摘 要： 從理論上分析了移動(dòng)通信信號(hào)通過有線電視共纜傳輸實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)的可行性，利用低溫共燒陶瓷器件實(shí)現(xiàn)了寬帶合路器和無(wú)源分路終端兩個(gè)關(guān)鍵部件的研制，并用多個(gè)實(shí)例驗(yàn)證了該室內(nèi)覆蓋方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性。該方案的提出為多種無(wú)線通信信號(hào)的室內(nèi)覆蓋提供了一種新的途徑。

關(guān)鍵詞： 共纜傳輸； 室內(nèi)覆蓋； 射頻合路； 低溫共燒陶瓷

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2013）04-09-03

Research and practice on mobile signal indoor coverage via CATV cable transmission

Ni Xiaohong1， Wang Weidong2

（1. Zhejiang Xinjianuo Communication Technology Co.， Ltd， Hangzhou， Zhejiang 310012， China；

2. Institute of Information and Communication Engineering， Zhejiang University）

Abstract： In this paper， the feasibility of mobile communication signal indoor coverage system via CATV cable transmission is theoretically analyzed first. Two key components， wideband combiner and passive splitter terminal， are produced using low temperature co-fired ceramic devices. Finally， the rationality and economy of this indoor coverage solution is verified after a number of experiments. A new way for a variety of wireless communication signals indoor covering is provided by this scheme.

Key words： cable transmission； indoor coverage； RF combine； LTCC

0 引言

隨著城市里移動(dòng)用戶的快速增加，話務(wù)密度不斷上升，移動(dòng)用戶對(duì)通信信號(hào)的覆蓋要求也不斷提高。但是由于城市高層建筑越來(lái)越多，建筑物的遮擋和吸收作用，造成了無(wú)線通信信號(hào)較大的傳輸衰耗，形成了移動(dòng)信號(hào)的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)甚至盲區(qū)。

3G技術(shù)的蓬勃發(fā)展雖然解決了部分容量需求的問題，但由于3G系統(tǒng)工作頻段均在2000MHz左右較高頻率，電波繞射能力差，穿透損耗較大，3G信號(hào)的覆蓋與2G信號(hào)相比存在著覆蓋范圍小的缺陷。3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)會(huì)有更多弱信號(hào)區(qū)出現(xiàn)，特別是在建筑物內(nèi)部，更是存在著盲區(qū)多、易斷線、不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，70%的無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量發(fā)生在室內(nèi)，3G網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量來(lái)自于室內(nèi)。提高室內(nèi)覆蓋能力，可以給用戶帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)，在一定程度上分散過密地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力，從整體上提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平。室內(nèi)覆蓋的完善，特別是用戶居家覆蓋是3G取得成功的一個(gè)關(guān)鍵因素。

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)原理是利用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動(dòng)基站的信號(hào)均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋[1]。室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)，可以較為全面地改善建筑物內(nèi)的通話質(zhì)量，提高移動(dòng)電話接通率，開辟出高質(zhì)量的室內(nèi)移動(dòng)通信區(qū)域。

傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)的接入方式，使用的基站或直放站的射頻有源分布系統(tǒng)容易造成環(huán)境輻射污染問題；而光纖或泄露電纜分布方式需要在已有的室內(nèi)房間布線施工，不太適合用戶居家室內(nèi)覆蓋的要求。而且，3G信號(hào)和2G信號(hào)會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間同時(shí)存在[3]，所以同時(shí)解決多種無(wú)線通信信號(hào)的室內(nèi)覆蓋是移動(dòng)通信中亟待解決的問題。

本文介紹一種利用現(xiàn)有用戶有線電視共纜傳輸?shù)纳漕l無(wú)源分布系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過有線電視電纜傳輸多種無(wú)線通信信號(hào)，可以不穿墻實(shí)現(xiàn)室內(nèi)房間的無(wú)線信號(hào)覆蓋。

1 信號(hào)傳輸損耗分析

現(xiàn)有的酒店和公寓都是有同軸線纜的，用于傳輸CATV有線電視信號(hào)，但目前CATV常用的SY（W）V-75-5同軸電纜用于傳輸移動(dòng)通信信號(hào)時(shí)衰減較大。根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，2GHz的頻段同軸電纜衰減為50dB/100m以上。

