作者：杜明玉
出版社：电子工业出版社
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多制式数字全光分布系统应用与设计试读：
前言
21世纪以来，移动通信网络在中国得到了飞速的发展，从最早的模拟通信系统发展到第四代移动通信系统（4G）只用了短短的十几年，如今第五代移动通信系统（5G）预研也已经在如火如荼地开展中，未来三到四年就会开始商用。
伴随着移动通信网络的升级换代，移动通信的业务也在发生巨大的变化，从最早的电话、短信业务到如今的高速数据业务，如视频电话、微信。不管是早前的电话还是如今的微信，大部分的业务都是在室内进行的，因此室内信号覆盖的好坏至关重要。室内信号的覆盖也是运营商最为头疼的地方，由于无线信号的传输特性，加上如今建筑的特点，常规室外基站的信号穿墙损耗较大，室内信号普遍较差。
21世纪初，作为基站信号的延伸覆盖，直放站发挥了重要的作用。在2G时代，直放站得到了大量应用，随着移动通信的发展，直放站也发生了演进。在4G时代，移动运营商同时拥有多张网络，如中国移动同时有2G（主要承载语音业务）和4G（主要承载数据业务），中国电信同时有3G和4G，中国联通则同时有2G、3G和4G，这么多信号都要在室内覆盖，一种新型的分布系统——多制式数字全光分布系统就应运而生。多制式数字全光分布系统是一种运用宽带数字化技术，使用光纤承载无线信号传输和分布，同时实现运营商2G、3G和4G无线信号覆盖的解决方案。
由于其集约化、监控方便和更易实现LTE MIMO功能等特点，多制式数字全光分布系统在中国移动和中国联通得到了大量应用，中国电信也开始了技术调研。同时，在响应国家共建共享号召下成立的中国铁塔也在推进多运营商多制式数字全光分布系统的研究，并在多地展开了试点和测试。
本书著者均多年从事无线网络研究的相关工作，有着丰富的移动通信网络技术知识和网络优化经验，部分著者还牵头起草和参与制定了部分行业标准。本书首先介绍移动通信的发展以及数字全光分布系统的引入背景、产业发展和国内外使用情况；其次介绍其产品原理和特点，以及主要特性、参数指标和监控方案；在此基础上重点介绍数字全光分布系统的网络架构，应用和方案设计，产品的安装和开通，常见故障的处理以及相关的典型案例，对工程设计起到一定的实际指导意义；最后对全书进行总结，展望数字全光分布系统的未来发展趋势。
本书由杜明玉、王志勇、蔡鑫、龚照、汤利民和邹勇著。全书由杜明玉、王志勇和蔡鑫策划，杜明玉和龚照负责全书的结构和内容的编排，汤利民和邹勇提出修改意见。
由于本书从策划到编写再到出版的时间比较紧张，书中肯定有不少问题，欢迎广大读者指正。著者2016年8月于武汉第1章概述1.1 移动通信技术发展历程
移动通信的发展历史可以追溯到19世纪。1864年麦克斯韦从理论上证明了电磁波的存在；1876年赫兹用实验证实了电磁波的存在，如图1-1所示；1900年马可尼等人利用电磁波进行远距离无线电通信取得了成功，从此世界进入了无线电通信的新时代。
现代意义上的移动通信开始于20世纪20年代。1928年，美国Purdue大学学生发明了工作于2MHz的超外差式无线电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统；20世纪30年代初期，第一部调幅制式的双向移动通信系统在美国新泽西的警察局投入使用；30年代末，第一部调频制式的移动通信系统诞生。试验表明，调频制式的移动通信系统比调幅制式的移动通信系统更加有效。
20世纪40年代，调频制式的移动通信系统逐渐占据主流地位，这个时期主要完成通信实验和电磁波传输的实验工作，在短波波段上实现了小容量专用移动通信系统。这种移动通信系统的工作频率较低，话音质量差，自动化程度低，难以与公众网络互通。在第二次世界大战期间，军事上的需求促使技术快速进步，同时导致移动通信的巨大发展。战后，军事移动通信技术逐渐被应用于民用领域，到20世纪50年代，美国和欧洲部分国家相继成功研制了公用移动电话系统，在技术上实现了移动电话系统与公众电话网络的互通（如图1-2所示），并得到了广泛的使用。遗憾的是，这种公用移动电话系统仍然采用人工接入方式，系统容量小。图1-1 赫兹用实验证实了电磁波的存在图1-2 移动电话系统与公众电话网络互通的场景1G系统（模拟系统）
1978年，美国贝尔实验室开发了先进移动电话业务（AMPS）系统，这是第一种真正意义上的具有随时随地通信能力的大容量的蜂窝移动通信系统。AMPS采用频率复用技术，可以保证移动终端在整个服务覆盖区域内自动接入公用电话网，具有更大的容量和更好的语音质量，很好地解决了公用移动通信系统所面临的大容量要求与频谱资源限制的矛盾。20世纪70年代末，美国开始大规模部署AMPS系统。AMPS以优异的网络性能和服务质量获得了广大用户的一致好评。AMPS在美国的迅速发展，促进了在全球范围内对蜂窝移动通信技术的研究。到80年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的ETACS系统、北欧的NMT-450系统、日本的NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统都是模拟制式的频分双工（Frequency Division Duplex,FDD）系统，亦被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统（俗称“大哥大”）。
