劉 磊，潘險(xiǎn)鋒，黃 樂(lè)（華信郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310014）

0 前言

隨著GSM網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷深入、網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不斷完善，現(xiàn)已基本實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地隨意通話。然而，隨著覆蓋率的大幅度提升，在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和優(yōu)化工作中逐漸出現(xiàn)了下面一些問(wèn)題。

a）信道利用率低。相同基站不同覆蓋區(qū)或不同基站不同覆蓋區(qū)域間存在著話務(wù)不均衡現(xiàn)象。有些基站為了應(yīng)對(duì)某些時(shí)段的話務(wù)峰值，配置了很高的載頻，但大部分時(shí)間的信道利用率又很低，從而導(dǎo)致載頻資源的極大浪費(fèi)。

b）突發(fā)性話務(wù)給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來(lái)壓力。突發(fā)性話務(wù)可分為3種類型。第一類是短時(shí)可預(yù)知的突發(fā)性話務(wù)（如球賽、演唱會(huì)、展覽會(huì)等），可通過(guò)應(yīng)急車或基站擴(kuò)容來(lái)解決；第二類是不具規(guī)律性的突發(fā)性話務(wù)（如商場(chǎng)促銷活動(dòng)、會(huì)議等），根本無(wú)法預(yù)知何時(shí)會(huì)產(chǎn)生集中話務(wù)；第三類為周期性的突發(fā)高話務(wù)（如商場(chǎng)、飯店、酒店等），雖可預(yù)知但話務(wù)高峰時(shí)段并不長(zhǎng)，用應(yīng)急車顯然是不可能的，對(duì)基站擴(kuò)容又會(huì)造成資源浪費(fèi)。

c）頻率資源匱乏成了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的最大困難。通常，為應(yīng)對(duì)不斷提升的話務(wù)量，不得不縮小基站覆蓋半徑、減小頻率復(fù)用距離、增加單小區(qū)載波數(shù)。而在頻率資源有限的情況下，為了滿足用戶的話務(wù)需求，也只能犧牲網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量換取網(wǎng)絡(luò)容量。

d）客觀條件限制。一些基站因某些條件（如機(jī)房/機(jī)柜空間、傳輸能力等）受限，無(wú)法實(shí)施正常擴(kuò)容。

1 GRRU的原理及特性

數(shù)字光纖射頻拉遠(yuǎn)（GRRU）系統(tǒng)的出現(xiàn)較好地解決了上述問(wèn)題。GRRU系統(tǒng)是GSM網(wǎng)絡(luò)解決方案的新產(chǎn)品。GRRU采用軟件無(wú)線電技術(shù)，將GSM Um口信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)光纖傳送到遠(yuǎn)端，利用遠(yuǎn)端射頻單元進(jìn)行再生和放大，成了實(shí)現(xiàn)基站信號(hào)拉遠(yuǎn)覆蓋的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋設(shè)備。GRRU將在3G中廣泛應(yīng)用的RRU技術(shù)成功應(yīng)用到GSM系統(tǒng)中，為運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)覆蓋及優(yōu)化提供了最有效的解決手段。GRRU系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1。

由圖1可知，接入控制單元（DAU）先將基站的射頻信號(hào)下變頻到中頻，然后將中頻信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)光纖將數(shù)字信號(hào)傳送至遠(yuǎn)端射頻拉遠(yuǎn)單元（DRU），經(jīng)遠(yuǎn)端數(shù)字信號(hào)處理恢復(fù)到模擬中頻信號(hào)，再上變頻還原到射頻信號(hào)。GRRU采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理和光纖傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多載波移動(dòng)通信信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸和大容量、大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)覆蓋。

DAU和DRU間可采用星形、鏈形、環(huán)形或菊花鏈形等方式靈活組網(wǎng)。

GRRU系統(tǒng)具有如下一些特點(diǎn)。

a）輸出功率高?？偣β瘦敵鰹?0 W （48 dBm/ch），達(dá)到了宏站覆蓋效果。

b）具有上行分集接收能力。上行接收能力達(dá)到了宏站覆蓋效果。

c）對(duì)信源基站沒(méi)有干擾。具有時(shí)隙關(guān)斷功能，上行噪聲低于-130 dBm（低于自然噪聲），不會(huì)對(duì)信源基站造成上行干擾。

d）上下行完全平衡。無(wú)論級(jí)聯(lián)多少臺(tái)遠(yuǎn)端，系統(tǒng)上行噪聲都低于-130 dBm，可完全做到上下行平衡。

e）支持16載波。最大支持16載波配置，可滿足現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)載波數(shù)需求。

