移動通信室內(nèi)多制式合路覆蓋工程設(shè)計

1、移動通信室內(nèi)多制式合路覆蓋工程設(shè)計【摘要】隨著城市的建設(shè)與發(fā)展，解決高層覆蓋和深層覆蓋已經(jīng)成為城市移動通信建設(shè)中一項越來越重要的內(nèi)容；即將開展的 3G 業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的使用通常發(fā)生在室內(nèi)?；诖耍恼聦σ苿油ㄐ攀覂?nèi)多制式合路覆蓋進(jìn)行了深入的分析，并提出了解決方案?！娟P(guān)鍵詞】2G 3G 室內(nèi)分布系統(tǒng) 多制式合路覆蓋1 引言提高室內(nèi)覆蓋能力，不僅可以給用戶帶來更好的業(yè)務(wù)使用體驗，還可以分散過密地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力，更可以與其他運營商的網(wǎng)絡(luò)爭奪室內(nèi)話務(wù)量。可以肯定的是，室內(nèi)覆蓋的完善是 3G 取得成功的關(guān)鍵因素之一。解決高層內(nèi)部覆蓋與深層覆蓋，目前主要通過兩種方法：一是在周邊建設(shè)基站，二是建設(shè)室內(nèi)分布系

2、統(tǒng)，本文重點討論第二種。無線室內(nèi)分布系統(tǒng)的引入不受頻段和通信制式的限制，兼容各種移動通信制式建設(shè)要求1，包含 2G（2nd Generation，第二代移動通信系統(tǒng)）、3G（3rd Generation，第三代移動通信系統(tǒng)）、WLAN（Wireless Local Network，無線局域網(wǎng)）和 PHS（Personal Handy-phone System，個人便攜電話系統(tǒng)）。各通信制式室內(nèi)分布系統(tǒng)可單獨建設(shè)，滿足各制式的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求；也可以采用多制式合路，此時各制式應(yīng)滿足各自的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)要求，并保證各制式間互不干擾。2 多制式合路室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)多制式合路室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)是將多個系統(tǒng)無線信號進(jìn)行合路

3、，共用一套室內(nèi)天饋線分布系統(tǒng)的方式。如圖 1 所示。合路器作為連接無線通信施主信號（各運營商的信源）與分布覆蓋信號的橋梁，其主要功能是對各運營商的射頻信號分別進(jìn)行合路及分路，并濾除各頻帶間的干擾成份。圖 1 多制式合路室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)示意圖室內(nèi)分布系統(tǒng)由有源放大設(shè)備（干線放大器、光端機等）、纜線（同軸電纜、光纜、泄漏電纜）、功分器、耦合器、室內(nèi)天線等設(shè)備組成。3 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)及要求很有必要明確分布式布線系統(tǒng)接入的各個移動通信系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求，包括布線系統(tǒng)接入的 2G、3G 及 WLAN 等的設(shè)計指標(biāo)要求，特別是 3G 的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)及要求。3.1 3G 系統(tǒng)主要指標(biāo)要求23（1）呼損率：無線

4、信道的呼損率小于 2%。（2）無線覆蓋區(qū)內(nèi)可接通率：要求在無線覆蓋區(qū)內(nèi) 95%的位置和 99%的時間，移動臺可接入網(wǎng)絡(luò)。（3）信號覆蓋電平：室內(nèi)覆蓋各分區(qū)全部與室外宏基站同頻時，覆蓋建筑物邊緣區(qū)域內(nèi) 75區(qū)域的信號電平大于-80dBm，封閉區(qū)域和室內(nèi)縱深區(qū)域信號電平不低于-95dBm。室內(nèi)覆蓋與室外宏基站異頻時，當(dāng)建筑物全部采用異頻覆蓋，覆蓋信號強度必須大于-90dBm；當(dāng)建筑物部分采用異頻覆蓋，同頻覆蓋分區(qū)邊緣區(qū)域內(nèi) 75區(qū)域的信號強度大于-80dBm，異頻覆蓋分區(qū)信號強度必須大于-90dBm。（4）室內(nèi)覆蓋信號泄露要求：室內(nèi)覆蓋信號應(yīng)盡可能少地泄漏到室外。在建筑物周圍 10米處，室內(nèi)覆蓋同