图1-3所示是早期人们使用“大哥大”的场景。图1-3 使用“大哥大”的场景2G系统（数字系统）
为了解决模拟系统中存在的技术缺陷，数字移动通信技术应运而生并发展起来，这就是以泛欧GSM/DCS1800、美国ADC和日本PDC为代表的第二代移动通信（2G）系统。1982年，欧洲邮电大会（CEPT）成立了一个新的标准化组织——GSM（Group Special Mobile），其目的是制定欧洲900MHz数字TDMA蜂窝移动通信系统（GSM系统）技术规范，从而使欧洲的移动电话用户能在欧洲境内自动漫游。通信网的数字化发展和模拟蜂窝移动通信系统的应用说明，欧洲国家呈现多种制式分割的局面，不能实现更大范围覆盖和跨国联网。1986年，泛欧11个国家为GSM提供了8个实验系统和大量的技术成果，并就GSM的主要技术规范达成共识。1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立。1990年，GSM第一期规范确定，系统试运行。英国政府发放许可证建立个人通信网（PCN），将GSM标准推广应用到1 800MHz频段改成为DCS1800数字蜂窝系统，频宽为2×75MHz。1991年，GSM系统在欧洲开通运行；DCS1800规范确定，可以工作于微蜂窝，和已有系统重叠或部分重叠覆盖。1992年，北美ADC（IS-54）投入使用，日本PDC投入使用；FCC批准了CDMA（IS-95）系统标准，并继续进行现场实验；GSM系统被重新命名为全球移动通信系统（Global System for Mobile Communication）。199年，GSM系统已覆盖泛欧及澳大利亚等地区，67个国家已成为GSM成员。1994年，CDMA系统开始商用。1995年，DCS1800开始推广应用。
2G系统网络架构如图1-4所示。3G系统
由于网络的发展，数据和多媒体通信的发展势头很猛，所以，第三代移动通信的目标就是移动宽带多媒体通信。第三代移动通信（3G）系统的概念最早于1985年由国际电信联盟（International Telecommunication Union,ITU）提出，是首个以“全球标准”为目标的移动通信系统。在1992年的世界无线电大会上，为3G分配了2GHz附近约230MHz的频带。考虑到该系统的工作频段为2000MHz，最高业务速率为2000kb/s，而且计划在2000年左右商用，于是ITU在1996年正式将它命名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication-2000）。3G系统最初的目标是在静止环境、中低速移动环境、高速移动环境下分别支持2 Mb/s、384 kb/s、144 kb/s的数据传输，其设计目标是提供比2G更大的系统容量、更优良的通信质量，并使系统能提供更加丰富多彩的业务。图1-4 2G系统网络架构
3G系统网络架构如图1-5所示。图1-5 3G系统网络架构
下面对三种CDMA技术做简要说明。
IMT-2000 CDMA DS（IMT-DS）
IMT-2000 CDMA DS是3GPP的WCDMA技术与3GPP2的cdma2000技术的直接扩频（DS）部分融合后的技术，仍称为WCDMA。此标准将同时支持GSM MAP和ANSI-41两个核心网络。
IMT-2000 CDMA MC（IMT-MC）
IMT-2000 CDMA MC即cdma2000。在融合后，只含多载波方式，即1X、3X、6X、9X等。此标准也将同时支持ANSI-41和GSM MAP两大核心网。IMT-2000 CDMA TDD（IMT-TD）
IMT-2000 CDMA TDD目前实际上包括了低码片速率TD-SCDMA和高码片速率UTRA TDD（TD-CDMA）两种技术。目前这两种技术的物理层完全分开，分别采用我国CWTS和3GPP的两套技术规范，第2层和第3层基本相同。目前这两种技术已经进行了部分关键内容的融合，包括：
码片速率为3.84 Mcps和1.28 Mcps（3.84 Mcps的1/3）；
第2层、第3层基本一致，采用3GPP的技术规范，定义了部分兼容互可（hooks），以便制定兼容TD-SCDMA的相应扩展协议（extension）。4G（第四代移动通信）
4G通信技术是继3G以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标——提高移动装置无线访问互联网的速度。
