RRU基本原理及应用分析.pdf

工 摘要 关键词 1 前言 R R U基本原理及应用分析 梁延峰(广州京信通信 系统控股有限公司 广州 5 1 0 6 6 5)文章首先介绍了R RU的组成及其基本工作原理，分析了采用数字光纤传输技术和数字中频技术的优缺 点，结合工程实际测量结果对宏蜂窝与RRU在覆盖范围，性能等方面进行了分析比较。得出RRU在 3 G网络的建设中具有广阔的市场应用前景。RRU数字光纤宏蜂窝 3 G移动网络中，对基站设备采用了基带部分与中 频、射频部相对分离的设计思路，这对3 G发展初期用 户较少的情况下，能有较低的成本建造覆盖效果良好的 网络具有重要的意义。RRU(R e mo t e Ra d i o U n i t)成 为基站不可分割的一部分。为了有效实现RRU与基站 的对通，业界已形成了两种接 口规范 一个是由爱立信、西门子、北电、华为等公司开发的 C P RI(Co mmo n P u b l i c R a d i o I n t e r f a c e)规范，一个是由诺基亚、阿 尔卡特、三星、中兴等公司开发的O B S A I(O p e n B a s e S t a t i o n A r c h i t e c t u r e I n i t i a l t i v e)。这两种规范都定义 了数字基带信号的传输格式，而且对RRU的远端维护 功能作 了定 义。RRU的组成结构框 图如 图 1 所示，R RU无线设备 主要由MU(Ma i n U n i t，也称为B BU，B a s e b a n d Un i t)和 RR U两部分组成。MU 包含基站基带，控 制以及传输接 口；RRU实现基带信号到无线 U u口的 射频信号的转换，它由R RU控制接口单元、数字中频 处理单元、射频处理单元、天馈单元等构成。2 数字光纤传输方式 图1 R R U组成结构框图 MU f 1 RRU之间通过光纤进行连接。在MU 与RR U之间传输的符合 C P RI 规范或 O B S AI 规 范的的数字光纤信号。采用数字光纤的传输方式 具有以下的优点。(1)射频和光在传输过程中是独立的，这样信 号传输和光传输之间没有相互影响，调试变得简 单；(2)信号不随光信号的衰减而衰减，在长距 离和多路分路传输系统中保持动态范围不变；(3)信号的分路合路通过数字的方法实现，下行分路通过数字比特流的复制实现，上行合路 一51 维普资讯 通过数字和实现，数字分路合路对信号都不会有任何损 耗；(4)数字光器件的可靠性比模拟光器件高，模拟光 器件的平均故障间隔时间(MT B F)更短，使用数字光 器件减少了维护费用；(5)数字传输的时延可以计算和校正：为移动通信 的精确定位带来方便；(6)数字传输在长距离传输时保持动态范围和服务 质量不变，使网络设计更加灵活。但是，数字光纤的传输相对与模拟的光纤来说具有 以下的缺点：(1)带宽受限：目前只实现了43 8 4 MHz(基 于WC D MA 4 载波)，4 段带宽可以在需要的频段内任 意移动，可以用于其他制式；对于多频段宽带的应用还 不满足市场需求。(2)时延更长：数字传输的时延 目前在1 0 u s 左右，模拟加上中频声表在 5 u S 以下。3 R R U内部信号处理原理 RRU主要负责无线信号的射频与中频处理，其内 部原理框 图如 图 2 所示。RRU采用软件无线电的设计思想，但是受现有器 件的限制，数字化是从中频部分开始。5 2 接收端从天线接收到的射频信号，经低噪放放大后 变换到中频，经中频抗混迭滤波，放大到合适的电平送 入 A DC。由ADC直接对中频信号进行采样，采样后由 数字下变频器进行I Q解调、抽取、滤波，然后送往基 带处理，基带处理部分将信号处理成支持C P R I 或O B S A I 规范中的任何一种，经光模块变换为光信号与基站对 通。发送端从基站接收到的光信号，经光模块变换为基 带数字信号，基带信号经过内插、滤波、I Q 调制后，进行D A 变换，变成中频模拟信号。最后变换为射频 模拟信号放大到一定功率经天线发射出去。可以看到，R RU所采用的结构与传统的超外差无 线电台收发信机的结构相类似，但是采用这种数字中频 结构的收发信机有以下几个方面的优点：(1)减少了收发信机中的模拟器件，有效的避免I Q信号幅度不平衡、相位不平衡；同时，减少收发信机 的模拟器件，也就减少温度漂移等不良影响，增加系统 的可靠性和一致性；减少模拟器件还利于设计过程中 P C B 板的布线，以及射频收发信机的调试；(2)简化收发信机设计。随着技术水平的发展，中 频频率会越来越高，射频前端的压力将会减小；(3)中频处理将使用数字器件，有利于高度集成；(4)有利于多载波技术的采用；(5)有利于监控。数 字上变频器 图 2 R R U原理框图 维普资讯 工 4 N N U组网方案 R RU的组网方案是指基带资源池设备和RRU设 备之间的组网方式，目前RRU支持的组网方案主要如 下：1 1星型连接 在 MU和 RR U近距离情况下推荐使用星型连接，星型连接如图3 所示，此时可采用多模光纤。每个RRU 单独拉光纤到MU，不同的RR U对接 MU的不同的光 接 口，既提高可靠性，又降低级连的复杂度，当出现 R RU或者光纤通道故障时，最多影响一个扇区。