光纤分布系统及应用分析

　　1 引言

　　随着移动通信网络建设的大力推进，建设重点已由室外宏站为主的广范围覆盖向以碎片化部署为特点的延伸覆盖演进。特别是在无线频率越来越高和热点区域、室内业务需求与覆盖不足矛盾严重突出的情况下，分布系统的重要性愈加凸显。

　　分布系统（如无源天馈分布系统、有源天馈分布系统、漏缆分布系统等）的出现在一段时期、一定程度上解决了室内等区域的盲区、弱覆盖。

　　随着网络覆盖规模化、建设集约化和居民、物业环保意识的增强。以馈线为主要传输介质和裸露天线安装方式的传统分布，带来信号损耗大、底噪抬升、干扰难以解决等系统问题，以及网络建设选址和传输建设问题尤为突出。

　　加之传统设备因体积大安装不便、居民物业对天线的抵触、传输铺设困难等原因往往无法实施。常见问题比如别墅对于站址的获准、城中村传输的铺设、沿街商铺站址的选择和物业协调都存在诸多困难。酒店、小区对于真正需要覆盖的目标区域-室内，常常存在信号的盲区和弱覆盖区，大型场馆穹顶结构传输距离远损耗大使得传输受限，传统系统往往不能有效覆盖等。

　　本文着眼网络发展趋势和建设的现实问题，提出一种具有信号传输损耗小、传输距离远、覆盖半径大和部署便捷等优势的光纤分布系统，对移动网络建设有很好的参考借鉴意义。

　　2 光纤分布系统介绍

　　2.1 光纤分布系统起源

　　光纤分布系统起源于20世纪90年代末，主要应用在北美cdma 1x部署中，表现为光纤替代室内分布系统垂直布线的同轴电缆以降低损耗、节约成本，如图1所示。

　　随着网络的规模发展，对系统指标的高标准要求、"光进铜退"的行业趋势以及网络建设需求的驱动下，全光纤分布系统应运而生。下文以国人通信的光纤分布系统为例来介绍新一代光纤分布系统。

　　2.2 光纤分布系统架构

　　光纤分布系统以光纤为统一传输介质来进行组网，实现移动通信信号的分布式覆盖和固网等业务的传输。由三级拓扑结构组成，包括实现移动通信各制式射频信号接入的多业务接入平台(MSAP)、用于组网交换的光交换单元(OSU)和用于不同场景承载无线信号输出和异构业务融合的光射频立方单元(xCU)，其系统架构如图2所示。

由于光纤分布系统是采用光纤作为介质的分布网络，其传输损耗和分配损耗都大幅度降低，使得功率效率大幅度提升，便于远距离覆盖和星型、链型以及混合组网等方式规模组网。根据组网能力受限于光分布系统对基站灵敏度的恶化指标，通过计算发现其理论逻辑组网能力可满足绝大多数场景的使用，这也在实际应用中得到了验证。

　　由于光纤分布系统引入LPN低功率节点(xCU)构建分层网中的底层延伸网，低功率节点的数量将明显多于传统有源设备RRU。同时由于功率效率的提升，使其以同样的功率可实现更大范围的覆盖，这样其规模组网的能力就可以满足覆盖受限而容量冗余的许多不平衡场景的使用。

　　采用数字中频和ROF等技术，完成了无线通信多种制式的共同接入、传输和低功率节点覆盖，并在射频信号处理基础上采用WDM波分复用技术、75Ω阻抗变换技术，承载固网业务的接入和透传，构建了融合FTTx网络、蜂窝网、LPN低功率节点甚至CATV等的多维异构网络。

　　2.3 光纤分布系统原理

　　光纤分布系统原理如图3所示。MSAP接收到各制式射频信号后，首先通过变频技术将其转换成中频信号，然后进行数字滤波、功率放大等相关数字信号处理后，转换成数字光信号，通过光纤传送至OSU。

　　OSU接收到数字光信号之后，将数字光信号经过处理、转化成模拟光信号，和来自FTTx网络的局端光信号一起经波分复用单元，通过光纤传送至射频立方单元xCU，实现信号的一次拉远。

　　xCU在其波分复用单元中完成信号解复用后，将FTTx的光信号传送至FTTX网络的用户端ONU，将通信信号经过光电转换变成转换成射频信号，经功率放大后通过xCU内的双极化天线辐射出去。同时，xCU射频接口采用阻抗变换技术实现与有线电视信号合路完成不同房间的移动通信信号分布。

　　上行链路和下行过程相反。

　　3 光纤分布系统构筑延伸网

　　光纤分布系统定位于通过部署地面延伸网络和入户延伸网络，实现与传统覆盖网络（RRU+分布系统，宏（微）基站等）协同覆盖，从而增加网络覆盖深度。延伸网络的构建都是围绕光纤分布系统的特点来实现的。