据3G市场分三个阶段走的发展计划，3G的多媒体服务在10年后进入第三个发展阶段，此时覆盖全球的3G网络已经基本建成，全球25%以上人口使用3G系统。在发达国家，3G服务的普及率更超过60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。
LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。其主要特点是：在20MHz频谱带宽下能够提供下行100 Mb/s与上行50 Mb/s的峰值速率，相对于3G网络大大提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低（内部单向传输时延低于5 ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间小于50 ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100 ms）。这一标准也是3GPP长期演进（LTE）项目，是近两年来3GPP启动的最大的新技术研发项目，其演进的历史如下：图1-6 3GPP长期演进（LTE）历史
3GPP LTE主要特性指标如下：
带宽1.25～20MHz，提供上行50 Mb/s、下行100 Mb/s的峰值数据速率；
用户平面延迟（单向）小于5 ms，控制平面延迟小于100 ms；
支持与现有3GPP和非3GPP系统的互操作；
支持增强型广播组播（MBMS）业务；
支持增强的IMS和核心网；
取消CS域，CS域业务在PS域实现，如采用VoIP；
以尽可能相似的技术同时支持成对和非成对频段；
提升小区边缘比特率。
在LTE第1层方案征集过程中，有6个选项在3GPP RAN1工作组中被评估，它们是：
FDD，上行采用单载波FDMA（SC-FDMA），下行采用OFDMA；
FDD，上行下行都采用OFDMA；
FDD，上行下行都采用多载波WCDMA（MC-WCDMA）；
TDD，上行下行都采用多载波时分同步CDMA（MC-TD-SCDMA）；
TDD，上行下行都采用OFDMA；
TDD，上行采用单载波FDMA，下行采用OFDMA（同FDD）。
截至2015年底，电信运营商虽然建设了200多万个4G基站；但受制于更高的信号损耗和MIMO技术实现等因素，室内覆盖效果不佳（如图1-7所示），这已成为制约LTE网络发展的短板。另外，由于2G/3G/4G多系统的并存，传统室内分布系统的功率利用效率低下，且很难做到天线口功率的平衡，存在方案设计、工程实施、维护管理等难点。图1-7 4G基站覆盖的局限性1.2 多制式数字全光分布系统研发背景
随着国务院《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》和工业和信息化部《软件和信息技术服务业“十二五”发展规划》等产业政策和发展规划的推出和落实，以TD-LTE为代表的新一代移动通信网络建设规划预期将在未来三年部署实施。此外，工业和信息化部发布的《电子信息制造业“十二五”发展规划》中提出：“以新一代移动通信、下一代互联网、物联网、云计算等领域自主技术为基础，推动计算机、通信设备及视听产品升级换代，同时紧抓新一代通信网络建设和移动互联网快速发展机遇，推进长期演进技术及增强型长期演进技术（LTE/LTE-Advanced）研发和产业化。”这些利好政策将为通信行业的发展带来新的刺激因素。
随着4G网络建设的完善，2016年投资势头依然强劲，建设重点已经由广度转向深度覆盖及网络优化。由于MIMO技术的引入，通过运用智能天线，大幅提升了数据传输速率。但是，由于室内安装条件的限制，多通道天馈建设困难。同时，传统室分设计必须通过链路预算来实现各路信号的链路平衡，因此需要耗费大量的时间用于方案设计工作。另外，在2G/3G建设中，只需建设单路室分即可满足系统速率要求。但是，在LTE系统中，单路射频信号已无法满足数据承载的要求，需要通过MIMO技术提升传输速率。相应地，需要保证双路天馈系统，这给方案设计、物业协调和工程建设都带来了巨大挑战。而LTE后期演进的LTE-A标准中使用的增强多天线技术导致室内多天线的建设又迫在眉睫，因而急需一种方便快捷的解决方案。
鉴于上述原因，多制式数字全光分布系统（后面简称全光分布系统）应运而生。该产品直接把各通信制式无线信号转成光信号，通过光纤传输到覆盖区对其进行信号覆盖。由于它使用光信号传输，不易受外界干扰，因而传输信号质量高，系统工作稳定，性能指标也优于其他直放站系统。全光分布系统一般由近端单元（后面简称MU）、扩展单元（后面简称EU）、远端单元（后面简称RU）三部分组成。在下行方向上，近端单元通过耦合器取出来自基站的下行信号，将射频信号转换成光信号再送入光纤传输；经扩展单元传送到远端单元后，远端单元再将光信号转换为射频信号，经功率放大器放大后由用户天线发射至覆盖区域，从而达到覆盖的目的。同理，在上行方向上，远端单元天线接收来自移动台的上行信号，经低噪声放大并转换为光信号输入光纤，经扩展单元传送到近端单元后，将上行光信号变换为射频信号，经放大器放大，由辐合器传送给基站。全光分布系统示意图如图1-8所示。图1-8 全光分布系统示意图1.3 多制式数字全光分布系统概念