f）節(jié)省光纖資源。由于GRRU傳輸?shù)臑楣庑盘?hào)，可以級(jí)聯(lián)再生且不會(huì)產(chǎn)生噪聲疊加，因此1條光纖可級(jí)聯(lián)多個(gè)數(shù)字光纖遠(yuǎn)端機(jī)，采用菊花鏈形組網(wǎng)方式可大大節(jié)省光纖資源。

g）自動(dòng)時(shí)延調(diào)整功能。能自動(dòng)調(diào)整遠(yuǎn)端間時(shí)延差，從而避免了時(shí)間色散問(wèn)題。

h）安裝方便。GRRU體積小，不需專用機(jī)房和專業(yè)電網(wǎng)，可采用掛墻或掛桿安裝方式，業(yè)主易接受，建設(shè)速度快。

i）調(diào)測(cè)簡(jiǎn)單。射頻信號(hào)和光信號(hào)傳輸是相互獨(dú)立的，無(wú)相互影響，調(diào)試簡(jiǎn)單。

GRRU與其他基站設(shè)備功能比較見(jiàn)表1。

表1 GRRU與其他基站設(shè)備功能比較

由表1可知：GRRU在最大輸出功率、上行分集、載波數(shù)等方面的支持度與宏蜂窩相當(dāng)，但對(duì)配套設(shè)施（如機(jī)房、外電）的要求大為降低，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)快速部署；GRRU在參數(shù)上具有微蜂窩無(wú)法達(dá)到的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；GRRU具有上行干擾小和普通直放站所不具備的上行分集及話務(wù)調(diào)度功能。

2 GRRU的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 話務(wù)分流

2.1.1 密集商務(wù)區(qū)話務(wù)調(diào)度

在密集商務(wù)區(qū)（如大城市中心商圈）寫(xiě)字樓、商場(chǎng)林立，室內(nèi)分布小區(qū)密集，小區(qū)忙時(shí)分布比較分散，不同時(shí)段話務(wù)不平衡問(wèn)題凸現(xiàn)。

圖1 GRRU系統(tǒng)原理

a）寫(xiě)字樓區(qū)域的話務(wù)量白天高晚上低。

b）住宅區(qū)、城中村的話務(wù)量白天低、晚上高。

c）餐飲及娛樂(lè)場(chǎng)所（如體育中心）每天都有固定的話務(wù)高峰，其他時(shí)間的話務(wù)量很低。

d）寫(xiě)字樓的話務(wù)量從周一到周五較高，而商場(chǎng)、購(gòu)物中心周末的話務(wù)量較高。

對(duì)上述地區(qū)的室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行信源合并比較適合，以錯(cuò)峰吸收話務(wù)、提高信道利用率、抗擊突發(fā)話務(wù)的沖擊。

2.1.2 提高空閑基站利用率

像會(huì)展中心和體育館這些場(chǎng)所，每年使用次數(shù)有限，載波資源平常被閑置，而其周邊的市民休閑娛樂(lè)場(chǎng)所話務(wù)要求高，可采用GRRU將會(huì)展中心和體育場(chǎng)的資源利用起來(lái)，以提高空閑載波的利用率。

2.2 建站困難的區(qū)域使用

隨著業(yè)主電磁輻射保護(hù)和城市美化意識(shí)的不斷提高，使得越來(lái)越多的區(qū)域無(wú)法建設(shè)基站。鑒于GRRU設(shè)備具有體積小、易安裝、隱蔽好等特點(diǎn)，并具備宏站覆蓋能力（如輸出功率大、上行分集、載波容量大、無(wú)上行干擾及上下行平衡等），因此在這些區(qū)域完全可由GRRU代替宏站的覆蓋。

與宏蜂窩覆蓋相比，GRRU具有如下優(yōu)勢(shì)。

a）減少物業(yè)談點(diǎn)難度。設(shè)備體積小，安裝方式多樣，無(wú)需配套設(shè)施，便于隱蔽。

b）能加快工程建設(shè)進(jìn)度、縮短設(shè)備投產(chǎn)時(shí)間。

c）能大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資。

2.3 專網(wǎng)覆蓋

由于高速公路和高速鐵路區(qū)域的車速較快，有可能會(huì)產(chǎn)生位置更新和小區(qū)切換頻繁現(xiàn)象，從而發(fā)生信令擁塞和掉話等問(wèn)題。采用GRRU就可以將1段區(qū)間設(shè)為同一個(gè)位置區(qū)，從而減少位置更新和切換次數(shù)。