对于 远距离拉远，需要视光纤资源决定采用哪种组网方式，因为远距离拉远组成星型连接对光纤的占用较大。总 之，这种组网方式的优点是可升级性能好，缺点是光纤 资源消耗量大，因此该组网方式适用于光纤资源丰富的 区域。基带资源池 图3 R R U单独进行星形组网示意图 4 2链型组网 链型组网方式是指多个R RU设备组成链型连接后 再和基带池设备连接，如图4 所示。采用这种组网方式可 以大量节约光纤资源量，但是降低了整个系统的可靠性。基带 资源池 图4 链型混合组网 4 3光环形组网 光环型组网方式是指多个RR U设备直接组成环型 方式，再与基带池设备使用2条链路组成环形，如图5 所示。对于站点和基带池之间的两对光纤在布置的时候 使用不同物理路径，从而保证在同一时刻不会出现两对 光纤同时出问题的状况。采用这种组网方式即提高了传 输系统的可靠型，相比星型连接所需的光纤量要少，是 RRU组网推荐方式之一。图 5 光环形组 网 5 宏蜂窝与N N U 基站的覆盖和容量理论计算 比较 5 1宏蜂窝与 R R U基站的覆盖理论比较 实际上，在相同的地理环境下，基站的覆盖距离取 决于 E I RP的功率大小。这里假设 RRU的远端输 出 功率为1 0 W，宏基站的机柜顶输 出功率为2 0 3 0 W，即 RRU的输 出功率为宏基站的 1 2 或者 1 3。下面我们 分别进行计算(假设为 78 馈线，其损耗为 0 0 6 2 9 d B m)，如图6 所示。(1)不配A S C(A n t e n n a S y s t e m C o n t r o l l e r)时，当两基站的E I R P功率相同时，R B S 3 2 0 尉 应的馈线长 度为：F e e d e r l e n g t h=(4 3 4 0 0 1-0 4 0)1 0 0 6 2 9=3 8 m(T x=2 0 W)F e e d e r l e n g t h=(4 4 7-4 0-0 1-0 4-0 1)o 0 6 2 9=6 5 m(T x=3 0 W)(2)配 A S C时，当两种基站的 E I RP功率相同时，RB S 3 2 0 2 对应的馈线长度为：Fe e de r l e n gt h=(4 3 4 0-0 1 0 4-0 1 0 2 0 3)0 0 6 2 9=3 2 m(T x=2 0 W)Fe e d e r l e n gt h=(4 4 7-4 0-0 1-0 4-0 1-0 2 一 5 3 维普资讯 0 3)0 0 6 2 9=5 9 m(T x=3 0 W)也就是说，如果使用 2 0 W 功放，那么当馈线长度 大约为 3 5 m时，其实际覆盖效果将近似于 R RU；而使 用 3 0 W 功放时，其馈线长度约 6 0 m时，其实际覆盖效 果将近似于R RU。但由于安装质量，馈线折弯等原因，实际临界馈线长度要小于理论计算值。由此可见，当宏基站的馈线长度超过 B r e a k-e v e n p o i n t 点后，R RU的输出功率将大于宏基站，从而获得 比宏基站更好的覆盖。而对于上行来说，覆盖是 由UE决定 的：当 UE的 发射功率达到其最大发射功率时，该 UE 就处于小区的 边缘。从这个角度来说，由于R RU几乎没有馈线损耗，从而宏基站的上行损耗一定大于RR U的上行损耗，故 上行链路覆盖 RRU比宏基站要大。5 2宏蜂窝与 R R U的容量比较 UMT S系统 中，系统容量受 以下几方 面的限制决 定，如空中接口容量，基站基带处理能力，I u b口容量 和 R NC相关处理能力等因素共同作用。我们这里仅仅 比较空中接 口容量和基站基带处理能力。对于空中接 口容量，在 WC D MA系统中，覆盖与 容量是相互关联的，即小区具有呼吸效应。首先我们考 5 4 RB S w o AS C 虑下行容量，当宏基站的馈线长度等于 B r e a k-e v e n p o i n t 时，R RU和宏基站在天线口的发射功率是相等 的，此时二者的下行容量相等；当宏基站的馈线长度超 过 B r e a k-e v e n p o i n t 时，R RU 引入带来的天馈系统“增益”，可转化为增强覆盖或增加容量，或两者兼之，其增加总量受天馈系统“增益”大小决定，详细规划时，各小区需具体情况具体分析。决定上行容量的因素是干 扰，因此，对于上行容量，二者没有什么区别。对于基站基带处理能力，决定于 C E(Ch a n n e l E l e me n t)的数量，可根据实际容量配置。同一基站的 R RU单元共享基带处理资源，当该站全部RRU单元吸 收的总话务量大于相应常规宏蜂窝基站吸收话务时，如 基站下挂较多RR U单元，覆盖更广范围内用户，会使 得基带资源利用更有效率，带来一定“软”增益。5 3宏蜂窝与 R R U基站的覆盖和切换等性能测试比较 下面给出E r i c s s o n 在广州对R RU实际性能的测试 结果。宏蜂窝与 R RU基站的覆盖和切换等性能测试比 较。