全光分布系统能同时接入多种制式的信号，一般按运营商进行区分。例如，中国移动支持GSM、TD-SCDMA和LTE信号的同步传输，中国电信支持CDMA、FDD-LTE信号的同步传输，中国联通支持WCDMA和FDD-LTE信号的同步传输等；国外需求也有对应的定制化产品。另外，全光分布系统还支持宽带接入服务。
近端单元从信源端直接耦合2G、3G和4G信号，经过数字处理后通过光纤传输到扩展单元；在扩展单元，来自近端单元的信号与宽带信号合路，然后经过协议转换将射频信号与宽带信号合成，通过光纤传输给多个远端；远端单元对信号进行数字处理后进行分离，WLAN信号通过AP口外接AP进行覆盖，2G、3G和4G信号最后通过天线实现覆盖。全光分布系统架构示意图如图1-9所示。
近端单元（主单元）功能：近端单元（MU）主要实现射频信号接入和数字信号处理，以及光电转换功能。
扩展单元功能：扩展单元（EU）实现光电转换，数字中频信号与宽带信号的合路，以及下行信号功分/上行信号的合路。
远端单元功能：远端单元（RU）主要实现射频信号和数字信号转换，以及宽带信号的接入处理。图1-9 全光分布系统架构示意图
全光分布系统主要应用于2G、3G、LTE和WLAN无线通信信号的深度覆盖，可协助运营商进行多制式信号的同步建设，降低多系统无线信号覆盖的成本。它可以满足运营商客户多种覆盖需求：
将传统的光纤到楼改为光纤到楼层。一台设备覆盖一个楼层，楼层内部仍按传统的方式布线，这样就使信源更接近天线，减少了信号在传输与分配过程中的损耗。
覆盖粒度变小使覆盖更有针对性，场强分布更加均匀，甚至可以做到滴灌式覆盖，且无须使用任何干线放大器。
远端采用微功率设计，用多路低功率输出代替单路大功率输出，能方便地支持多通道工作，并能减小设备体积，降低设备功耗和成本。
每个远端单元输出功率均可独立调节，可以更有效地实现覆盖，吸收话务量。
由于是有线连接，每个远端单元都可以可靠地实现集中监控，方便监控管理。
方便施工，减少了布线时的中间转换环节，改善了系统的驻波问题和工程质量。1.4 多制式数字全光分布系统的适用场景城中村/低层小区/校园场景
此类场景楼宇密集，道路狭窄，多为弱覆盖区域，如图1-10所示。而业主对传统基站设备非常敏感，强烈的维权意识导致传统射频电缆接天线方式难于实施。随着LTE用户的不断增加，网络运营的压力越来越大，此类场景网络建设难度较大。图1-10 城中村/低层小区/校园场景街道/商铺场景
此类场景如图1-11所示，其中室外信号较好，但商铺室内信号差。传统室外建设方式，难以统一协调业主。同时，该场景用户多，话务量大，对数据业务的要求较高。图1-11 街道/商铺场景酒店/写字楼/公寓场景
此类场景如图1-12所示，其中天线难以按需布放，传统室分只能覆盖到公共区域。即使天线点位安装于房间，信号泄漏也难以控制。楼宇低层墙体隔断多，门口走廊信号好，但房间内信号差；楼宇高层室外基站信号强，乒乓效应难以控制，导频污染严重。同时，物业协调、天线和射频电缆布放困难。由于引入了大量接头及无源器件，工程质量难以保证。另外，布放同轴线缆的施工难度大，工期长。完工后馈线、电源线容易被盗，且无源节点难以监控，维护排查困难。
针对以上场景覆盖建筑所存在的瓶颈，全光分布系统覆盖建设方式完全能较好地进行解决，演进版本2W功率等级设备可以实现更加深入的覆盖。同时，由于其较低的每平方米造价，还能增加更多的应用场景，可以完美解决LTE MIMO建设中面临的方案设计、空口功率平衡、工程施工及管理维护等难点，充分吸收话务量，大幅提升数据业务的质量，在信源较为紧张且深度覆盖困难的情况下，能较好地提升信源回馈率。图1-12 酒店/写字楼/公寓场景第2章多制式数字全光分布系统产业发展2.1 行业标准
当前全光分布系统——射频馈入数字分布系统的要求，是射频馈入数字分布系统系列标准之一，该系列标准的名称及结构如下：
《射频馈入数字分布系统设备技术要求》；
《射频馈入数字分布系统设备测试方法》；
《射频馈入数字分布系统网管技术要求》；
《射频馈入数字分布系统网管测试方法》。
另外，规范性引用文件是必不可少的：
① YD/T 1082—2011《接入网设备过电压过电流防护及基本环境适应性技术条件》
② YD/T 1817—2008《通信设备用直流远供电源系统》
③ YD/T 2280—2011《接入网设备基于以太网接口的反向馈电技术要求》
④ GB/T 15844.2—1995《移动通信调频无线电话机环境要求和试验方法》
⑤ GB4208—2008《外壳防护等级（IP标志）》
⑥ 3GPP TS25.113
Base Station（BS）and repeater ElectroMagnetic Compatibility
