住宅小區(qū)無線覆蓋優(yōu)化解決方案1

1、住宅小區(qū)無線覆蓋優(yōu)化解決方案龔南平（中國聯(lián)通南通分公司移動部 226001）摘要： 自無線通信運營商開始室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)以來，明顯的改善了移動用戶在室內(nèi)通話質(zhì)量，分擔了室外宏蜂窩基站的話務(wù)量，前期的室內(nèi)分布系統(tǒng)主要圍繞著賓館、寫字樓、商業(yè)廣場等話務(wù)熱點的覆蓋，隨著用戶對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量要求的提高，對住宅小區(qū)的深度覆蓋成了無線通信運營商的主要課題，由于無線電波的繞射能力差及穿透建筑物的衰耗大，雖然無線通信運營商對網(wǎng)絡(luò)進行了多種多樣的優(yōu)化工作，但城市中大多數(shù)住宅小區(qū)或多或少的存在弱信號區(qū)和盲區(qū)。因此，如何解決好住宅小區(qū)的室內(nèi)信號覆蓋問題，滿足廣大用戶的需求，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，已變得越來越重要，也成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)

2、化工作的一個重點。本文詳細闡述了關(guān)于住宅小區(qū)深度覆蓋的幾種解決方案。 關(guān)鍵詞： 小區(qū)覆蓋 電磁環(huán)境 傳播模型 1.概述隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市建設(shè)的日新月異，城區(qū)密集型居民小區(qū)樓宇不斷增多，電磁環(huán)境、地理環(huán)境及建筑環(huán)境日益復雜，電磁傳播環(huán)境發(fā)生了很大變化。近年來，中國聯(lián)通一直致力于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的完善和優(yōu)化，在針對城市公用高層建筑和地下設(shè)施的無線覆蓋系統(tǒng)基本建成并日趨完善的同時，為滿足用戶越來越高的通信需求，住宅樓和居民生活區(qū)GSM、CDMA無線信號覆蓋已日顯重要，尤其是現(xiàn)代高檔住宅樓群和居民小區(qū)將成為網(wǎng)絡(luò)運營商的競爭對象。住宅樓群和居民小區(qū)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和以往我們實施室內(nèi)分布系統(tǒng)時的那些商業(yè)網(wǎng)點

3、和寫字樓有很大區(qū)別，工程難度大、技術(shù)復雜，解決好住宅區(qū)室內(nèi)信號問題，是中國聯(lián)通打造精品網(wǎng)絡(luò)、提高客戶滿意度的重要舉措。本文旨在通過對住宅樓群和居民小區(qū)無線信號特點的分析，針對實例，提出切實可行的解決方案，并通過實施和實地測試。2.理論分析2.1實際電磁環(huán)境與建筑結(jié)構(gòu)移動通信的電波傳輸是錯綜復雜的。在設(shè)計移動通信系統(tǒng)時，一個最重要的問題是要知道系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)每個接收點接收信號的強度以及它的波動變化情況。由于各個建筑物對電波的吸收能力是不同的，不同材料結(jié)構(gòu)和樓房層數(shù)，其吸收損耗數(shù)據(jù)都不一樣。例如，磚石材料吸收損耗的數(shù)據(jù)較小，鋼筋混凝土的數(shù)據(jù)大些，鋼架結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)最大。一般介紹的經(jīng)驗轉(zhuǎn)播模型都是以街心或

4、空闊地面為假設(shè)條件，故如果移動臺要在室內(nèi)使用，在計算傳播損耗和場強時，需把建筑物的穿透損耗也計算進去。即 Lb=LoLp式中，Lb為實際路徑損耗中值，Lo為在街心的路徑損耗中值，Lp為建筑物的穿透損耗。另外，還有普通玻璃窗的損耗，一般為36db。對于手持機，當位于使用者腰部和肩部時，接收的信號場強比天線離開人體幾個波長時將分別降低47db和12db。一般人體損耗設(shè)為3db。一般情況下，Lp不是一個固定的數(shù)值，而是一個040db的范圍，需根據(jù)具體情況而定。此外，穿透損耗還隨不同的樓層高度而變化。損耗值隨樓層的增高而近似線性下降。2.2設(shè)計所用的傳播模型分析從電波傳輸特性分析可知，從基站到住宅室內(nèi)

