室內分布式天線系統(DAS)的優化通常是覆蓋率的函數，目的是追求高效的信號傳播和容量，并取得最大的吞吐量。隨著移動技術形成的更大容量需求催生了第三個考慮因素，目的是保護未來的系統，確保覆蓋各種無線技術。例如隨著LTE時代的到來，以及對視頻數據流和更密集數據使用的關注，全球運營商如今都在尋找能夠在早期安裝階段最大限度減少基礎設施成本的解決方案。包括2G、3G和4G在內的完整服務必定在一個生態系統中彼此共存，而這個生態系統需要促進頻譜的重整和優化。本文將討論如何在同樣的分布式天線系統上整合大功率和小功率遠端單元來提供靈活的網絡設計，進而正確調整解決方案的尺寸、滿足要求和降低成本。

分布式天線系統概述

信號從附近基站或有線中繼器耦合到光學主單元(OMU)，然后通過光纖分配到一個或多個遠端單元。遠端單元通過單根光纜連接到OMU。為了以高成本效益的方式整合不同遠端單元的上行鏈路，需要使用不同的顏色(波長)。

數據業務量的增長

移動運營商面臨著不斷改善他們提供的服務的挑戰。移動網絡特別快速的增長給覆蓋率和容量提出了更高的要求。在室內環境中，這些要求并不總是一開始就定下來的，運營商必須為增長留有余地。

用戶接入移動網絡所用的設備復雜性的不斷提高也使得高質量的無線覆蓋成為必要。例如，2012年移動視頻業務在移動數據中的占比就首次超過了50%。全球移動數據業務在2012年的增長率為70%，到2012年底達到每月885拍字節(PB)，而2011年底這個數據是每月520PB(1艾字節=1000拍字節)。為了加深對這個數字的印象，有必要了解單位的換算：一個PB是1000000000000000B或1015 B，相當于1000太字節。這些令人驚駭的發展趨勢正在推動運營商特別關注室內覆蓋率來提升他們的網絡。這種關注源自使用環境的重要性——人們還沒有廣泛認識到室內使用量會占到整個移動數據業務量的80%，以及對今后五年中增長速度不會放緩的預測(見圖1)。

分布式天線系統復雜性的增長

隨著室內使用量的增長，對移動網絡的要求也與日俱增。要求不僅關乎到全球商業高度增長、多層次出租的大樓和復雜的校園情景，而且關乎到各種集會場所，從大學和政府/公共機關園區、到隧道、地下交通網絡和體育設施。例如能夠容納9萬人的體育場產生的峰值業務量可能相當于擁有50萬居民的城市。在這兩者中，體育場是至今面臨的最大覆蓋率挑戰，因為大部分觀眾會在同一時刻使用他們的設備，從而導致在集中的時間段內對網絡服務提出異常高的要求。

對最高可靠性的魯棒性網絡連接的要求因緊急服務的通信需求而得到進一步增強。在上述環境中部署這些服務極具挑戰性，因為這些環境中的每個構件和密集障礙物都會阻礙信號的傳播。障礙物范圍十分廣泛，從需要覆蓋的人造屏障，比如相鄰大樓，到不可避免的位置特征，比如地下室。

分布式天線系統(DAS)的靈活性以及將覆蓋率挑戰分解成小區的能力提供了覆蓋率和容量的解決方案。DAS能夠無縫地將移動運營商網絡接入大樓和其它原本很難到達的位置。借助光纜基礎設施，DAS可以將信號引入大樓內部，并且支持包括GSM、WCDMA和LTE在內的每種主要無線技術。DAS通過最簡單的方式將室內覆蓋的大挑戰變成不再令人畏懼的一系列小挑戰，從而實現高效的信號傳播。滿足‘小區’內的每個特定問題將挑戰以漸進的方式向上傳遞，從局部的(遠端)光單元(中繼器)直通到頭端(將信號從射頻轉換為光纖反饋中繼系統中的光的光學主單元)，再到基站(基本收發站，通常稱為BTS)。基站可以在大樓內部，在基站‘賓館’，或遠達數公里的外部位置。另外一種選項是通過有線數字中繼器饋送DAS。