凡是注明日期的引用文件，则只有注明日期的版本才适用于全光分布系统；凡是不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于全光分布系统。
此系列标准规定了射频馈入数字分布系统的网络结构、无线性能、网络功能，以及监控管理、电源适应性、环境适应性和安全等方面的技术要求。
此系列标准适用于室外功率不大于2 W、室内功率不大于500 mW的射频馈入光纤分布系统中的单制式或多制式设备。2.2 发展历程
随着移动通信网络的飞速发展，由于2G、3G、4G之间的网络生命周期和更替规律的不同，为针对区域不均衡的现状，制定网络长期共存、协调均衡发展策略，协同建设与运营，实现良好的用户体验，在众多全光分布系统制造商的积极参与下，全光分布系统产品应运而生。
2012年业内第一台多制式数字全光分布设备问世，它以光纤取代传统的馈线馈缆，以远端微功率、天线集成一体化实现定点精准覆盖，整个系统易协调、易建设、易维护，在多种应用场景中，实现了对各类覆盖难点的突破，如商业中心覆盖、小区覆盖、城中村覆盖等。全光分布系统用于多网覆盖，标志着多网独立运营到多网协同运营的转变，开创了移动通信的新时代。
另外，为更好地适应各制式网络需求的发展，昔日的多制式数字全光分布系统如今已发展壮大，直到今天，其支持的制式已从GSM/TD-SCDMA/LTE涵盖到GSM/WCDMA/LTE、CDMA/LTE，其商用规模已覆盖了大江南北。全光分布系统正在逐渐地改变着移动通信网络的运营理念和运营方式。
多制式数字全光分布系统简史：
2012年，第一台多制式数字全光分布设备问世；
2013年，三大运营商先后制定了光纤分布系统企业标准，用于规范行业类产品，并开始大规模的商用；
2014年，包括广东、江苏、四川、北京、山东、山西、湖北在内的20多个省份通过省级采购规模使用；
2014年12月，中国铁塔公司发布了多用户光纤分布系统企业标准；
2015年，中国联通集团牵头完成射频馈入行业标准的制定，用于规范整个光纤分布系统的设备标准；
2015年11月，中国移动集团完成全光分布系统集采工作，项目规模达14亿元人民币，全光分布系统在全国得到更加广泛的应用。2.3 国内使用现况
全光分布系统因其独特的功能性和适用性，在进入市场3年来已获得了各运营商的高度认可，并在各大运营商规模应用。
中国移动方面，2013年中国移动公司就制定了设备的技术规范和测试规范，在随后的2年时间内，包括广东、江苏、四川、北京、山东、山西、湖北在内的20多个省份通过省级采购规模使用，每年使用规模超10亿元。在全国需求旺盛的大背景下，2015年移动集团完成了多制式数字全光分布系统集采工作，总规模达14亿元，其中包括：近端单元6种产品，共1.5万个；扩展单元12种产品，共6.5万个；远端单元20种产品，共31.8万个。
中国联通方面，2013年中国联通公司就制定了光纤分布系统的企业标准，2015年联通集团牵头进行新的射频馈入行业标准的制定，用于规范整个光纤分布系统的设备标准。近3年，包括广东、四川、河南、安徽、山西、天津、山东在内的10多个省份获得了大规模的商用。
中国电信方面，光纤分布系统也已逐步走上建设舞台，成为室分的一种重要的新型解决方案，包括江苏、上海、陕西、山东、云南等省份开始应用，整个应用规模呈爆发增长的趋势。
中国铁塔方面，该公司2014年成立后，于2014年底就制定了多运营商的光纤分布系统企业标准，并在四川、山东、河南、海南等省开始试用，计划2016年完成产品的上线认证，开始全国的批量商用。作为多运营商集约化的新型光纤分布解决方案，多制式数字全光分布系统以其高集成度、高集约化的优势，在未来的室分共建共享领域注定扮演着重要的角色。2.4 国际使用现况
国际上，特别是东南亚国家，运营商数量多，频段资源很少，很多室分建设都是集成商主导，集成商做好信号覆盖后租给运营商，类似于目前中国铁塔的建设模式。比较典型的是印度尼西亚，其几个较大运营商（如Telkmosel、Indosat、XL）各自频段资源都很少，其主要频段资源如图2-1所示。图2-1 印度尼西亚主要频段资源
通过图2-1可以看出，每个制式都有好几个运营商，如果各自覆盖各自的信号，则造成重复建设，浪费很大；印度尼西亚的室分集成商就扮演管道建设的角色，建好网络租给运营商。美国TE公司（原ADC公司）在几年前就参与了印度尼西亚的室分集成商的共建共享建设，它提供的就是最多支持4个制式的数字光纤射频拉远系统，比如印度尼西亚首都雅加达的主干道和商业综合体就采用了多制式光纤拉远系统进行信号覆盖。随后，中国的一些厂家也开始给印度尼西亚的室分集成商提供类似的解决方案。
另外，随着对伊朗经济制裁的放松，伊朗的运营商也开始启动多制式数字全光分布系统的研究工作，预计在一到两年内伊朗市场将启动首批多制式数字全光分布系统的建设。
因此，从国际视野来看，多制式数字全光分布系统的应用范围会越来越广。第3章多制式数字全光分布系统产品介绍3.1 产品特点3.1.1 传统室分现状
