射频拉远单元(RRU)是基站覆盖补充技术,它是继光纤直放站与无线直放站之后一个新技术,它有着系统容量可扩展、建站周期快、组网灵活等优点,同时克服了光纤直放站由于不能进行传输时延补偿而造成切换以及起呼困难等问题,同时也克服了无线直放站的引入对施主基站的反向干扰,从而提高了施主基站反向容量。在传统的 组网中射频拉远的缺点是每个扇区单独占用一个PN资源 和邻区配置困难,尤其在密集区域易造成PN复用不够、邻区配置困难,切换、起呼困难等问题,同PN方案为射频拉远的组网提供了新的解决方案。1
基本介绍射频拉远单元(Remote Radio Unit,RRU)将基带信号单元和发射单元(远程)分开。就是把基站的基带单元和射频单元分离,两者(基带信号单元和发射单元)远距离之间用光或互联网传输基带信号,这样可以使到信噪比达到最佳状态。
室外天线接收和发送的都是射频信号,室内BBU接收和发送的都是光信号,那么BBU和天线就不能直接相连,需要通过RRU作为中间桥梁,对信号做相应处理。
接收信号时,RRU将天线传来的射频信号经滤波、低噪声放大、转化成光信号,传输给室内处理设备;
发送信号时,RRU将从机房传来的光信号,经光电转换、变频、滤波、线性功率放大等操作,转换成射频信号,最后通过天线发送出去。
RRU有很多种型号,每种型号的接口数目有所不同,但大致有几种接口:电源接口,DCDU通过这个接口给RRU供电;光口,BBU与RRU就是通过这些光口相连的;与天线的接口等。2
组成射频拉远单元(RRU)分为 4 个大模块:中频模块、收发信机模块、功放和滤波模块。
数字中频模块用于光传输的调制解调、数字上下变频、A/D 转换等;
收发信机模块完成中频信号到射频信号的变换;
再经过功放和滤波模块,将射频信号通过天线口发射出去。
工作原理射频拉远单元RRU带来了一种新型的分布式网络覆盖模式,它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内,基带部分集中处理,采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元,分置于网络规划所确定的站点上,从而节省了常规解决方案所需要的大量机房;同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远,可实现容量与覆盖之间的转化。
RRU的工作原理为基带信号下行经变频、滤波,经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频,然后完成模数转换和数字中频处理等。
RRU是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CPRI(Common Public Radio Interface)规范,一个是由诺基亚、阿尔卡特、三星、中兴等公司开发的 OBSAI(Open BaseStation Architecture Initialtive)。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。1
数字光纤传输方式BBU和 RRU之间通过光纤进行连接。在BBU与 RRU之间传输的符合CPRI规范或OBSAI规范的的数字光纤信号。2
RRU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,其内部原理框图右图所示。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。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 ADC。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CPRI 或 OBSAI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。2
信号覆盖方式信号覆盖方式上,RRU可通过同频不同扰码方式,从NodeB引出。也可通过同频不同扰码方式,从RNC引出。这两种覆盖方式都是常规的方式,除此之外,对于3扇区,但配有多余信道板以及多余基带处理设备的基站可以利用基带池共享技术,将多余的基带处理设备设为第4小区。3
组网方案目前,BBU至RRU之间组网主要采用星型组网,少量采用 RRU级联组网。考虑实际需求,结合网络拓扑,可采用环型组网方案。以下提到的RRU 组网都是同基站的RRU组网。 RRU组网方案有星型、级联和环型三种。4