DAS系統現在還能經過擴展為需要IP回傳支持的其它設備提供IP回傳基礎設施，比如小蜂窩或安裝在許多公共場合的監控攝像機等設備。

覆蓋率

在18個月前，也就是3G到來之時，運營商們并沒有針對下一代技術優化他們的室內系統。技術發展得非常快。同樣這些運營商現在只能更新他們的資本支出，因為他們需要回到服務不周的地區增加基站，或者更替整個系統以降低噪聲水平，使其符合新技術的要求。今天，這種情況可以避免，沒有人會被指責沒有預測到移動世界要求改變的步伐。這是這個行業作為整體從中學到的教訓——一個靈活的系統可以根據要求幫助運營商提高室內覆蓋率和容量。

設計階段現在比以往任何時候都重要，因為運營商現在給面向未來的室內覆蓋系統給予了很高的優先級。提供可以達到的最高性能取決于最大化想要的因素——源于嚴格的射頻設計過程的相對直接事件。高性能也取決于最小化不想要的因素，其中干擾和噪聲首當其沖。制定魯棒性的架構計劃如今是很成熟的任務。有現成的交互式應用向這個過程普及全面的檢查清單方法。這個階段需要根據由必要覆蓋區指定的遠端光學單元的相對功率作出決策，然后由這個覆蓋區提示決策者要求的單元數量和光學主單元的數量，傳播來自遠端的信號，并將它送到基站(見圖2)。

系統配置——混合和匹配

在任何多頻段光纖系統的設計階段，當第一次規定反映覆蓋率要求的基礎設施布局之時，需要確定大功率或小功率遠端單元的選擇。低功率遠端單元的天線端口的復合輸出功率通常是20dBm，大功率遠端單元則高達37至43dBm。由于對這兩種遠端單元的贊成和反對聲音都有，最優解決方案通常是兩個一起部署。

比如在超高層大樓的情況下，使用小功率遠端單元通常每一層至少配置一臺。這種配置必須安裝更多光學主單元(OMU)(也被稱為頭端)，它也需要布放較多的電纜。總之這種情況需要付出較多的精力和成本。從高效網絡、最優架構和成本控制的角度看，更大功率的遠端單元完全能夠滿足要求。它能夠滿足固定空間場合中的當前和未來需要，因為這種需求是完全可以預測的(受樓層大小的控制，因此需要最大的占用容量)。

使用大功率遠端單元更有利于DAS架構，在超高層大樓中一個單元就能覆蓋6至7層。這種方法經常被系統集成商因安裝階段受布線限制和接入許可而采用——這是在設計過程中必須適應的因素。在缺少任何可以接受的工作區時(對所有各方都可接受，包括設施管理方、大樓主人和網絡系統集成商)，這種限制意味著小功率遠端單元也是合適的，即使它們不是最優的解決方案。雖然從技術上講這樣做被視為妥協，但這種解決方案證明了DAS的靈活性，無論哪里需要無線覆蓋，分布式天線系統都可以滿足要求。重要的是對DAS這方面的靈活性有要深刻認識。作為實際的解決方案，它能根據實際約束條件進行配置，同時仍能根據網絡承諾提供一流的覆蓋率。根據要求還可以增加額外的小區，特別是在大型場所，比如體育設施、會議中心和機場。

低噪聲——實現最大數據吞吐量所必需的

整個最優的分布式天線系統解決方案由大功率遠端單元和較小功率的遠端單元組成，前者用于覆蓋超高層大樓，后者用于較小的建筑或覆蓋區域，比如體育館中的進一步要求。不管哪種配置，遠端單元架構布局都能滿足室內或大型場所要求，關鍵考慮因素是確保基站本身不會受到大噪聲的影響。DAS裝置會有信號饋送給基站。如果它們有很高的噪聲系數，那就會造成干擾，并引起容量問題。反過來也正確——實現可能最低的噪聲系數可以確保最大的數據吞吐量。

