基于五类线的3G信号基于五类线的3G信号

1 引言
　　大规模3G室外宏基站建设后,国内移动通信运营商已经纷纷把网络建设的重点转向住宅小区、大楼室内等话务量最为集中的场合的覆盖优化。传统的室内覆盖优化解决方案以连续覆盖为设计目标,主要为基站(RRU)+干放+分布式天线、直放站+分布式天线等。这些解决方案逐步暴露出在特定室内区域的局限性:由于分布天线只能布放在楼道、电梯口,信号基本无法覆盖到办公室或住宅套房的临窗区域,因此在建设室分系统后高楼层室内导频污染问题,仍然是3G用户投诉的主要原因。
　　如何利用已有的入户线路,实现3G信号对室内手机用户的精准覆盖呢?除了热门的Femtocell(家庭毫微基站)解决方案之外,基于五类线(网线)、CATV闭路线的微功率分布系统方案也逐步被业界关注。本文重点对基于五类线的3G FDD网络微功率分布系统进行阐述。
　　
　　2 五类线微功率分布系统设计方案
　　2.1 系统整体设计
　　3G五类线分布系统由近端单元CU和远端单元RU构成。CU将接收到的基站下行射频信号变频到中频(110MHz),然后将该中频信号分成若干路,通过五类线传送到远端单元RU,RU将收到的中频信号恢复成射频,经功放放大后覆盖目标区。RU端的参考时钟(10MHz)由CU统一进行传送。上行信号处理过程与上述过程相反(上行中频80MHz),RU端监控信息集中由CU进行管理,并按照直放站统一监控协议上传到监控中心。具体原理如图1所示。
　　一套典型的3G五类线分布系统由1个CU和8个RU构成,信源可以根据实际应用场合选择基站、RRU、直放站或干放,如图2所示:
　　
　　
　　
　　图2五类线分布系统组网结构图
　　
　　2.2 AGC设计
　　(1)下行AGC设计
　　根据局域网的设计规范,网线通常在0～100米的范围内变动,因而在工程实际使用中,不同的场合每个RU与CU的距离是不确定的,传输损耗差别很大;另外网线存在多个种类,如五类、超五类、六类、七类等,并有屏蔽线与非屏蔽线之分,线型差异也将引起传输损耗差别。因此需要设计一套AGC(自动增益控制)控制方案,保证各个RU自适应调节工作状态,做到互不影响。
　　AGC设计方案如图3所示,在每个RU单元内部都设计了下行AGC电路。首先通过耦合器、功率检测器检测出下行中频信号的功率强度,然后由微处理器完成AGC算法:假设CU单元的下行模拟中频信号输出为P0,在经过最长的100米网线后到达RU单元的功率为P1,微处理器通过比较实时检测的功率值P与P1的差值,得出对应的校正值ΔATT,通过微处理器输出相应TTL电平控制后级的衰耗器芯片的衰耗值,保证送入RU单元的变频芯片的中频信号功率恒定,最终保证在100m传输距离内,各个RU输入到变频芯片的功率是一致的,即RU可以忽略网线的长短变化。测试数据表明普通五类线传输100MHz的中频信号,每百米损耗最大值约为30dB,因此CU-RU的AGC的动态范围应达到30dB以上。
　　
　　
　　
　　图3五类线分布系统RU单元AGC电路图
　　
　　值得一提的是,RU单元的射频输出功率由各自的射频ALC电路控制,与上述AGC过程无关,这样可以实现同一个CU管理的分布系统内各个RU输出不同的射频功率,适应不同的覆盖半径需求。
　　(2)上行AGC设计
　　为了保证整个系统的上下行增益平衡,在实时改变每个RU单元下行增益的同时,相应也要改变每个RU单元的上行增益。与下行链路不同的是,上行链路不采用独立的AGC设计,而是跟随下行增益实现AGC。
　　如图1所示,RU单元的上行链路主要由双工器、介质滤波器、LNA(低噪声放大器)、ATT(衰耗器)、IF SAW(中频声表)、IF PA(中频放大器)构成。上下行链路增益值计算式如下:
　　G下行=G下行有源器件增益-G下行无源器件插损-G下行AGC衰减值(1)
　　G上行=G上行有源器件增益-G上行无源器件插损-G上行ATT衰减值(2)
　　上行跟随下行的AGC算法为:
　　G下行=G上行+X (3)
　　其中X用于平衡上下行链路增益的差值,通过分布系统的监控软件根据系统优化的实际需求进行调整设置,根据工程优化经验建议X取0dB～5dB。
　　由以上三式可得:
　　G上行ATT衰减值=G上行有源器件增益-G上行无源器件插损-(G下行有源器件增益-G下行无源器件插损-G下行AGC衰减值)+X (4)
　　以上实现了上下行联动的AGC算法,使RU安装调试过程可以忽略网线的长短、类型。
　　2.3 多路频分复用设计
　　CU单元与RU单元之间的信号都采用差分传输,CU-RU之间需要传输至少四种不同的差分信号:下行模拟中频差分信号、上行模拟中频差分信号、10MHz参考时钟差分信号、RS485监控差分信号;若RU采用集中式远程供电方式,则还需要传输36V DC信号。五类线仅有四对芯线,特殊情况下还要求3G五类线系统与宽带上网信号共用一根网线(此时仅有2对芯线空闲)。因此研究多路频分复用设计方案,尽可能减少CU-RU之间的芯线数量是十分关键的。下面以下行中频、时钟、远供电源复用设计为例进行分析。
　　下行模拟中频110MHz差分信号、10MHz时钟差分信号、远供电源36V DC都是由CU单元传送到RU单元。在CU单元先将两个差分信号通过合路器合路,经过变压器将单端信号转为差分信号,然后与DC信号合路;传送到RU单元后先经过隔直电路过滤DC信号,然后通过变压器转换成单端信号,送入对应的滤波器,通过中心频率110MHz、3dB带宽10MHz的声表滤波器可以过滤出下行模拟中频差分信号;依据归一化设计原理,通过电感电容元器件,搭建截止频率为10.1MHz、特征阻抗为50Ω的巴特沃思型LPF(低通滤波器)可以分离出10MHz参考时钟差分信号,作为RU单元的时钟参考源。
　　巴特沃思型的归一化LPF设计方法:将基准滤波的截止频率和特征阻抗变换为待设计滤波器的相应值,如图4所示:
　　
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