5、信號的傳播損耗主要有空中傳播的路徑損耗和由室外向建筑物內(nèi)傳播的穿透損耗。市區(qū)覆蓋距離大于1km的基站可用Okumura-Hata經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行傳播損耗的預測：Lo(db)=69.55+26.16log(F)-13.82log(Hb)+(44.19-6.55log(Hb)log(D)-(Hm)-)其中，Lo為路徑損耗，Hb、Hm分別是基站、手機有效天線高度（m），(Hm)天線高度修正因子(db)，(Hm)=（1.1log(F)-0.7）Hm-(1.56log(F)-0.8)；D為到基站的距離（km），F(xiàn)是頻率（MHz）。是市區(qū)建筑物密度修正因子（db）。歐洲研究委員會COST231傳播模式小組根據(jù)

6、，計算市區(qū)環(huán)境的估算結(jié)果并結(jié)合一些處理街道走向的修正函數(shù)，得出了COST-231-Walfish-Ikegami模式，也就是所謂的微蜂窩模式，在這種情況下，基站一般安裝得比較低，電波傳播由周圍建筑物的繞射和散射來決定，也就是主射線在街道組成的峽谷內(nèi)傳播，它的傳播特性和自由空間的傳播特性是有差別的，街道峽谷傳播模型如下：L=42.6+26lgD(km)+20lgF(MHz) D=0.02km式中第一個常數(shù)是這樣確定的，即L等于D=20m時的自由空間損耗。我們根據(jù)這個理論依據(jù)，以小區(qū)室外信號最差處設(shè)計，如果該處F=800MHz，H1=21m，H2=1.5m，D=0.2km，得到L（db）=83.5

7、 db加上當?shù)氐母郊訐p耗，從而算出從發(fā)射機到移動臺的傳輸損耗，以此來作為預測的依據(jù)。3.住宅小區(qū)分類和不同覆蓋特點居民住宅小區(qū)無線覆蓋既不同于城郊結(jié)合部的室外直放站，也不同于公用高層大樓的室內(nèi)覆蓋。由于小區(qū)類別的不同，它們又有各自不同的覆蓋特點。3.1城市高檔別墅區(qū)城市高檔別墅區(qū)一般位于市區(qū)或市郊，小區(qū)占地面積大,房屋間距較大,對信號衰減較小。一般來說，如果小區(qū)附近建有基站，小區(qū)內(nèi)的信號覆蓋一般較好。3.2城市高檔住宅區(qū)城市高檔住宅區(qū)一般位于市區(qū)或市郊，小區(qū)內(nèi)房屋以多層和高層建筑為主，存在的問題主要是由于乒乓效應(yīng)引起的中高層的通話質(zhì)量和電梯內(nèi)的信號覆蓋；而多層住宅由于房屋間距較小，信號衰減較大

8、，室內(nèi)覆蓋較差，尤其是小區(qū)內(nèi)低層的信號覆蓋較差，用戶投訴較多。3.3城市密集型住宅區(qū)城市密集型住宅區(qū)一般位于市區(qū)老城區(qū)，小區(qū)內(nèi)房屋以多層建筑為主，存在的問題主要在于多層住宅房屋密集、多層建筑間距小，信號衰減大，室內(nèi)覆蓋較差，特別是小區(qū)內(nèi)低層室內(nèi)的信號覆蓋差，造成用戶投訴較多。3.4城郊及農(nóng)村居民住宅區(qū)城郊及農(nóng)村居民住宅區(qū)位于市區(qū)老城區(qū)、城郊和農(nóng)村，房屋一般不超過三層、房屋密集程度極高，間距很小，對無線信號的衰減大，室內(nèi)信號差，用戶投訴也較多。同時，這類房屋一般附近沒有高大建筑，解決覆蓋難度較大。3.5農(nóng)村高檔別墅區(qū)農(nóng)村高檔別墅區(qū)位于農(nóng)村，一般為三層以下建筑，房屋密集，對信號衰減較大，室內(nèi)尤其是

9、底層的覆蓋較差。由于農(nóng)村高檔別墅區(qū)的住戶一般是當?shù)乇容^富裕的私營業(yè)主或比較富裕的人，這些人往往是手機話費較高的大客戶，因此做好這類小區(qū)的覆蓋有比較重要的意義。4.解決城市密集型住宅區(qū)覆蓋的主要技術(shù)方案4.1光纖耦合室外分布方案此方案特點是：信號純凈，通話質(zhì)量好，對基站無干擾，能實現(xiàn)點對多點小區(qū)覆蓋。前提條件是小區(qū)到信源耦合接入基站之間有光纜傳輸。分布覆蓋借用小區(qū)已有的線纜通道到大樓的現(xiàn)狀設(shè)計實施，因而其投資較少，覆蓋效果良好，但也正因為在小區(qū)到信源基站之間敷設(shè)傳輸光纜和在小區(qū)內(nèi)要借用地下線纜通道，故而建設(shè)工期較長，難度相對較大。此方案可徹底解決整個小區(qū)的室內(nèi)覆蓋。4.2無線引入光纖室外分布方案