通過有線電視共纜傳輸?shù)奈⒉ㄦ溌窊p耗計(jì)算公式為：

L=32.5+20logf+20logD+L1 ⑴

其中，L為總損耗，L1為傳輸線纜損耗，單位為dB。D為室內(nèi)通信距離，單位為m。f為信號(hào)頻率，單位為GHz。

通過計(jì)算信號(hào)鏈路損耗可知：假設(shè)傳輸距離為60米，采用CATV線纜的傳輸損耗要比通過空氣傳輸減少5～8db左右；如果加上樓板和墻壁對(duì)無(wú)線傳輸?shù)?5～25dB損耗，CATV線纜傳輸至少比直接無(wú)線覆蓋方式減少了20db的損耗。

圖1所示中上面的曲線為無(wú)線信號(hào)在空氣中直線傳輸?shù)乃p特性，圖1所示中下面的曲線為無(wú)線信號(hào)在有線電視電纜中傳輸?shù)乃p特性，未考慮障礙物的影響。由圖1可以看出，即使在無(wú)障礙、無(wú)干擾的理想條件下，當(dāng)傳輸距離小于60米時(shí)，普通質(zhì)量的有線電纜對(duì)無(wú)線信號(hào)的傳輸性能優(yōu)于空氣中傳輸約30dB。如果再考慮墻壁、天花板等障礙物對(duì)無(wú)線傳輸損耗的影響（每層30cm厚的墻壁/天花板對(duì)2.4GHz信號(hào)的衰減增加20～25dB），當(dāng)傳輸距離小于60米時(shí)，利用有線電視信號(hào)線傳輸2.4GHz無(wú)線信號(hào)，優(yōu)勢(shì)可達(dá)50dB以上。

通過理論計(jì)算和仿真分析，移動(dòng)通信信號(hào)通過有線電視共纜傳輸是完全可行的。

2 寬帶合路器的設(shè)計(jì)

要將移動(dòng)通信的無(wú)線信號(hào)加入到有線電視同軸電纜進(jìn)行共纜傳輸，首先需要研制符合多種通信制式的寬帶合路器。支持?jǐn)?shù)字電視的頻率范圍是50MHz～750MHz，移動(dòng)通信信號(hào)支持GSM、CDMA、TD、WCDMA、WLAN等網(wǎng)絡(luò)的頻率范圍是880～2500MHz，3G與2G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)。

該寬帶合路器的設(shè)計(jì)選用美國(guó)Minicircuits公司的LTCC（低溫共燒陶瓷）器件，HFCN-880+高通濾波器和LFCN-630+低通濾波器。LTCC技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的令人矚目的整合組件技術(shù)，已經(jīng)成為無(wú)源集成的主流技術(shù)，成為無(wú)源元件領(lǐng)域的發(fā)展方向。陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性，特別適合用于高頻通訊用組件。

由于該寬帶合路器采用了先進(jìn)的LTCC器件，電路簡(jiǎn)潔，一致性好、精度高，可以達(dá)到產(chǎn)品免調(diào)試制造。寬帶合路器實(shí)物圖如圖3所示，實(shí)際尺寸為50×40×23mm，具有三個(gè)端口。

寬帶合路器的測(cè)試指標(biāo)見圖4所示，CATV信號(hào)通帶為50～750MHz，帶內(nèi)插損小于3.0 dB，移動(dòng)通信信號(hào)通帶為880MHz～2500MHz，插損小于3.3dB，兩路信號(hào)的隔離度大于45dB。

3 無(wú)源分路終端的設(shè)計(jì)

無(wú)源終端用于室內(nèi)無(wú)線信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)，與寬帶合路器信號(hào)方向剛好相反，可采用相同的電路設(shè)計(jì)。但內(nèi)部將濾波器和LTCC寬帶天線集成在一起，具有發(fā)射接收無(wú)線通信信號(hào)的功能，原理圖如圖5所示。

無(wú)源分路終端實(shí)物如圖6所示，尺寸為65×50×20mm，具有二個(gè)端口，可以直接插接原有線電視插座上，不改變?cè)芯€電視的使用習(xí)慣。