传统室分覆盖模式在建设、开通和维护过程中面临着一系列的问题，主要体现在物业协调困难、深度覆盖困难、高层切换频繁、数据业务体验差、投诉处理周期长等多个方面。因此，迫切需要一种全新的、高质量的室内覆盖解决方案。全新高质量的覆盖方案，需解决以下几方面的问题：
解决施工维护困难，降低干扰和噪声；
提升信号均匀覆盖度，提高系统综合效益；
组网快速，室内外协同优化简单；
提升网络质量，降低网络运维成本。3.1.2 新型深度室分覆盖方案产品的特点
多制式数字全光分布系统是集2G、3G、4G三种制式于一体，并具备宽带接入功能的系统。该系统主要由多业务数字接入单元（近端单元，MU）、多业务数字扩展单元（EU）和多业务数字远端单元（RU）组成。该系统中接入单元从基站端耦合信号，采用数字传输方式，通过光纤传输到扩展单元，在扩展单元与宽带信号合路，然后通过千兆网口传输给多个远端单元；远端单元对信号进行数字处理后，2G/3G/4G信号通过天线实现覆盖，宽带信号通过百兆网口实现宽带网络覆盖。该产品接入单元和扩展单元之间是通过基于数字中频技术的光纤传输的，扩展单元和远端单元之间通过光纤/复合光缆传输；在数字中频技术的基础上开发了星状组网、菊花链组网、输入功率统计、上下行AGC控制等功能。该产品的特点主要体现在以下几个重要方面：
MU支持星状组网，EU支持菊花链组网，RU支持星状组网；
GSM/DCS上、下行均采用载波选频，支持8个载波，而TD-SCDMA为A频段宽带机型；
室分型和室外型产品的功率均为27 dBm（本书以此功率等级为主进行分析），远端覆盖单元具备功率调节功能；
接入单元和扩展单元采用220 V交流供电，远端单元采用LU低压远供单元（优选）和POE供电；
系统组网最多支持256台远端，扩展单元最多支持8级菊花链扩展；
系统扩展单元具有独立支持宽带传输的功能；
提供完善的监控解决方案，接入单元可以实现集中监控，实时监测全系统的工作状态。3.2 产品架构和面板、接口介绍3.2.1 产品构架
多制式全光分布系统主要由多业务数字接入（近端）单元（MU）、多业务数字扩展单元（EU）和多业务数字远端单元（RU）组成。其中远端单元（RU）又分为室分型和一体化终端型两种产品形态。各个单元及其产品形态介绍如下。近端单元（MU）
近端单元（MU）如图3-1所示。信源的2G、3G和4G下行射频信号进入MU后，通过变频单元变换为模拟中频信号，此中频信号经过AD转换、FPGA信号处理后变成数字基带信号，再通过激光器进行光电转换后输出下行数字信号，发送给扩展单元。在反向链路，激光器接收扩展单元发送的上行数字信号，通过FPGA及DAC信号处理后成为模拟中频信号，此信号再通过混频单元变换为上行2G、3G和4G射频信号。图3-1 近端单元（MU）
MU的特性如下：
2G/3G/4G多制式信源引入；
1U子框结构；
4光口可星状连接4个EU；
支持机架和挂墙安装方式。扩展单元（EU）
扩展单元（EU）如图3-2所示。通过激光器接收的下行数字信号，与ONU或者AC输出的下行宽带信号合路，合路后的数字信号经过一定格式的协议转换，通过功分单元将下行数字信号经过对应的光口转发给远端单元（RU）。反向链路：将从所有光口接收的上行数字信号合路，将其中的宽带信号分离后传输给ONU或者AC，分离的数字中频信号通过激光器进行光电转换后传输给近端单元。图3-2 扩展单元（EU）
EU的特性如下：
1U子框结构；
支持EU间8级菊花链型级联；
8网口接收宽带数据合路；
支持星状级联RU；
支持机架和挂墙安装方式。远端单元（RU）
远端单元（RU）如图3-3所示。它接收通过光纤发送的下行数字信号，按照规定格式协议将各制式数据分解出来，并将所恢复的并行数据再次进行数字信号处理，通过滤波、插值等中频算法处理后进行D/A转换，恢复成射频信号，最后通过天线对目标区域进行信号覆盖。同时，从下行数字信号分解出的ONU宽带信号，通过外接AP单元完成WLAN无线覆盖。反向链路：通过天线接收的2G/3G/4G上行射频信号通过混频单元变换为中频信号，此信号通过ADC及FPGA信号处理后，与AP接入的上行宽带信号合路，通过一定模式组帧后，通过光电转换经光纤传输给扩展单元。图3-3 远端单元（RU）
RU的特性如下：
支持2G/3G/4G，提供WLAN透传，外接瘦AP；
1光口/网口数据引入；
IP65等级，抗震、防水、防雷；
天线内/外置可选，最大输出功率为27 dBm；
室内和室外均可应用；
POE供电。3.2.2 产品面板及接口介绍近端单元MU
MU前面板接口如图3-4所示。图3-4 MU前面板接口
图3-4中各接口说明如下：
① SIM:SIM卡插槽。
② 指示灯：
MOD:MODEM工作指示灯；
LOCK：本振锁定指示灯；
ALARM：告警指示灯R；
STATUOMTS：工作状态指示灯；
SYN1～4：光同步指示灯。
③ OPT1～OPT4:4个光口。
④ RS232:RS232串口。
⑤ ALARM：外部告警口。