10、光纖無線引入室外分布覆蓋同光纖耦合引入室外分布覆蓋方式在遠端覆蓋設(shè)備及工程上保持一致，它是光纖分布的另一種引入方式，做法是在覆蓋小區(qū)邊緣群樓樓頂選擇一個信號質(zhì)量相對較好的位置，同時考慮隔離度確保系統(tǒng)正常。在此位置架設(shè)一施主天線接收基站信號，通過局端設(shè)備濾波放大后將射頻信號轉(zhuǎn)換成光信號，光信號通過在小區(qū)內(nèi)敷設(shè)的光纜傳輸?shù)矫恳粋€遠端設(shè)備，轉(zhuǎn)換成射頻信號放大后進行覆蓋。此種接入方式是在宏蜂窩基站與覆蓋區(qū)之間沒有光纜時或敷設(shè)光纜施工困難時采用，它的優(yōu)點是信號源選擇較為靈活，光纜施工比宏蜂窩基站耦合接入工程量小、施工容易（光纜只在小區(qū)內(nèi)敷設(shè)），協(xié)調(diào)相對簡單。20m20m4.3無線直放站覆蓋方案此種方式的

11、特點是：在光纜施工中如果存在較大的困難，導致光纜無法施工、滿足要求時，在小區(qū)內(nèi)光纜敷設(shè)及在小區(qū)內(nèi)樓頂安裝設(shè)備較難實現(xiàn)的情況下，可以采用“無線直放站覆蓋方式”。此方案在小區(qū)內(nèi)作業(yè)范圍小，對小區(qū)總體影響不大，較易協(xié)調(diào)。且工程量小、施工容易、工期短?？梢詮牟煌攴涓C基站接入信號，容納的用戶數(shù)較多。33dBm33dBm33dBm33dBm40m40m40m26.3dBm無線直放站（CDMA）無線直放站（GSM）2.1dB/30m29.5dBm雙頻合路器2.8dB/40m25.6dBm2.1dB/30m1/2功分無線直放站（CDMA）雙頻合路器無線直放站（GSM）40m5.城市密集型住宅區(qū)覆蓋覆蓋解決方

12、案實例5.1概述南通市學田南苑住宅小區(qū)位于南通市工農(nóng)路東側(cè)，學田南路，東經(jīng)12052.387北緯3200.532。學田南苑由52棟 2至4單元多層組成，小區(qū)樓宇較為密集，均為6層結(jié)構(gòu)，附1為車庫及雜物間，1至6層為住房。學田南苑總占地面積約135畝，總建筑面積約30萬余平方米。其建筑為鋼筋混凝土、磚混，結(jié)構(gòu)較為復雜，對信號衰減較大，樓宇室內(nèi)相當一部分區(qū)域手機信號較弱且出現(xiàn)脫網(wǎng)，聯(lián)通（G網(wǎng)、C網(wǎng)）用戶通信困難，用戶強烈要求改善網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量。該小區(qū)約有住戶1800戶，每戶以3人估算，共有人口5400人，小區(qū)工作人員約80人，小區(qū)總?cè)丝跀?shù)量達5480人。擁有手機人數(shù)以70%估算，中國聯(lián)通用戶占比例以

13、50%估算，小區(qū)中國聯(lián)通用戶總數(shù)量達到1918部，每用戶的估算話務(wù)量約為0.013愛爾蘭，總需求容量24.934愛爾蘭。5.2現(xiàn)場示意圖5.3小區(qū)覆蓋實施前電測環(huán)境說明經(jīng)現(xiàn)場測試，覆蓋區(qū)域周圍樓宇密集。小區(qū)室外G網(wǎng)信號強于-85dBm的覆蓋面積為82.41%，通話質(zhì)量優(yōu)于4級的覆蓋面積約為67.66%，小區(qū)室內(nèi)G網(wǎng)信號強于-85dBm的覆蓋面積為16.24%，通話質(zhì)量優(yōu)于4級的覆蓋面積約為29.9%；小區(qū)室外C網(wǎng)信號強于-85dBm的覆蓋面積為96.1%，Ec/Io-9dB的覆蓋面積約為67.7%，F(xiàn)ER-9dB的覆蓋面積約為52.5%，F(xiàn)ER1%的覆蓋面積約為58.54% 。在小區(qū)西北方向大