4 共纜傳輸實(shí)際試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：將GSMWCDMA信號(hào)通過專用的合路器與有線電視信號(hào)合路，并通過原有的有線電視饋線，將信號(hào)傳送至用戶房間內(nèi)，在TV終端接口處，用專用的無(wú)源分路終端將有線電視信號(hào)與GSMWCDMA信號(hào)分離，分離后的電視信號(hào)直接接入電視機(jī)；將GSMWCDMA信號(hào)接入已經(jīng)內(nèi)置的天線，通過該天線向房間內(nèi)發(fā)射信號(hào)。結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

4.1 實(shí)驗(yàn)一

地點(diǎn)：杭州大廈A樓地下室。實(shí)驗(yàn)開始前，地下室是原始信號(hào)盲區(qū)。

從A樓3樓把室分的信號(hào)斷開，合路TV線路后，3G輸入信號(hào)為-2.5dBm，有線線路長(zhǎng)度未知，地下室電視機(jī)位置信號(hào)輸出為-84dBm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

⑴ 加室分全向天線，在房間內(nèi)測(cè)試信號(hào)為，3G：-80dBm；2G：-60dBm。

⑵ 把3樓的有線電視線斷開，此時(shí)地下室全部為盲區(qū)。

4.2 實(shí)驗(yàn)二

地點(diǎn)：浙江賓館新樓6108房間。實(shí)驗(yàn)開始前，該房間內(nèi)原始信號(hào)為，2G：-77dBm，3G：-86dBm。

從最近的室分末端天線取信號(hào)，合路有線電視信號(hào)后，頻譜儀測(cè)試3G輸入信號(hào)為0dBm左右，有線線路長(zhǎng)度約20米，此時(shí)在房間內(nèi)測(cè)試信號(hào)輸出為-30dBm左右（頻譜儀直接測(cè)得），得出：整條線路損耗約30dBm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

⑴ 在0dBm信號(hào)輸入加室分全向天線，在房間的信號(hào)最弱區(qū)用手機(jī)測(cè)試結(jié)果為，3G：-85dBm；2G：-60dBm。

⑵ 把信號(hào)加強(qiáng)10dBm輸入，加小天線，在房間的信號(hào)最弱區(qū)用手機(jī)測(cè)試結(jié)果為，3G：-75dBm；2G：-53dBm。

⑶ 信號(hào)合路有線電視線路后，對(duì)電視信號(hào)無(wú)任何影響。

4.3 實(shí)驗(yàn)三

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：溫州廣信大廈5幢某單元1504室。住戶室內(nèi)原先2G信號(hào)不穩(wěn)定，容易掉話。未接入室分之前，房間內(nèi)2G信號(hào)為-65dBm左右，房間各個(gè)頻點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相近，容易產(chǎn)生乒乓效應(yīng)。

在最近的15F弱電井內(nèi)室分主干增加6dB耦合器后取GSMWCDMA信號(hào)，經(jīng)合路后傳輸至1504房間，該段線路長(zhǎng)約10米左右；2G輸入信號(hào)約為+16dBm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

⑴ 在房間內(nèi)大廳處離重發(fā)天線約2米處，2G信號(hào)為-45dBm。

⑵ 距重發(fā)天線5米處（室分2G信號(hào)為-63dBm）靠窗位置，因室外信號(hào)較強(qiáng)（-50dBm左右）被切換。

⑶ 室分信號(hào)對(duì)電視信號(hào)未產(chǎn)生任何影響，電視的清晰度也被用戶所認(rèn)可。

5 結(jié)束語(yǔ)

移動(dòng)通信信號(hào)的室內(nèi)覆蓋分布可以充分利用現(xiàn)有有線電視的電纜資源，通過有線電視共纜傳輸移動(dòng)信號(hào)，有工程量小，經(jīng)濟(jì)快捷的優(yōu)點(diǎn)。本文采用先進(jìn)的LTCC器件，研制了高性能的寬帶合路器和無(wú)源分路終端，并用多個(gè)實(shí)例驗(yàn)證了該室內(nèi)覆蓋方案的可行性。采用合路方式實(shí)現(xiàn)了2G信號(hào)和3G信號(hào)的室內(nèi)覆蓋，這為更多標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信信號(hào)的室內(nèi)覆蓋提供了參考。

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