⑥ OMT：本地调测网口L。
MU后背板面接口如图3-5所示。图3-5 MU后面板接口
图3-5中各接口说明如下：
① AC IN 220V:AC 220V电源输入端口；
② POWER：电源开关；
③ BAT：蓄电池开关；
④ POS：位置告警接线端；
⑤ 4G×2: LTE2射频接口，N型接头；
⑥ 4G×1: LTE1射频接口，N型接头；
⑦ 3G:TD-SCDMA射频接口，N型接头；
⑧ 2G:GSM射频接口，N型接头。扩展单元（EU）
EU前面板接口如图3-6所示。其中各接口说明如下：
① 调测软件：调测软件本地调试网口。
② 指示灯：
RUN：程序运行状态指示灯；
ALARM：告警指示灯；
SYN_M：光同步指示灯（与MU）；
SYN_S：光同步指示灯（EU级联）；
SYN1～12：光同步指示灯（与RU）。
③ MAIN：光口，与MU相连。
④ SIDE：光口，EU级联。
⑤ OPT1～OPT12:12个光口。
⑥ E1～E8：百兆网口。图3-6 EU前面板接口
EU后面板接口如图3-7所示。图3-7 EU后面板接口
图3-7中各接口说明如下：
① AC IN 220V:AC 220V电源输入端口；
② POWER：电源开关；
③ BAT：蓄电池开关；
④ POS：位置告警接线端；
⑤ AUX：光旁路接口。远端单元（RU）
RU面板接口如图3-8所示。图3-8 RU面板接口
图3-8中各接口说明如下：
① OPT1：光口，与EU相连，或与RU级联；
② OPT2：光口，与EU相连，或与RU级联；
③ TX1/RX1：重发天线接口，N型接头，TD-SCDMA+LTE2信号下行输出、上行输入；
④ OMT：本地调测网口（MTT调测）；
⑤ AP：百兆网口，用于外接WLAN AP；
⑥ POE:POE供电接口；
⑦ TX2/RX2：重发天线接口，N型接头，GSM+LTE1信号下行输出、上行输入。3.3 系统工作原理
近端单元（MU）也称主单元，它引入各制式射频信号，与扩展端单元（EU）通过光纤连接；EU主要实现中频信号的转发，它通过光纤与远端单元（RU）进行连接；RU的主要功能是实现射频信号的重现。系统工作原理图如图3-9所示。图3-9 系统工作原理图3.4 产品光特性指标
产品光特性指标如下：
波长：1310 nm/1490 nm,1310nm/1550 nm；
光输出功率：-9～-3 dBm；
光接收灵敏度：-15 dBm；
连接光纤类型：LC/PC；
光传输速率：3.125 Gb/s。3.5 产品监控方案及举例3.5.1 产品监控方案
全光分布式系统监控方式主要有以太网监控方式和E1/2M传输监控方式两种。系统监控方案示意图如图3-10所示。图3-10 系统监控方案示意图
该系统提供完善的监控解决方案，近端单元（MU）可以集中监控和实时监测整个系统的工作状态；它可以通过MODEM无线传输或以太网有线传输与OMC（监控中心或网管中心）实施远程监控。近端单元和扩展单元具有远程软件升级功能，方便使用和维护。以太网监控方案
以太网IP化方式可以依赖运营商的PTN、MSTP、DCN等传输网络；
运营商通过机房的传输设备划分一个以太网络给直放站监控传输用，同时在BTS机房和网管机房直接提供以太网接口；
运营商为近端机设备分配IP地址资源，配置传输路由使近端机能够与OMC进行以太网数据交互；
近端机的以太网口直接与传输设备的以太网口连接，即可与OMC组成一个网络；
如果基站里有多台近端机，用小交换机汇接起来即可。E2/2M监控方案
近端机所在机房提供E1/2M链路传输到网管中心机房；
近端机侧用单口E1转换器传输设备，监控中心采用多口的汇聚型E1转换器，可同时实现和多台单口E1转换器进行通信传输；
如果信源采用BBU+RRU，近端机安装在RRU侧，则可通过加一对光猫，利用光纤传输到BBU机房，再通过E1上传；
整个组网可看作一个2M传输组成的局域网；
近端机设备的IP地址、子网掩码等信息和OMC网管的配置在同一网段。3.5.2 有线监控方案举例
以下以某省移动全光分布系统为例对其有线监控（PTN传输）方案进行介绍。有线监控组网拓扑
全省全光分布系统设备的有线监控采用以太网传输组网拓扑结构，以PTN传输方式来进行接入。其拓扑结构如图3-11所示。
具体描述如下：
PTN端口传输模式采用E-line模式，在每个全光分布系统的近端单元处分配1个RJ45网口，根据实际机房PTN传输设备的端口情况及设备安装位置的不同来定义不同的接入方式，并在硬件上增加相应的光电转换器（光纤收发器），将近端单元与PTN传输设备相连。
地市全光分布系统站点的近端单元通过基站PTN设备将链路调通至地市的传输汇聚机房，再连接至地市汇聚机房MDCN网络的9306交换机上。该三层协议交换机最终通过内部的MDCN网络直接与直放站网管服务器数据打通，形成一条传输链路通道。图3-11 有线监控组网拓扑结构PTN传输组网软硬件配置资源及分工界面硬件需求采购及监控设计方案（设计单位）