星型组网RRU星型组网是将N个RRU分别通过光纤连接在一个BBU的不同光口上,实现 1:N的接入。该组网方案可扩展性好,RRU 的连接极限取决于BBU提供的光口数量, 但需要占用大量的裸纤资源,适用于光纤资源丰富的区域。4
级联组网RRU级联组网是指 N个RRU采用光纤与自身的光口一一级联的方式,最后串联到BBU的一个光口上。该组网方案可节约光纤资源,RRU连接极限取决于RRU连接所用光纤能提供的带宽。该组网方案安全性较差,一旦链条前端的光纤连接出现故障,会引起后端一连串RRU服务中断。4
环型组网RRU环型组网是在级联组网的基础上,在BBU增加了一个备用光口,连接到最后一级 RRU的物理光口2,组成环状结构。 此时 RRU 的物理光口1与物理光口2的逻辑功能对等,既可作为上联光口,也可作为下联光口,两个光口的逻辑角色可根据 RRU的倒换方向互换。 当RRU检测到当前主用方向链路出现异常,并检测到备用方向链路正常,会迅速发起倒换。业务在短暂异常后能马上恢复,提升了用户体验。
RRU环型组网根据环中光缆是否同路由细分为物理环型组网和逻辑环型组网。物理环型组网中所有的光缆为不同路由,逻辑环形组网中光缆可以是同路由不同缆或同缆不同纤芯。4
优点与缺点优势RRU拉远的优势在于:
(1)降低了机房、站址的要求。RRU设备体积小,与BBU之间采用光纤传输,对于RRU站点,只需要天面极小的空间便可以安装。同时,RRU对于安装环境要求低,室外安装方便。在一些物业难点可推荐使用。
(2)RRU可实现共小区。对室内覆盖和道路覆盖都有极大意义。
(3)节省建设成本,提高组网效率。BBU可集中放置,RRU拉远覆盖;单个BBU也能拉远多个RRU设备。实现了RRU之间的资源灵活调度和调配。
(4)RRU拉远站施工快捷,建站周期短。5
缺点RRU拉远的不足在于:
(1)RRU供电问题。对于RRU拉远站,目前常用的供电方式有两种:直流远供以及室外一体化供电柜供电。
(2)RRU长期暴露在外面,基站工作环境要比室内环境恶劣得多,且射频单元故障的维护不如传统基站方便。5
RRU与数字光纤直放站比较RRU同数字光纤直放站都可利用现有成熟的以太网数字光纤传输技术传输基带信号,并共同遵守标准的CPRI和OBSAI接口。使用中可实现RRU和数字光纤直放站的远端机的互相替换。
两者均可作为室内分布系统的信号源,选用哪一种取决于宏基站的载频数量和该室内业务量需求。如果宏基站载频多、容量很富裕,用数字光纤直放站拉远更合适,同时可减少扇区扰码。如果该室内业务量需求较大应选用RRU作信号源。如果业务量需求很大,如大型写字楼、会展中心等,应考虑数字光纤直放站、RRU和宏基站的联合组网。
在覆盖距离上,两者均可作为基站拉远系统供用,数字光纤直放站用作载波池拉远,RRU可用作基带池拉远。载波池拉远距离取决于小区覆盖半径和光在光纤上的传输速度,数字信号在光纤中传播,其动态范围也较模拟信号大,这样就可以实现远端机更大的信号覆盖;同时,数字信号不随光信号的衰减而衰减,因此其传输(拉远)距离也进一步增加了。经计算,最远可达40km以上,用作基带池拉远的RRU基本不受距离限制,可拉得更远。
在组网方式上,RRU作为拉远单元可单独使用,而数字光纤直放站由近端机和远端机组成,在实际应用时,近端机是一个,而远端机可以是一个或多个,组网上可并联也可串联,组网方式也可以多样化,如:菊花链形、环形、树形等等。
在扰码的使用上,数字光纤直放站射频信号的扰码总是同施主基站的扰码相同,数字光纤直放站也不增加基站信道板硬件容量和正交码容量,所以在扇区内大量采用并不会增加扰码。射频拉远单元RRU是利用基站剩余的信道板和基带处理设备组成新的扇区,通过光纤系统拉到远处,有人称它为基带池技术,也有人叫它拉远的微蜂窝技术,总之,它具有硬件容量,并且拥有新的扰码和同步码。由于RRU具有基站性能,在宏基站的扇区内大量采用必然会增加很多扰码和邻区列表,会发生导频污染,软切换增加。如(图6)所示。在网络优化时这是必须注意的问题。
在传输时延上,数字光纤直放站的传输时延比较大,因为存在两次变频过程。而RRU直接传送基带信号,时延不明显。
在底噪抬升上,数字光纤直放站仅采用ADC和DAC,此过程只可能引入更多的量化噪声,从而抬升上行噪声。而RRU传输的为纯基带信号,可不用考虑底噪问题。
从成本上,采用RRU技术,可以节省常规建网方式中需要的大量机房,节约基带单元的投资。RRU体积小,重量轻,可以应用于城区机房条件不理想或者机房匮乏的情况,但是应用前提是需要有光纤进行传输。但在价格方面,RRU比直放站要贵1/3左右。对于一拖一的系统,数字光纤直放站成本优势不明显,但一拖多,成本优势就比较明显了。6
本词条内容贡献者为:
徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学