远端射频系统降低移动运营成本

大众对移动数据的需求第一次超过了网络运营商的数据供应能力，因此网络运营商投资了数十亿美元来提高3G和4G移动网络的速度。远端射频系统可降低运营成本，而采用FTTA（光纤到天线）技术则实现了创新、灵活并且面向未来的网络安装方式。

用户需求推动移动网络快速发展

移动宽带已经成为现实。3G网络（UMTS）的数据传输速度已经可以达到10M，而新的4G标准LTE（长期演进技术）的数据传输速度预期可达100M。3G在二十一世纪初面世，当时移动通信技术仍然能够满足市场需求。与3G不同的是，4G面世的驱动力源自移动通信用户对数据的渴求。

从2009年以来，普通手机的销量一直在下滑，而全球智能手机的销量却上升了24%。以德国为例，前一年的智能手机增长率实际为79%。智能手机用户消耗的数据量要高很多，专家预计从2010年到2015年移动数据量会增加三倍，由于数据爆炸性增长，目前移动通信网络正接近容量极限，因此全球移动网络运营商纷纷投资建设3G和4G系统。

与GSM不同的是，UMTS和LTE系统更适合频率更高的波段（比如2.1 GHz或2.6 GHz），并且在城市地区的蜂窝小区也更小，能够满足这些人口稠密地区对高数据流量的需求。不过，更高的频率会减小蜂窝小区的覆盖范围，从而使农村地区实现移动通信全覆盖的成本大幅增加。如果频率更高，就意味着需要更多的蜂窝小区和投资。不仅如此，千兆级频率不能有效穿透大型建筑物，所以大型建筑物必须单独安装IBC（室内覆盖）系统。因此，只有使用低频波段提供服务的公司才有可能以经济的方法提升系统带宽，这是“数字细分”带来的好处。

从模拟到地面数字广播过渡之后，800兆赫兹以内的低频率波段被释放出来供移动通信使用。德国联邦网络管理局于5月以44亿欧元的价格把该频谱拍卖给了德国电信、沃达丰以及O2，每家公司均获得该数字细分的两个频率分组。这些频率的新所有者有义务在未来几年在宽带互联网尚未发展或发展不完善地区实现宽带互联网覆盖。移动宽带在德国的发展道路现在已经毫无障碍，4G网络的建设将于今年开始。

降低运营成本成移动运营商当前任务

由于在新网络基础设施方面的投资巨大，因此移动通信运营商特别关注运营成本（OPEX）。

随着蜂窝小区数量不断增加并且不同网络技术（GSM、UMTS和LTE）并行运行，因此网络的运营和维护成本不断攀升。与这一趋势形成鲜明对比的是，由于数据通信速度不高，而语音通话费在不断下降，因此营业收入并未增加。现在驱动营业收入的力量是高速互联网、数据服务和媒体内容。

网络成本平均占移动通信运营商总运营成本的30%。房租、技术维护以及数据回传费用约占这些网络成本的三分之一，而剩下的三分之二则完全是电力成本。移动通信行业的总体目标是降低3G和4G网络的运营成本。

所有系统制造商 – 尤其是爱立信和华为 – 均已承诺执行绿色“网络政策”，并且已经着手研究如何减少移动通信系统的二氧化碳排放量。“绿色”基站能效高、经济并且灵活，使用可再生能源（风能和太阳能），并且为网络的持续优化提供了基于软件的算法。用于3G和4G的最新系统主要使用远端射频头（RRH），而这些远端射频头也越来越多地用于“旧的”GSM网络。技术向远程射频系统变化大幅节约了运营成本。

远端射频系统有效解决成本难题

传统的基站系统用同轴波纹电缆把高频信号从基站传输到远端杆装天线。由于电缆内存在衰减，因此传输信号功率的损失率最高达到50%（依传输距离和电缆横断面大小而定），而对于一般与LTE一起使用的更高频率而言，损失还会进一步增加。这些损失还会对接收到的信号的质量（信噪比）造成不利影响。

最新的系统使用安装在天线附近（比如在天线杆或建筑物上）的远端射频头（RRH）。高频信号由RRH生成并由天线发射，损失极少。通过对流对集成在RRH内功率放大器进行被动冷却，不需要任何主动冷却系统（比如传统基站需要的冷却系统）。远端射频系统把网络的能耗降低了25%到50%（依系统配置和系统制造商的数据而定）。