首先设计院需在勘察中确定全光分布系统覆盖站点上联的信源基站所对应的PTN传输设备的位置，以及PTN传输设备的端口类型，端口数量有无富余。同时，根据实际设备安装位置情况在设计中采购相应接口和数量的光电转换器。（具体方式参见图3-11）
需要核实链路传输资源是否满足端到端的链路打通，并在监控设计中体现组网拓扑及链路通道，且规划分配IP地址。硬件连接及站点本地数据调测（网管企业）
根据现场查勘后出具的监控设计方案（具体参见图3-11），安装光电转换器，并将近端单元和PTN设备两端的链路连通。
某公司负责全光分布系统系统中近端单元设备本地调测监控参数的配置。具体调测步骤如下：
步骤1：将远程数据通信模块改为802.3网卡模式，如图3-12所示。
步骤2：设置设备的IP地置、MAC地址、接收端口等，如图3-13所示。具体设置如下：
设备IP地址设置为设计院已经分配好的各站点IP地址；
设备MAC地址的最后的两个数字改成与该设备的IP最后两位数相同，以避免MAC地址相同导致设备无法监控；
设备接收端口改为8002，设备默认网关和子网掩码为设计院规划分配；
监控中心IP地址设为10.25.0.204，监控中心端口号设为8080；
上报号码这里设置成网管的IP地址，通信方式改成PS域方式，查询号码也设置成网管的IP地址即可。图3-12 设置远程数据通信模块图3-13 设置设备的IP地置、MAC地址、接收端口等
步骤3：为了验证链路打通与否，可在近端端元处用电脑ping 10.25.0.204这个IP,ping通即通。监控数据配置（传输中心）
由设备厂家告知移动传输部门有线监控的起点（如近端单元连接至某台PTN设备的机房位置，站号，以及接入槽口等信息），终点为需要将该链路跳接至全省直放站网管服务器的位置。然后由地市工建部负责全光分布系统的项目经理接至地市传输数据中心做监控的数据配置。
传输部门为各地市划分IP地址段，并具体分配给每个站点的近端单元所对应的IP地址，确定各站点电路资源分配的链路路由，给出默认网关和子网掩码。第4章多制式数字全光分布系统网络架构及关键技术4.1 系统特点
全光分布系统具有如下特点：
各制式通道下行最大输出功率均为27 dBm（可视具体应用灵活调节）。
系统组网方式灵活，近端单元支持星状组网，扩展单元支持菊花链、环形和星状组网，远端单元支持菊花链组网。
远端覆盖单元具备远程功率控制功能。
近端单元和扩展单元采用220 V交流或-48 V直流供电，远端单元支持POE供电和光电复合缆远程供电。
扩展单元（EU）具有宽带透传功能；入户型远端单元支持宽带无线WiFi接入功能，室分型远端单元支持网口宽带透传功能。
系统提供完善的监控解决方案。近端单元可以集中实时监测整个系统的工作状态，且可以通过MODEM无线传输或以太网有线传输与OMC网管中心实施远程监控。近端单元和扩展端单元具有远程软件升级等功能，方便设备使用和维护。
本地监控功能：通过调测软件可以对近端单元、扩展单元直接进行操作维护，以及监控程序的更新下载；扩展单元还可以对各远端单元进行状态查询与设置；远端单元支持网口本地调测功能。4.2 产品组网示意
图4-1所示为通信网元节点组网示意图。其中，全光分布系统位于信源RRU后侧；近端单元（主单元）MU采用馈缆与各制式传统信源RRU进行连接，耦合各制式信号；近端单元后侧通过光缆与扩展单元（EU）和远端单元（RU）（用户终端）进行连接组网。图4-1 通信网元节点组网示意图4.3 产品关键技术介绍
全光分布系统产品的目标，主要是解决我国第四代移动通信（4G）网络建设过程中所面临的GSM、WCDMA、CDMA、LTE、WLAN等不同制式的语音及数据业务的室内无线覆盖问题，完成第四代移动通信数字分布覆盖系统商用设备的研制。图4-2所示为系统原理框图。图4-2 系统原理框图
其中使用的关键技术包括：
高带宽数字化技术；
异构网络融合技术；
末端监控技术。高带宽数字化技术
高带宽数字化技术将信源的射频信号数字化，采用高带宽的数字化处理技术，可接入多频段、多制式的宽带信号，实现了全网不同频段信号的同设备覆盖。同时，数字处理方案本身可以采用各种数字信号处理算法进行滤波、噪声消除、CFR、DPD等处理，使得整个覆盖系统的信号更纯净，噪声更低，从而有效降低设备对移动通信大网的干扰。其具体实现框图如图4-3所示。图4-3 射频信号数字化实现框图异构网络融合技术
全光分布系统可以和PON系统融合，将宽带传输中的ONU单元信号融合到覆盖系统中，实现移动通信信号与室内宽带信号传输和覆盖的融合。同时，还可以通过传输介质将WLAN信号和射频信号采用时分复用的方式进行传输。这样，可以解决移动异构网络同设备覆盖的难题。末端监控技术
该系统将多网络覆盖的监控延伸到最后一级，实现了网络覆盖中的末端监控。这样可实现故障的实时主动上报，迅速定位和解决故障点，方便网络的维护，节省了排查费用，同时大大改善了用户使用感知。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]