　　3.1 光纤分布系统技术特点

   （1）设备微型化

　　光纤分布系统采用微型化光电系统，微型化天馈系统，微型化射频系统实现xCU微型化。

　　通过改变天线半波振子的高度及介质材料等多种方式，有效地缩小了设备体积，集成了天馈系统，实现了天线、有源设备一体化。

　　图4所示为xCU的一种内部结构：波分复用单元、射频处理模块和双极化天线模块从下到上依次层叠设置，包括一个独立的具有变频功能的中频处理模块；射频处理模块完成射频信号功率放大；双极化天线模完成射频信号的收发，也可以将中频处理模块和射频处理模块合为一体。

　　技术和工艺上实现的微型化设备能够灵活隐蔽地安装，解决了站址的选择问题。

　　（2）传输复用化

　　光纤分布系统可以复用市政管道和固网光缆、广电网铜缆资源来部署传输系统，在避免繁琐施工的同时还节约了建网成本。

　　●对于室外xCU采用新型光电复合缆，作为传输和远程供电介质，光电复合缆具有直径小、韧性好的特点，能够复用监控、路灯等管道资源实现传输和远端集中供电同步实施，减少破路开销。

　　●采用波分复用技术结合光纤到户资源，光纤内固定1310nm、1490nm的波段用于FTTH业务传输，复用n×2×CWDM波段用于移动通信业务传输，进行固网宽带接入和移动网络覆盖同步实施，零成本实现光纤分布系统接入到户，有利于集约化建设。

　　●采用阻抗变换传输技术复用有线电视线缆，完成室内不同房间的分布覆盖，突破室内隔墙对覆盖的影响。

　　这样一来，光纤分布系统xCU可以灵活部署在人们不易察觉的地方，传输介质隐蔽，减少民众心理压力，实现了覆盖网络的隐性化。

　　3.2 光纤分布系统延伸网

　　（1）地面延伸网络利用监控杆、路灯杆、广告牌、网络箱等资源隐蔽安装，采用新型光电复合缆进行传输，复用路灯、监控等管道资源，构筑地面延伸网络，解决室外、室外覆盖室内网络覆盖问题。能够克服现有设备站址获准难、居民反感等问题，完成相应目标区域信号覆盖。

　　使用PCU和MCU构筑地面延伸网组网如图5所示。不同场景PCU、MCU设备形态和功率有所不同，这里不再赘述。

　　（2）入户延伸网络

　　FTTH（光纤用户）由于能够提供高带宽、高可靠性、低成本的接入，成为运营商为用户提供接入的重要手段。同时国家大力推行宽带无线城市、城市光纤入户工程推进了光网络商用化，宽带普及和提速进展迅猛为融合PON提供了资源条件，而广电有线电视资源在酒店、家庭也是非常丰富。

　　通过复用光纤到户资源和有线电视资源，利用FCU实现入户延伸覆盖如图6所示。该方案解决了传统覆盖无法入户的问题，不仅完成所在目标区域的覆盖，而且只需要更换有线电视面板为内置天线面板，就可利用已经部署好的有线电视的线缆实现真正的天线入户分布。

　　4 建网优势

　　光纤分布系统能够有效突破网络建设四大瓶颈。

　　（1）站址选择难

　　随着高端物业的增加，业主为了保护建筑的完整性，设备选址的难度越来越大。光纤分布系统设备可以灵活部署在固网设施内和市政设施上，减少业主抵触情绪，降低站址选择难度。

　　（2）传输铺设难

　　传统覆盖系统只能利用弱电管道铺设室内传输，若要铺设地面传输和入户传输，需新建管道，因此遇到诸多困难。光纤分布系统具有传输复用化的优势，可以有效解决传输铺设难的问题。

　　（3）部署成本高

　　光纤分布系统设备无需美化，可避免使用昂贵的美化天线，易于安装，可降低物业协调成本，传输可复用固网、广电网和市政设施的管道资源，减少破路开销和重复建设成本，从而可比传统方案节省20%～40%的投资。

　　（4）建网周期长

　　传统网络建设要经过站址建设、传输铺设、设备安装、天馈安装、开通调测5个阶段，而光纤分布系统无需站址建设，灵活布放，传输复用现有资源，无需铺设，天馈设备一体化，仅需1次安装。使建设流程大大简化，仅需设备安装和开通调测两个阶段，建设周期大幅度缩短。

　　5 结束语

　　目前，光纤分布系统已经在别墅、城中村、酒店、沿街商铺等多种场景中成功应用，解决了网络建设的诸多问题。当然，光纤分布系统的发展和未来也面临诸多挑战，需要行业共同面对才能实现其飞速发展。