光纤到天线 (FTTA)

什么是 FTTA?

光纤到天线 (FTTA) 是一种无线站点架构,在该架构中,光纤一直铺设到发射塔,而在过去,大部分铺设的都是更沉重的同轴电缆。诸如远程射频单元 (RRU) 等重要组件也位于发射塔顶部,而不是位于基座位置。

在 FTTA 配置中,位于发射塔底部的基带单元 (BBU) 通过光纤馈线连接,延伸至靠近发射塔顶部天线的远程射频头 (RRH)。RRH 将数字信号转换为模拟信号,而 RRH 和天线之间的一小段距离仍然铺设传统同轴电缆。

对光纤到天线 (FTTA) 的需求

智能手机和平板电脑使用的快速增长需要越来越多的蜂窝带宽,而不断增长的蜂窝基础设施需求通常未得到充分认识。

术语“蜂窝”源自天线发射塔网络使用频区体系或“基站”实现无缝覆盖范围的创新方式。每个基站都由一个中央天线提供服务,并通过关联的传输范围定义。如果要增加可用带宽,就需要更多的基站,因此就需要更多天线。

这些天线自然就需要电缆铺设到其发射塔,从而将它们连接到高频率和功率,因此,在宽带天线架构中,使用更高效的光纤来完成这些连接已经成为了一种可修正的范式转换,FTTA 的需求进而应运而生。

FTTA:优点、缺点和各种因素

转换到 FTTA 很明显能为消费者、运营商和技术人员带来许多好处。但是,就像大多数先进技术一样,还有一些复杂因素和难题亟待解决。

光纤到天线 (FTTA) 的优点

光纤到天线最明显的优点可能来源于电缆本身的物理特性。光缆直径更小,并且重量更轻,因此在只能铺设一根同轴电缆的相同大小空间中将能铺设多根光缆。由于蜂窝发射塔会自然而然受到某些因素的影响,因此光缆的物理尺寸和属性使得其遭受狂风损坏的可能性要小很多,这便是 FTTA 的优势之一。

光纤到天线技术的其他优势与从模拟到数字的转换相关。由于信号损耗的原因,天线和基站之间最长只能铺设约 100 米的同轴电缆。光缆的铺设距离最长可达 20 千米,而且损耗极低。这样,我们就能将基站集中放置,同时实现架构中的其他类似效率,这就形成了 FTTA 的另一大优势。

FTTA 的能耗和信号完整性也有所改善。发射塔放大器不再会受到长距离铺设同轴电缆的本底噪声的影响。 传统基本单元中功率放大器的空调冷却方式被 RRH 的环境空气冷却方式所取代,从而大幅降低了系统的耗电量。

光纤到天线 (FTTA) 的缺点

光纤到天线很明显提供了许多关键优点。但是,FTTA 也存在许多潜在的缺点, 这些缺点是由于介质变化以及光纤的固有难题所造成的。光纤更加易碎,因此需要小心搬运。污垢和灰尘是光纤的天敌,露天铺设的光纤特别容易受到损坏。定制光纤通常不可互换,并且损坏的光纤通常必须更换,而不能只是维修。

现场端接可能更加困难,因此必须要铺设更加昂贵的工厂端接电缆。在铺设预制电缆时,有时需要加入混合(光纤和电源)电缆,因为 RRH 必须单独供电。如果在安装期间需要对预制电缆铺设进行调整,就可能会造成进度拖延。

在 FTTA 架构中,所有射频功能都位于 RRH 上,并且射频信息是使用通用公共无线接口(即 CPRI)通过光纤在数字域中发送的。任何射频维护或故障排查工作(例如干扰分析)都需要上到塔顶接触到 RRH 才能完成。这意味着运营成本更高,并会带来安全问题。

适用于技术人员的 FTTA 最佳实践

垂直光纤铺设带来了一些独有的难题。掌握了地面光纤使用技艺以及拥有同轴天线发射塔电缆铺设经验的技术人员应该要了解行业推荐的 FTTA 测试及维护最佳实践。.

尽管光缆比同轴电缆轻很多,但是,如果在垂直铺设时超过了建议的长度,仍然可能会超过光纤的抗拉强度。

= (1/2 x 最大长期抗拉载荷)/电缆重量

即使注意到了这些限制,也仍然应该每隔三到五英尺将电缆固定到发射塔上,以防其受到环境因素的影响而进一步增大张力和弯曲应力。选择的发射塔卡夹应能防止电缆振动,同时又要能轻轻地将电缆卡住,以避免卡夹造成任何机械压力。使用混合布线方式时,可以使用同轴电缆挂钩,因为混合电缆通常带有套管和保护套,受到了额外的保护。

光纤弯曲半径的保守经验法则是,此半径至少为电缆直径的五倍。如果超过此限制,即使弯曲位于端接点处或端接点附近,也可能会损坏电缆的光纤纤芯并致使其无法使用。在处理电缆松弛情况时,因为需要将电缆卷绕在支架或机箱上来安全地存放电缆,所以这一最佳实践可能会变得很重要。

光纤的易碎特性使其有时不太适合在靠近发射塔顶的恶劣而危险的环境中使用。这意味着应尽可能使用高效的创新 FTTA 测试工具。例如,在连接 RRH 之前,需要对光缆的陶瓷插芯进行清洁。使用专门针对这种应用设计的清洁设备可以节省技术人员的时间,并避免不必要的移动。技术人员不应裸手接触这些端接点,因为皮肤上的油脂可能会轻易污染这些敏感元件。