5、頻分區(qū)的泄漏信號應(yīng)比室外信號低 10dB 以上，且最大不超過-85dBm；室內(nèi)覆蓋異頻分區(qū)泄漏信號最大不超過-90dBm。（5）在基站接收端位置收到的上行噪聲電平應(yīng)小于-121dBm。（6）根據(jù)國家環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)天線的導(dǎo)頻發(fā)射功率為 15dBm 以下。（7）室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計時對最小耦合損耗的要求大于 61dB。（8）下行導(dǎo)頻信道 Ec/Io（導(dǎo)頻強度）應(yīng)不小于-12dB。（9）軟切換成功率：室內(nèi)外小區(qū)之間、室內(nèi)各小區(qū)之間的同頻切換成功率大于 98%；硬切換成功率：室內(nèi)外小區(qū)之間、室內(nèi)各小區(qū)之間的異頻切換成功率大于 95%。3.2 3G 設(shè)計技術(shù)指標(biāo)的討論通常我們提出類似 CS 64（

6、Circuit Switching，電路交換）業(yè)務(wù) 95區(qū)域連續(xù)覆蓋這樣的設(shè)計目標(biāo)，但據(jù)此并不能直接提出設(shè)計的具體指標(biāo)，如導(dǎo)頻 RSCP（Received Signal Code Power，接收信號碼功率）最低限、EcIo 最低值等4。這是因為：（1）3G 系統(tǒng)中各種業(yè)務(wù)均有各自所需反映信噪比的 EbNo 值（此值還依賴具體的無線環(huán)境、終端速度等條件），只有滿足該值需求，才能提供此業(yè)務(wù)。（2）由此 EbNo 值和該業(yè)務(wù)的處理增益可以推出滿足此業(yè)務(wù)的參考 EcIo 值，但此 Ec Io 值是不可通過測試手機和測試軟件直接測量得到的，測試手機和測試軟件得到的是導(dǎo)頻信道的 RSCP、EcIo。（3

7、）在 RNC（Radio Network Controller，無線網(wǎng)絡(luò)控制器）側(cè)可以為下行方向各業(yè)務(wù)發(fā)射功率設(shè)置一個最大值，各業(yè)務(wù)的覆蓋范圍因此最大值不同而不同。因此，我們應(yīng)從鏈路預(yù)算角度出發(fā)，估算各業(yè)務(wù)覆蓋情況，例如，當(dāng)天線 EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效全向輻射功率）導(dǎo)頻信道設(shè)計為 11dBm、邊緣 EcIo 在-15dB以上時，該天線覆蓋半徑為 59.1 米（自由空間）；而當(dāng) AMR 12.2（Adaptive Multi-Rate，自適應(yīng)多速率）業(yè)務(wù)最大發(fā)射功率設(shè)為 7.2dBm 時，該業(yè)務(wù)覆蓋半徑為 52.3 米，說明該天線下邊

8、緣區(qū)域AMR 業(yè)務(wù)覆蓋受限。因此，我們在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)鏈路預(yù)算情況確定覆蓋區(qū)域的導(dǎo)頻RSCP、 EcIo 下限值以達(dá)到覆蓋目標(biāo)。根據(jù)實際經(jīng)驗來看，室內(nèi)設(shè)計指標(biāo) RSCP 在-90dBm、EcIo 在-12dB 以上可以滿足大部分覆蓋需求。3.3 功率匹配多系統(tǒng)共用一個分布系統(tǒng)的最大問題是功率如何匹配，包括信號源輸出功率的匹配，不同頻段的信號在分布系統(tǒng)中傳輸產(chǎn)生的損耗影響，邊緣覆蓋場強的不同要求，不同頻段的無線電波空中損耗而產(chǎn)生的影響等。這些問題都需要工程設(shè)計人員根據(jù)運營商的不同要求和各樓的實際情況綜合考慮。（1）覆蓋和容量的統(tǒng)籌考慮根據(jù)共用分布系統(tǒng)的各自情況，盡量滿足覆蓋和容量的要求。另外，考慮

9、到 3G 在室內(nèi)的鏈路損耗比 GSM900 的要大，所以一般需要增加一定數(shù)量的天線點，以滿足室內(nèi)覆蓋的要求。（2）共用分布系統(tǒng)的干擾問題各個系統(tǒng)在發(fā)射有用信號的同時，在工作頻帶外還會產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號，這些信號就會對其他系統(tǒng)形成干擾。而產(chǎn)生的無用信號的大小，除和設(shè)備本身的質(zhì)量有關(guān)以外，主要與兩個因素有關(guān)，即自身輸出功率和偏離工作帶寬的程度。系統(tǒng)對外來干擾的承受能力也和兩個因素有關(guān)，即本身信號強度和干擾信號的大小。可以通過增加系統(tǒng)間的隔離度、降低干擾源的發(fā)射功率等方式來減少干擾。在發(fā)送端或接收端配置濾波器也能有效地減少系統(tǒng)間的干擾。另外選用射頻性能優(yōu)良的發(fā)射機、接收機以及實施后期網(wǎng)絡(luò)

