遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)降低移動運(yùn)營成本

標(biāo)簽：FTTA   遠(yuǎn)程射頻

大眾對移動數(shù)據(jù)的需求第一次超過了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的數(shù)據(jù)供應(yīng)能力，因此網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商投資了數(shù)十億美元來提高3G和4G移動網(wǎng)絡(luò)的速度。遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)可降低運(yùn)營成本，而采用FTTA(光纖到天線)技術(shù)則實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新、靈活并且面向未來的網(wǎng)絡(luò)安裝方式。

用戶需求推動移動網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展

移動寬帶已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。3G網(wǎng)絡(luò)(UMTS)的數(shù)據(jù)傳輸速度已經(jīng)可以達(dá)到10M，而新的4G標(biāo)準(zhǔn)LTE(長期演進(jìn)技術(shù))的數(shù)據(jù)傳輸速度預(yù)期可達(dá)100M。3G在二十一世紀(jì)初面世，當(dāng)時移動通信技術(shù)仍然能夠滿足市場需求。與3G不同的是，4G面世的驅(qū)動力源自移動通信用戶對數(shù)據(jù)的渴求。

從2009年以來，普通手機(jī)的銷量一直在下滑，而全球智能手機(jī)的銷量卻上升了24%。以德國為例，前一年的智能手機(jī)增長率實(shí)際為79%。智能手機(jī)用戶消耗的數(shù)據(jù)量要高很多，專家預(yù)計從2010年到 2015年移動數(shù)據(jù)量會增加三倍，由于數(shù)據(jù)爆炸性增長，目前移動通信網(wǎng)絡(luò)正接近容量極限，因此全球移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商紛紛投資建設(shè)3G和4G系統(tǒng)。

與GSM不同的是，UMTS和LTE系統(tǒng)更適合頻率更高的波段(比如2.1 GHz或2.6 GHz)，并且在城市地區(qū)的蜂窩小區(qū)也更小，能夠滿足這些人口稠密地區(qū)對高數(shù)據(jù)流量的需求。不過，更高的頻率會減小蜂窩小區(qū)的覆蓋范圍，從而使農(nóng)村地區(qū)實(shí)現(xiàn)移動通信全覆蓋的成本大幅增加。如果頻率更高，就意味著需要更多的蜂窩小區(qū)和投資。不僅如此，千兆級頻率不能有效穿透大型建筑物，所以大型建筑物必須單獨(dú)安裝IBC(室內(nèi)覆蓋)系統(tǒng)。因此，只有使用低頻波段提供服務(wù)的公司才有可能以經(jīng)濟(jì)的方法提升系統(tǒng)帶寬，這是“數(shù)字細(xì)分”帶來的好處。

從模擬到地面數(shù)字廣播過渡之后，800兆赫茲以內(nèi)的低頻率波段被釋放出來供移動通信使用。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局于5月以44億歐元的價格把該頻譜拍賣給了德國電信、沃達(dá)豐以及O2，每家公司均獲得該數(shù)字細(xì)分的兩個頻率分組。這些頻率的新所有者有義務(wù)在未來幾年在寬帶互聯(lián)網(wǎng)尚未發(fā)展或發(fā)展不完善地區(qū)實(shí)現(xiàn)寬帶互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。移動寬帶在德國的發(fā)展道路現(xiàn)在已經(jīng)毫無障礙，4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)將于今年開始。

降低運(yùn)營成本成移動運(yùn)營商當(dāng)前任務(wù)

由于在新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資巨大，因此移動通信運(yùn)營商特別關(guān)注運(yùn)營成本(OPEX)。