为何测试 FTTA 网络非常重要

不断增长的带宽需求使得 FTTA 安装的优化持续操作比以往更加重要。在构建、激活和维护过程中,测试是必不可少的。在其中每个阶段进行适当的 FTTA 测试可以最大程度地减少未来的故障排查和停机。

FTTA 安装可能是一项危险而复杂的工作。除了爬塔和高海拔工作带来的危险外,长时间遭受天线本身发出的射频能量的照射也是有害的。

故障排查、维修和校正意味着会增加爬塔次数。在构建过程中和构建之后进行彻底的 FTTA 测试可以显著减少这种不必要暴露于危险的情况。针对专门 FTTA 测试流程和工具的认证和培训可以让技术人员受益匪浅。

如何测试 FTTA 网络

为了成功地测试 FTTA 安装,应分别对所有单独的元件进行测试,然后再作为一个系统或子系统进行测试,确保系统的所有重要部件均达到最佳表现。仔细规划 FTTA 测试流程特别重要,因为安装可能会分为不连续的阶段完成。

光缆性能的一项基本要求是清洁度,而完成清洁度验证的最佳方式是 检测. 。应在光纤显微镜下检测连接器陶瓷插芯是否有刮痕。同样,应对光纤纤芯和凃覆层进行放大检测,确保其清洁且未损坏。如果发现灰尘或污染,则可以对连接面进行清洁,然后重新检测,直至达到使用验收标准为止。

保证了每个连接点的清洁之后,应对铺设的每条电缆的连续性和插入损耗进行测试,然后再开始安装。 可视故障定位仪 (VFL) 工具非常适合用于验证光纤的连续性和完整性。

就像电缆一样,在进行系统测试之前,应单独对 RRH 和 BBU 进行测试。在发射塔中安装有源设备之前,检查此设备的功率电平是一种明智的做法。

光时域反射仪 (OTDR) 是一种用于创建所铺设光缆的虚拟“图片”的仪器。OTDR 可提供与光纤完整性以及所铺设电缆沿线的任何连接点和接合点的重要信息。OTDR 是一种单端工具,可用于验证电缆完整性以及对铺设的 FTTA 电缆进行故障排查,从而最大程度地减少额外的爬塔次数。

OTDR 过去主要用于长途应用,现在则可用于诊断与 FTTA 相关的更短距离的光纤铺设。在构建期间,也可以使用 10-20 米的发射电缆,通过 OTDR 来单独测量 RRH 和 BBU 中的损耗和反射系数。OTDR 随后又可以成为用于维护活动的非常有用的工具,确保每个连接器的总体损耗和反射系数保持稳定并在可接受的限制范围内。

FTTA 基站中同时使用了同轴电缆和光缆,尽管同轴电缆的角色现在已简化为 RRH 和天线之间的短跳线,但为了进行全面的基站验证,仍然需要进行回波损耗或电压驻波比 (VSWR)、故障点距离和射频传输功率测试;而且,对于基于光纤的馈线,包括光传输功率在内的光学和光纤指标以及光纤检测测试非常重要。除了与信号完整性(包括射频特征)相关的一致性测试外,为了确保 FTTA 服务质量,干扰分析和调制质量也必不可少。

由于所有射频信息现在都是通过光纤在 RRH 和 BBU 之间传输的,因此,支持 RF over CPRI (RFoCPRI) 技术的测试解决方案可以从 CPRI 中解映射射频组件。RFoCPRI 技术可验证 CPRI 控制信号,并提取 BBU 和 RRH 之间传输的用户面流量或射频 (IQ) 数据,同时允许对移动设备(上行链路)上的干扰信号以及无线信号(下行链路)的性能进行监测和分析。

RFoCPRI 提供了解映射用户面数据并对其进行分析的能力,从而允许在地面上通过 BBU 处的光纤耦合执行射频维护和故障排查。此技术有几项显著优势,其中包括:

  • 将需要攀爬基站发射塔的次数减少到最小,提高了安全性
  • 最大程度地减少所需测试仪器的数量
  • 大幅缩短维护时间并减少运营开支

光纤到天线 (FTTA) 的未来

消费者需求和技术进步会不断让宽带基础结构遭受挑战,并且必须进行更多创新。在渐进式改进(例如与 RRH 集成的有源天线)消除了对全同轴电缆的需求的同时,小型基站技术以及发射塔建造技术也在不断发展,我们可以大胆地推测,光纤到天线的未来将为我们带来更多的惊喜。

随着连接速度比 4G 快 100 倍的 5G 无线技术的出现,将需要更多小型基站/DAS,并且需要在传统天线发射塔带宽方面取得改进。光纤将继续为这种不断发展的网络提供力量的源泉,因为只有光纤才能为这些小型基站由于流量的激增而产生的回传提供支持

光纤到天线 (FTTA) 在宽带架构方面已经取得了宝贵的进步,让覆盖范围能够跟上持续不断的需求的步伐。通过不断始终如一地遵循 FTTA 安装和光纤测试最佳实践,我们将能继续满足我们的“蜂窝”社会不断增长的需求。

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