14、約300米處有聯(lián)通基站，但基站到小區(qū)之間有較高層建筑阻擋，根據(jù)現(xiàn)場勘測，小區(qū)過道、社區(qū)綠化帶及公共室外健身場所的信號基本能正常通信，而在小區(qū)樓宇室內(nèi)，大部分區(qū)域信號弱、通信質(zhì)量差，切換頻繁，無法建立正常通信，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不能滿足用戶需要。5.4設(shè)計思路根據(jù)學田南苑現(xiàn)場勘測結(jié)果及周圍環(huán)境因素，在信源的引入方式上，我們首選為光纖引入。因為整個學田新村住宅區(qū)整體規(guī)模較大，學田南苑僅為其中的一部分，考慮到今后整個小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及建設(shè)方面，每個園區(qū)之間不能相互影響，產(chǎn)生干擾，保證整個網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠運行。常規(guī)的引入方式還有移頻微波、無線接入兩種方式，移頻微波雖然有不需敷設(shè)光纜之優(yōu)勢，但作為城區(qū)，干擾源較多，網(wǎng)

15、絡(luò)間會產(chǎn)生相互干擾，使得網(wǎng)絡(luò)的整體指標下降。一般情況我們建議在城郊、用戶不太密集、基站相對較少的區(qū)域使用，只需要做單網(wǎng)覆蓋時使用。無線引入的方式，由于他對建設(shè)點的特殊要求，只有在滿足足夠隔離度的情況下方可實施。一般無線引入多用于小范圍覆蓋，且不會對周圍基站產(chǎn)生干擾的情況下采用。結(jié)合以上各項因素，本次方案采用光纖引入的方案實施，即方案4.1信源選擇有兩種，一種為微蜂窩直接接入，另一種為宏蜂窩耦合引入，在兩種信源的選擇上，微蜂窩接入一般用在用戶數(shù)量較多、業(yè)務(wù)量比較繁忙、且用戶較集中的區(qū)域。如：地鐵、寫字樓、大型公共場所等。設(shè)計時應(yīng)盡量不使微蜂窩信號外泄，以免產(chǎn)生切換、掉話。宏蜂窩基站耦合引入，作為

16、小區(qū)覆蓋來講比微蜂窩接入合理。其一、它可使宏蜂窩基站空閑信道得以充分利用，其二，對于整體網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化不需對作過多的調(diào)整。耦合扇區(qū)只需與覆蓋區(qū)同一方向即可，不需對周邊基站做相鄰切換關(guān)系。所以本次工程方案首選宏蜂窩基站耦合引入。分布方式上，考慮到整個小區(qū)沒有架空線纜，饋線架設(shè)時不能影響小區(qū)整體環(huán)境，且在滿足覆蓋要求的同時節(jié)省覆蓋天線的數(shù)量，結(jié)合以上要求，我們采用在架設(shè)點樓頂四角安裝板式定向天線進行覆蓋。5.5天線分布平面圖5.6電磁兼容設(shè)計由于小區(qū)內(nèi)沒有移動公司的基站，故聯(lián)通不會對移動網(wǎng)絡(luò)造成干擾。采用基站耦合及光纖傳輸，避免了信號源引入C網(wǎng)和G網(wǎng)之間的無線干擾，同時所用設(shè)備在設(shè)計階段就已經(jīng)解決了C網(wǎng)

17、和G網(wǎng)之間的電磁干擾，指標較高，采用高性能的雙頻合路器和高性能的基站天線，保證了整個系統(tǒng)的電磁兼容。5.7邊緣場強計算每個天線的覆蓋半徑約為120米，每個天線出來的信號穿透1堵墻（每堵墻衰減取20 dB），地面、墻壁及天花等物體反射的多徑傳輸衰落儲備取10 dB，路徑總衰減 L=L自由+L墻+ L多徑 + L功 =114其中 L自由為傳播120米的空間自由衰耗取74dBL墻為信號穿透墻的衰減20dB（900M）L多徑為多徑衰落10 dBL功為功率儲備取10dB預測點場強=覆蓋天線有效發(fā)射功率-路徑總衰減L=33-114=-81dBm根據(jù)以上計算結(jié)果，邊緣場強預測值為-81dBm，可以達到良好的覆蓋。5.8上行噪聲分析系統(tǒng)上行噪聲分析說明:直放機的上行輸出噪聲電平最大為N=-70dBm。該噪聲由耦合器傳輸至基站天線口噪聲電平為 NP=NC-Lr 已知N= -70 dBm， C=50 dB（耦合器耦合值），Lr=1.3dB（電纜及電纜接頭損耗）可得NP=-121.3dBm-9dB的覆蓋面積約為99.05%（原為67.7%），F(xiàn)ER-9dB的覆蓋面積約為93.13%（原為52.5%），F(xiàn)ER1%的覆蓋面積約為99.95%（原為