隨著蜂窩小區(qū)數(shù)量不斷增加并且不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(GSM、UMTS和LTE)并行運(yùn)行，因此網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營和維護(hù)成本不斷攀升。與這一趨勢形成鮮明對比的是，由于數(shù)據(jù)通信速度不高，而語音通話費(fèi)在不斷下降，因此營業(yè)收入并未增加。現(xiàn)在驅(qū)動營業(yè)收入的力量是高速互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)服務(wù)和媒體內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)成本平均占移動通信運(yùn)營商總運(yùn)營成本的30%。房租、技術(shù)維護(hù)以及數(shù)據(jù)回傳費(fèi)用約占這些網(wǎng)絡(luò)成本的三分之一，而剩下的三分之二則完全是電力成本。移動通信行業(yè)的總體目標(biāo)是降低3G和4G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本。

所有系統(tǒng)制造商 – 尤其是愛立信和華為 – 均已承諾執(zhí)行綠色“網(wǎng)絡(luò)政策”，并且已經(jīng)著手研究如何減少移動通信系統(tǒng)的二氧化碳排放量。“綠色”基站能效高、經(jīng)濟(jì)并且靈活，使用可再生能源(風(fēng)能和太陽能)，并且為網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)優(yōu)化提供了基于軟件的算法。用于3G和4G的最新系統(tǒng)主要使用遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)，而這些遠(yuǎn)端射頻頭也越來越多地用于“舊的”GSM網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)向遠(yuǎn)程射頻系統(tǒng)變化大幅節(jié)約了運(yùn)營成本。

遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)有效解決成本難題

傳統(tǒng)的基站系統(tǒng)用同軸波紋電纜把高頻信號從基站傳輸?shù)竭h(yuǎn)端桿裝天線。由于電纜內(nèi)存在衰減，因此傳輸信號功率的損失率最高達(dá)到50%(依傳輸距離和電纜橫斷面大小而定)，而對于一般與LTE一起使用的更高頻率而言，損失還會進(jìn)一步增加。這些損失還會對接收到的信號的質(zhì)量(信噪比)造成不利影響。

最新的系統(tǒng)使用安裝在天線附近(比如在天線桿或建筑物上)的遠(yuǎn)端射頻頭(RRH)。高頻信號由RRH生成并由天線發(fā)射，損失極少。通過對流對集成在RRH內(nèi)功率放大器進(jìn)行被動冷卻，不需要任何主動冷卻系統(tǒng)(比如傳統(tǒng)基站需要的冷卻系統(tǒng))。遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)把網(wǎng)絡(luò)的能耗降低了25%到50%(依系統(tǒng)配置和系統(tǒng)制造商的數(shù)據(jù)而定)。

由于省去了高能耗的冷卻系統(tǒng)，并且把功率放大器集成到了RRH內(nèi)，因此最新基站的體積小了很多。從1990年以來，愛立信已經(jīng)把每個基站(400個載波單元)的占地面積從23平方米減少到現(xiàn)在的1平方米，從而不僅降低了系統(tǒng)成本，而且還減少了場地租金。

遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)還有一個優(yōu)勢，即使用光纖傳輸 RRH與基站間的數(shù)據(jù)(FTTA - 光纖到天線)。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，基站與天線之間的距離不得超過100米(由于有模擬信號損失)，因此必須在天線附近租用昂貴的通訊空間，或者在平屋頂或戶外安裝昂貴的容器。用光纖做傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)在基站和RRH之間傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時不會發(fā)生任何信號損失，并且允許的最大距離可達(dá)20千米，因此基站可以集中放在成本更低的通信機(jī)房，并且網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃也會變得更加靈活、更加模塊化。該鏈路使用現(xiàn)有的或新安裝的光纖基礎(chǔ)設(shè)施傳輸數(shù)據(jù)，比使用波紋電纜傳輸數(shù)據(jù)要簡單而且便宜很多。各種報告還顯示，用光纖可以減少遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)的安裝時間，這在實(shí)施基站替換時非常重要。

FTTA - 光纖到天線解決方案正獲運(yùn)營商青睞

一般每個蜂窩小區(qū)由三個RRH通過三根單獨(dú)的雙芯光纜連接到基站。這一方法對短距離安裝比較高效，但是在運(yùn)行并行系統(tǒng)(UMTS和LTE)以及未來可持續(xù)性方面則不夠理想。