在這種場(chǎng)景下，GRRU的優(yōu)勢(shì)將體現(xiàn)在2個(gè)方面。

a）在高速公路和高速鐵路等狹長(zhǎng)地帶實(shí)施專網(wǎng)覆蓋，充分利用GRRU設(shè)備的優(yōu)異組網(wǎng)能力，且遠(yuǎn)端機(jī)采用菊花鏈形組網(wǎng)方式進(jìn)行級(jí)聯(lián)連接，就能大大節(jié)省光纖資源并方便施工。

b）由于高速鐵路車速很快（如超過(guò)250 km/h），所以相鄰2臺(tái)遠(yuǎn)端機(jī)間的重疊覆蓋區(qū)域要求較大。采用普通光纖直放站很容易出現(xiàn)由時(shí)延色散引起的通話質(zhì)量問(wèn)題，而GRRU設(shè)備的時(shí)延自動(dòng)調(diào)整功能能很好地避免這一問(wèn)題。

2.4 村通工程

村通工程具有廣域覆蓋、話務(wù)量低、配套的基站小區(qū)信道利用率低等特點(diǎn)。采用GRRU取代一些信道利用率低的基站小區(qū)，能有效地提高信道利用率、節(jié)省基站及其配套設(shè)施投資。

2.5 城中村覆蓋

城中村建筑密集、信號(hào)衰落嚴(yán)重，須建分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋，且所需遠(yuǎn)端數(shù)量較多。采用GRRU覆蓋城中村時(shí)，不僅具有宏站的覆蓋功率大、上行分集等能力，還可減少遠(yuǎn)端數(shù)量，并具有噪聲抑制功能。多臺(tái)遠(yuǎn)端級(jí)聯(lián)上行噪聲仍低于-130 dBm，且上下行保持平衡（多臺(tái)模擬載波池級(jí)聯(lián)必會(huì)產(chǎn)生噪聲疊加或上下行不平衡，從而造成干擾信源小區(qū)或單通、掉話等異?，F(xiàn)象）。

另外，城中村還可能會(huì)存在私裝直放站。私裝直放站的上行噪聲、交調(diào)等指標(biāo)極低，會(huì)嚴(yán)重干擾信源小區(qū)。GRRU具有噪聲抑制功能，可抑制私裝直放站的上行干擾，保證信源小區(qū)的覆蓋效果。

3 GRRU應(yīng)用條件及限制

3.1 設(shè)備參數(shù)的限制

目前，主要廠家的GRRU性能相近。其系統(tǒng)支持900 MHz頻段，每套遠(yuǎn)端分布系統(tǒng)最大可配置16個(gè)載波；每個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)的最大輸出功率為48 dBm；每系統(tǒng)最大的1個(gè)近端機(jī)可帶4個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)，1個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)可再級(jí)聯(lián)5個(gè)擴(kuò)展遠(yuǎn)端機(jī)，即最多可帶24個(gè)遠(yuǎn)端機(jī)。

3.2 光路長(zhǎng)度的限制

因GSM受限于時(shí)間提前量（TA），故光纖拉遠(yuǎn)距離也受限。在單時(shí)隙模式下，1 TA=3.69 μs，所以最大時(shí)延為 63×3.69=233（μs），單向最大時(shí)延為 116.5 μs。因光纖傳輸時(shí)延為無(wú)線空間時(shí)延的1.5倍、設(shè)備的時(shí)延為 5 μs，系統(tǒng)允許的傳輸光程應(yīng)為（116.5-5）/1.5/1 000/1 000×30 0000=22.3（km），所以遠(yuǎn)近端距離一般不宜超過(guò)20 km。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和頻率規(guī)劃的限制

采用GRRU的拉遠(yuǎn)組網(wǎng)方式時(shí)，局部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。由于網(wǎng)絡(luò)處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)，故對(duì)頻率規(guī)劃提出了更高要求。被調(diào)度的小區(qū)，使用的頻點(diǎn)既要滿足原覆蓋區(qū)域的頻率規(guī)劃要求，又要滿足調(diào)度目標(biāo)區(qū)域的頻率規(guī)劃要求，因此在頻點(diǎn)的使用上需更加慎重。在GRRU的調(diào)用中，應(yīng)盡量避免跨BSC、跨LAC小區(qū)間的調(diào)用，以降低對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響。另外，為了避免重疊覆蓋區(qū)域的時(shí)間色散，選擇的施主信源不能與DRU有重疊覆蓋區(qū)域。

