　　TD-LTE室内分布系统信号源需要综合考虑目标楼宇的覆盖和容量要求，按照不同类型目标楼宇的业务需求、资源情况、无线环境情况和所选室内分布系统类型选择对应的信源。TD-LTE规模试商用网室内分布系统采用分布式基站（BBU+RRU）作为信源。
　　（2） 合路方式
　　当新建LTE系统利旧原有分布系统时，选用隔离度满足要求的合路器/POI，满足系统合路与隔离要求。
　　多系统共用一个分布系统要求功率匹配，包括信号源输出功率匹配;不同频段的信号在分布系统中由于传输损耗不同产生的影响;边缘覆盖场强的不同要求;不同频段的无线电波空中损耗不同而产生的影响等，需要设计人员根据不同要求和不同建筑的实际情况综合考虑。
　　采用双路分布系统（SU-MIMO）时，覆盖同一区域的两个天线的天线口功率应保持匹配，不宜差异过大，以免影响MIMO的性能。对于利旧原系统并新建一路系统实现双路的，尤其要做好天线口功率预算。
　　（3） 器件改造
　　中国三大通信运营商主要工作频段如下：
　　由于频段差异导致原有室内分布系统无源器件可能需要进行改造。无源器件指功分器、耦合器、电桥、室内分布用的天线、馈线、接头、衰减器、负载等。对于无源器件改造主要考虑以下几个方面：
　　① 带宽：一般室内覆盖系统都会接入多个系统。对于新建的室内分布系统，无源器件的工作带宽至少要考虑：2G、3G以及TD-LTE的核心工作频段。建议工作带宽的要求为800～2600MHz以满足TD-LTE可能的工作频段。
　　② 损耗：由于LTE使用较高频段，损耗较大。无源器件的插损、驻波比、互调等指标都可参照原有2G/3G的指标。馈线则需要选择在LTE频段有相对较小的损耗的型号。对于泄漏电缆，需要考虑传输损耗、耦合损耗等是否满足要求。
　　4 结语
　　从四网融合的建网成本角度考虑，尽可能利用现有资源可以节省投资，共用机房既提高了机房利用率，又节约了物业协调，传输接入的投资;同时综合利用现有资源也可以缩短建设周期，提高工程建设效率。分布系统的建设周期长，因此突发事件多，合理利用原有资源省略了诸多环节，有效避免了不利因素导致的阻工;另外，从长远的发展角度考虑，有些站点可以作为战略资源储备进行预留，以便后期多业务的引入。
　　如国家电网已经和包括中国移动、中国电信等在内的运营商合作，推出的各项服务，包括无线电力抄表、路灯控制、设备监控、负荷管理、智能巡检、移动信息化管理，可帮助相关公司对电压、电流等参数采集等功能，也可帮助市政部门有效提高道路照明质量，保证城市整体亮灯率和设备完好率，避免电能、人力物力无谓浪费。
　　本论文对于四网融合的技术问题所作的简单探讨只是对四网融合实施过程中诸多技术难题的一次简单分析，更多的技术问题的解决有待于广大通信工程师的共同努力，才能在后期四网融合实际操作领域内有所可行性执行。
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