有一種替代方法是在基站和RRH附近的分配箱之間安裝一根預(yù)先組裝好的多芯光纜，然后在分配箱里面將其分為幾根雙芯光纜并接到RRH上。除了在安裝方面有優(yōu)勢(即只需敷設(shè)一根光纜，而不需敷設(shè)三根)外，這一方法另外還有兩個明顯優(yōu)勢。第一，在下一次安裝時可以隨時增加光纜(比如未來LTE擴(kuò)容)。在日后LTE擴(kuò)容時，整個鏈路已經(jīng)預(yù)先安裝了光纜，因此剩下的工作只是從分配箱到LTE RRH敷設(shè)新光跳線即可。這一方法有利于將來系統(tǒng)擴(kuò)容。第二，系統(tǒng)擴(kuò)容或升級往往涉及更換系統(tǒng)制造商以及相關(guān)光纖連接技術(shù)。盡管ODC©是RRH使用最廣的接口，但同時使用的還有更難安裝的LC連接解決方案。不僅如此，未來的LTE系統(tǒng)，在供貨時將配上所謂的“Q-XCO”連接器。如果系統(tǒng)發(fā)生變更，則連接技術(shù)可能會不兼容，可能必須更換標(biāo)準(zhǔn)安裝中的所有光纜。通過使用分配箱解決方案，可以更換并適當(dāng)調(diào)整連接RRH的短跳線 – 而基站和分配箱之間的原有的光纜連接保持不變，安裝靈活，不受系統(tǒng)制造商限制。

不過，由于存在風(fēng)荷載并且天線桿上缺乏空間，因此一些網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商并不會增設(shè)分配箱。對于這種情況，可以采用節(jié)約空間且經(jīng)優(yōu)化的多芯光纜解決方案，比如Huber+Suhner集團(tuán)提供的Masterline Extreme解決方案。

德國沃達(dá)豐已經(jīng)開發(fā)出FiPro方法，用于把傳統(tǒng)波紋電纜系統(tǒng)升級到FTTA系統(tǒng)。沃達(dá)豐已與領(lǐng)先的RRH安裝解決方案提供商Huber+Suhner集團(tuán)合作，推廣使用該方法。按照該方法，原先安裝的波紋電纜的內(nèi)導(dǎo)體將被用作一根多光芯光纜的空導(dǎo)線管。另一根同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體則將被并聯(lián)用作RRH電源線。如果使用這個FiPro方法，就不需要在線纜鋪設(shè)時增加額外的工作，節(jié)約成本，比如不需要在墻壁或屋頂上安裝導(dǎo)管，也不需要在難以進(jìn)入的地方安裝RRH。據(jù)沃達(dá)豐稱，該方法比傳統(tǒng)線纜敷設(shè)方法更經(jīng)濟(jì) – 即使線纜敷設(shè)距離不長也是如此。

最后一個可選用的FTTA安裝方法是所謂的“混合解決方案” – 即用銅/光混合纜用于供電和數(shù)據(jù)連接。盡管這些解決方案顯得有吸引力，但是很難實(shí)行并且不經(jīng)濟(jì)。這種類型的解決方案只在特定情境下才值得，比如每敷設(shè)一根電纜就需要很高的租金成本。

結(jié)論

遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供了明顯的成本和技術(shù)優(yōu)勢，因此去年安裝的遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)數(shù)量第一次超過了傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)量。專家預(yù)計這一趨勢將繼續(xù)并加速。另外，專家還預(yù)計系統(tǒng)制造商的所有新開發(fā)系統(tǒng)將全部基于遠(yuǎn)端射頻系統(tǒng)。

FTTA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、靈活，有助于進(jìn)一步降低運(yùn)營成本，并可確保網(wǎng)絡(luò)在未來具有可持續(xù)性。