由于省去了高能耗的冷却系统，并且把功率放大器集成到了RRH内，因此最新基站的体积小了很多。从1990年以来，爱立信已经把每个基站（400个载波单元）的占地面积从23平方米减少到现在的1平方米，从而不仅降低了系统成本，而且还减少了场地租金。

远端射频系统还有一个优势，即使用光纤传输RRH与基站间的数据（FTTA - 光纤到天线）。在传统系统中，基站与天线之间的距离不得超过100米（由于有模拟信号损失），因此必须在天线附近租用昂贵的通讯空间，或者在平屋顶或户外安装昂贵的容器。用光纤做传输介质的以太网在基站和RRH之间传输数字数据时不会发生任何信号损失，并且允许的最大距离可达20千米，因此基站可以集中放在成本更低的通信机房，并且网络规划也会变得更加灵活、更加模块化。该链路使用现有的或新安装的光纤基础设施传输数据，比使用波纹电缆传输数据要简单而且便宜很多。各种报告还显示，用光纤可以减少远端射频系统的安装时间，这在实施基站替换时非常重要。

FTTA - 光纤到天线解决方案正获运营商青睐

一般每个蜂窝小区由三个RRH通过三根单独的双芯光缆连接到基站。这一方法对短距离安装比较高效，但是在运行并行系统（UMTS和LTE）以及未来可持续性方面则不够理想。

有一种替代方法是在基站和RRH附近的分配箱之间安装一根预先组装好的多芯光缆，然后在分配箱里面将其分为几根双芯光缆并接到RRH上。除了在安装方面有优势（即只需敷设一根光缆，而不需敷设三根）外，这一方法另外还有两个明显优势。第一，在下一次安装时可以随时增加光缆（比如未来LTE扩容）。在日后LTE扩容时，整个链路已经预先安装了光缆，因此剩下的工作只是从分配箱到LTE RRH敷设新光跳线即可。这一方法有利于将来系统扩容。第二，系统扩容或升级往往涉及更换系统制造商以及相关光纤连接技术。尽管ODC©是RRH使用最广的接口，但同时使用的还有更难安装的LC连接解决方案。不仅如此，未来的LTE系统，在供货时将配上所谓的“Q-XCO”连接器。如果系统发生变更，则连接技术可能会不兼容，可能必须更换标准安装中的所有光缆。通过使用分配箱解决方案，可以更换并适当调整连接RRH的短跳线 – 而基站和分配箱之间的原有的光缆连接保持不变，安装灵活，不受系统制造商限制。

不过，由于存在风荷载并且天线杆上缺乏空间，因此一些网络运营商并不会增设分配箱。对于这种情况，可以采用节约空间且经优化的多芯光缆解决方案，比如Huber+Suhner集团提供的Masterline Extreme解决方案。

德国沃达丰已经开发出FiPro方法，用于把传统波纹电缆系统升级到FTTA系统。沃达丰已与领先的RRH安装解决方案提供商Huber+Suhner集团合作，推广使用该方法。按照该方法，原先安装的波纹电缆的内导体将被用作一根多光芯光缆的空导线管。另一根同轴电缆的内外导体则将被并联用作RRH电源线。如果使用这个FiPro方法，就不需要在线缆铺设时增加额外的工作，节约成本，比如不需要在墙壁或屋顶上安装导管，也不需要在难以进入的地方安装RRH。据沃达丰称，该方法比传统线缆敷设方法更经济 – 即使线缆敷设距离不长也是如此。

最后一个可选用的FTTA安装方法是所谓的“混合解决方案” – 即用铜/光混合缆用于供电和数据连接。尽管这些解决方案显得有吸引力，但是很难实行并且不经济。这种类型的解决方案只在特定情境下才值得，比如每敷设一根电缆就需要很高的租金成本。

结论

远端射频系统为网络运营商提供了明显的成本和技术优势，因此去年安装的远端射频系统数量第一次超过了传统系统的数量。专家预计这一趋势将继续并加速。另外，专家还预计系统制造商的所有新开发系统将全部基于远端射频系统。

FTTA的网络结构创新、灵活，有助于进一步降低运营成本，并可确保网络在未来具有可持续性。

 作者：HUBER＋SUHNER集团Martin Strasser 博士