遠端單元的噪聲系數越低，整個系統的總體噪聲系數也越低。大功率遠端單元最好的噪聲系數典型值可以低至3dB(最大增益)，小功率遠端單元典型值是10dB(最大增益)。事實上，在目前這個時點，3dB是業界最低的噪聲系數，相當于基站的噪聲系數值。這個數字可以確保基站的最優使用以及用戶移動設備的最快速體驗。為了測量噪聲水平，例子系統中10個遠端的計算是10log(遠端的數量)+單個遠端的噪聲系數。假設系數為3dB，那么評估噪聲水平的公式就是10 log 10(10)+3 = 13 dB。這是目前可以取得的最低總體噪聲系數。實際中噪聲系數為20dB左右的系統也很常見。

容量

圖3所示的香農-哈特利信道容量公式是一種廣泛使用的通過測量吞吐量和噪聲之間的關系評估容量最優化的方法。公式是C=B log 2(1+S/N)，其中：

●C=容量，單位是比特/秒/赫茲

●B=帶寬

●S/N=信噪比。這涉及到S/N ~ 1/R n，n=路徑損耗指數

●S/N ~ 1/NF

當功率、帶寬和頻率等變量不變時，運營商需要從基站獲得更高的數據速率，同時如前所述將噪聲系數保持在盡可能低的水平。圖3表明，根據這個公式的基本原理，在更高階調制(HOM)方案(如QPSK和QAM)中需要更高的信噪比(S/N)才能實現最大的容量。

基礎設施

在設計階段就滿足覆蓋率和容量要求，然后再進入安裝階段，運營商就能保證DAS系統滿足未來容量增長需求，只需簡單地增加更多的小區，不用再重新修改基礎設施。光纖頭端單元中的靈活性允許單個頭端(單個底座)支持多達8個小區——比如安裝一開始是兩個小區，那么無需修改基礎設施，只需增加更多的頭端或遠端單元或光纖或同軸電纜就能使容量翻倍。

一個完整集成的解決方案支持從遠端到頭端使用相同的電纜。變化會在接口點受到影響(圖3)。針對小蜂窩或Wi-Fi接入點的‘運營級’IP回傳可以饋離DAS。這個特性能同時減少CAPEX和OPEX，因為無需運營商應對多家供應商的不同系統，對因這種方法導致的復雜布線沒有要求，也無需增加在一個位置運行獨立系統的成本。在網絡效率方面，射頻干擾也更低。

合乎邏輯的結論

為分布式天線系統和每組IP設備建立獨立的基礎設施將增加安裝時間和成本，也會造成系統間的潛在干擾。運營商現在可以使用單根光纜上的單個基礎設施同時支持DAS遠端單元和IP回傳應用。有利的成本暗示是不證自明的，但分布式天線系統天生的可擴展性和釋放出來的靈活性也許具有更加長期的好處。因為‘小區化的’設計方法，這種可擴展性是天生的，當要求更高容量和覆蓋率時可以增加遠端單元。靈活性的‘釋放’是因為運營商不再受固定和剛性結構的限制，而這些結構隨著無線通信技術的向前發展要求巨大的再投資。正如預測表明的那樣，無線通信技術的快速發展在今后數年內將繼續是移動世界的確定特征。

分布式天線系統優化的關鍵是在設計基礎設施時考慮實際世界的要求，建立在需要時可以通過包含額外中繼器實現增長的架構，通過最低可達到的噪聲系數確保高質量。這意味著部署最高質量的設備：三個簡單的步驟實現邏輯上清晰的解決方案。

責任編輯：gt