5 3 1 覆盖距离测试 该项测试给出了宏基站不同馈线长度下RRU和宏 基站的覆盖距离比较，比较指标采用 RS CP，E e l No，Lo s s=O 5 dB J u mp e r LO S S=0 2 dB TxRRr euf Lo=O 3 dB Los s=O 1 dB Lo s s=O 1 dB Lo s s=O 4 dB Tx=4 3 d B 4 4 7 d B RBS wi t h ASC 图4 R R U与宏蜂窝馈线损耗分析 Lo s s=O 5 d B Tx=4 O dB 维普资讯 工 BL E R，UE Tx P o we N DL Tr a n s mi t t e d Co d e P o we r 等。情形 l：宏基站馈线长度 2 3 m。测试结果表明：在比较短馈线长度情况下，接近小 区边缘，距离基站相同距离时宏基站的信号强度略强于 RRU，宏基站 的覆盖略 大于 R RU。情形 2：宏基站馈线长度 7 0 m。在比较长馈线长度情况下接近小区边缘 距离基站 相同距离时对各种不同类型业务 R RU的信号强度明显 强于 宏基站，RR U覆盖大于 宏基站。5 3 2软切换测试 切换测试表明，宏基站和 R RU之间的软切换以及 RRU之间的各个小区的更软切换能够成功进行，如表 l 所示。表 1 各业务情况下切换结果统计 软切换 统计 Ac t i v e S e t u p A c t i v e S e t u p 软切换 D a t e D a t e C o mp l e t e 成功率 Vo i c e 7 0 7 0 1 0 0 Vi d e o Ca l l 4 7 4 7 1 0 0 PS 71 7 1 1 0 0 测试结果表明在宏基站的馈线长度为B r e a k-e v e n p o i n t 点的馈线长度时，RRU与宏基站的覆盖范围相 近；当馈线长度超过 B r e a k-e v e n p o i n t 点的馈线长度 Abs t r a c t Ke y wo r d s 时，R RU的覆盖范围将大于宏基站的覆盖范围，这与 理论也是一致的。R RU可以与宏基站进行正常软切换，R RU各小区之间也可以进行正常的更软切换。6 结束语 RRU作为No d e B的其中一种类型，在对现有的 网络结构没有任何的改动的条件下，可以扩大 N o d e B 信号覆盖的覆盖范围。在 3 G初期建设中，在常规宏蜂 窝小区覆盖基础上，通过合理结合利用R RU解决室内 覆盖、郊区覆盖和农村覆盖，能减小投资，增加网络覆 盖的广度和深度，满足更大网络容量，对降低 3 G网络 的建设成本具有重要的意义，具有广阔的市场应用前 景。参考文献【1 吴泽 民5 G 直 放站的研 究与设计 移 动通 信，2 0 0 7，7 2 杨 小牛，楼 才义，徐建 良著 软件无 线电原理 与应 用北京：电 子工业 出版社，2 0 0 1 5】B r a n n o n B D e s ig n i n g a S u p e r H e t e r o d y n e M u l t iC h a n n e l D i g i t a l P e c e i v e r An a l o g D e v ic e s，ln c Gr e e n s b o r o，N C B a s i c Th e o r y a n d Ap p l i c a t o n o f RRU Li a n gYa n f e n g (C o mb a T e l e c o m S y s t e ms Ho l d i n g s L t d ，Gu a n g z h o u 5 1 0 6 6 3)I n t r o d u c e s t h e c o mp o n e n t s a n d t h e b a s i c t h e o r y o f t h e RR U(Re mo t e R a d i o Un i t)An a l y s i s the a d v a n t a g e a n d d i s a dv a n t a g e o f t h e a p p l y i n g t h e t e c h no l og y：d i g i t a l fib e r a n d d i g i t a l i nt e r me d i a t e fre q u e n c y i n t h e RRU Ba s e o n t h e p r a c t i c a l t e s t r e s u l t，a n a l ys i s a n d c omp a r e t h e c o v e r a g e e f f e c t b e t we e n t h e RRU a n d mi c r o-c e l 1 Th e n g e t t h e r e s u l t t ha t t h e RRU h a v e a b r i g h t f ut u r e i n the b u i l d i n g 3 G n e t wo r k RRU，d i g i t a l fibe r m mi c r o-c e l 1 5 5 维普资讯