3.4 調(diào)度小區(qū)參數(shù)的重新修正

作為被調(diào)度的小區(qū)，為適應(yīng)調(diào)度目標(biāo)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，需對(duì)原小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行重新修正。即將目標(biāo)區(qū)域的相鄰小區(qū)加入BA表，并根據(jù)目標(biāo)區(qū)域特點(diǎn)進(jìn)行具有針對(duì)性的參數(shù)修正，使之不僅能適應(yīng)原覆蓋區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，還能保證調(diào)度目標(biāo)區(qū)域的正常通話。因此，設(shè)計(jì)GRRU時(shí)應(yīng)綜合考慮傳輸資源、頻率規(guī)劃、小區(qū)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等方面的影響。

4 投資效益分析

GRRU系統(tǒng)的價(jià)格一般為8萬(wàn)~12萬(wàn)元，配置不同價(jià)格也有所不同。下面將對(duì)GRRU與新建宏站、新建微蜂窩及載波擴(kuò)容等3種方案的投資效益進(jìn)行比較。其中：在與新建站、新建微蜂窩方案比較時(shí)，GRRU都考慮了相同的載波建設(shè)成本，所比較的只是配套設(shè)備投入；在與載波擴(kuò)容方案比較時(shí)，GRRU利用現(xiàn)網(wǎng)空閑資源，不需增加載波投入。

4.1 與新建宏基站比較

a）建設(shè)內(nèi)容。GRRU系統(tǒng)避免了機(jī)房配套（含電源、機(jī)房裝修、空調(diào)）投資，增加了GRRU設(shè)備，而其他投入（如傳輸、基站主設(shè)備、天饋線等）2者則是相同的。使用GRRU系統(tǒng)時(shí)，選址難度較小，不需要專用機(jī)房，建站周期短，能在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。

b）建設(shè)成本。新建1個(gè)宏基站的配套（不含傳輸）投資平均需20萬(wàn)元以上。與其相較，GRRU系統(tǒng)可節(jié)省大量投資。

c）效果差異。2者覆蓋能力基本相同，新建站有較好的機(jī)房環(huán)境及動(dòng)力保障，運(yùn)行比GRRU系統(tǒng)穩(wěn)定。

4.2 與新建微蜂窩比較

a）建設(shè)內(nèi)容。2者的配套建設(shè)相同。GRRU系統(tǒng)除本身設(shè)備外，還需增加基站載波。

b）建設(shè)成本。新建1個(gè)4載波配置微蜂窩基站的投資約為12萬(wàn)元，而GRRU系統(tǒng)除擴(kuò)容載波的12萬(wàn)元外，還需8萬(wàn)~12萬(wàn)元的系統(tǒng)費(fèi)，因此采用GRRU系統(tǒng)會(huì)比微蜂窩方案增加一定的投資。

c）效果差異。GRRU系統(tǒng)可有效地進(jìn)行資源調(diào)度，投入的載波可在本地和遠(yuǎn)端調(diào)度；GRRU輸出功率大，覆蓋能力優(yōu)于微蜂窩，可用于室外較大區(qū)域覆蓋。

4.3 與直接擴(kuò)容比較

a）建設(shè)內(nèi)容。直接擴(kuò)容只需增加載波板和少量基站配件，而GRRU則利用原富余載波，不需增加載波，但需安裝GRRU設(shè)備。

b）建設(shè)成本。直接擴(kuò)容1個(gè)載波的投資約為3萬(wàn)元，因此當(dāng)需擴(kuò)容3載頻以上時(shí)，GRRU可節(jié)省投資、提高閑置載波利用率。

c）效果差異。GRRU可有效地提高載波資源利用率，達(dá)到擴(kuò)容目的，但運(yùn)行不如直接擴(kuò)容穩(wěn)定。

從以上比較可知，GRRU系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要在于配套資源的節(jié)省和空閑載頻資源的有效利用。在當(dāng)今配套資源越來(lái)越貴的情況下，應(yīng)用GRRU系統(tǒng)可以節(jié)省大量投資；同時(shí)，空閑載頻的充分利用對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率和經(jīng)濟(jì)效益都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，電信運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋和資源優(yōu)化整合催生了GRRU。GRRU是近年來(lái)GSM無(wú)線網(wǎng)的新技術(shù)之一，并深受電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注。GRRU借鑒3G射頻拉遠(yuǎn)設(shè)計(jì)思路，在GSM直放站基礎(chǔ)上采用射頻信號(hào)數(shù)字化傳輸技術(shù)，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，為GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋添加了補(bǔ)充手段。

［1］郭梯云，鄔國(guó)揚(yáng)，李建東，等.移動(dòng)通信［M］.4版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

［2］湯云峰，柳延強(qiáng)，宋曉峰，等.市區(qū)復(fù)雜無(wú)線環(huán)境下的高速鐵路GRRU 專網(wǎng)方案探討［J］.移動(dòng)通信，2008（11）.