10、優(yōu)化等措施也是降低干擾的有效手段。目前，各通信系統(tǒng)的室內(nèi)分布合路通過 PoI（Point of Interface，多系統(tǒng)合路器）來實現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)不同的隔離度要求，PoI 可以有兩種設(shè)計方案：收發(fā)共路和收發(fā)分路。其中收發(fā)共路的典型特點是對外接口少、體積小，主要應(yīng)用于系統(tǒng)間干擾較小、不需要很大隔離度的室內(nèi)分布場合。而收發(fā)分路雖然接口數(shù)量較多，但設(shè)計簡單，且能實現(xiàn)很高的隔離度6。4 多制式合路室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)設(shè)計4.1 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)設(shè)計流程圖 2 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)設(shè)計流程圖4.2 建筑內(nèi)覆蓋現(xiàn)狀測試以測試圖方式提供建筑內(nèi)宏基站覆蓋測試結(jié)果。 測試層面的選取應(yīng)能反映建筑從低層到高層各個層面（包括不同的隔斷類

11、型）的覆蓋情況。同頻分區(qū)內(nèi)每 5 層必須選取一個測試層面。每個測試層面的測試應(yīng)全面體現(xiàn)該層面室外宏基站的覆蓋情況。測試圖應(yīng)提供Ec、Ec/Io、激活集內(nèi)下小區(qū)等信息，應(yīng)標(biāo)明周圍宏站的相對位置和技術(shù)參數(shù)（包括周圍 2 公里內(nèi)的已建站和已立項的待建站，宏基站信息應(yīng)具體表述各宏站的位置、距離、站高、阻擋情況等技術(shù)參數(shù)）。根據(jù)建筑特點、線槽位置、覆蓋電平要求，選取天線安裝位置。對選取的天線安裝位置和 2G 室內(nèi)覆蓋天線安裝位置進(jìn)行 3G 覆蓋模擬測試，提供模擬測試圖。模擬測試應(yīng)全面反映建筑內(nèi)無線傳播特點。測試點應(yīng)包括選取的天線安裝位置和原 2G 室內(nèi)覆蓋天線安裝位置。測試結(jié)果應(yīng)能推測 3G 室內(nèi)覆蓋建

12、成后的覆蓋效果。4.3 容量的預(yù)測結(jié)合建筑特點分區(qū)域推測各個建筑功能塊的業(yè)務(wù)類型，考慮是否有大量 PS（Packet Switching，分組交換）業(yè)務(wù)需求，預(yù)測整個覆蓋區(qū)域的業(yè)務(wù)量（分別預(yù)測語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量）。根據(jù)業(yè)務(wù)預(yù)測總量，結(jié)合建筑特點和 2G 已建布線系統(tǒng)特點，提出改造后 2G/3G 合路覆蓋系統(tǒng)的分區(qū)方案，并預(yù)測各個分區(qū)的業(yè)務(wù)需求（2G 和 3G，語音和數(shù)據(jù)）。這里重點討論 3G 系統(tǒng)容量預(yù)測。預(yù)測有按面積估算和按容納人數(shù)計算兩種方法，下面給出常用的按容納人數(shù)計算系統(tǒng)容量的公式：預(yù)測 CS 域話務(wù)量（Erl）=最大容納的人數(shù)×3G 手機擁有率×CS 域業(yè)務(wù)人均話務(wù)

13、量 預(yù)測 PS 域數(shù)據(jù)流量（KB）=最大容納的人數(shù)×3G 手機擁有率×PS 域業(yè)務(wù)人均數(shù)據(jù)流量3G 設(shè)備能力應(yīng)根據(jù)提供的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)（考慮上下行負(fù)載和軟切換）測算。3G 室內(nèi)覆蓋的容量規(guī)劃以上行 30%下行 50%負(fù)載，軟切換率 30%為前提，應(yīng)充分考慮各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)建設(shè)要分區(qū)預(yù)留，分區(qū)數(shù)量主要依據(jù)容量預(yù)測結(jié)果。4.4 天線導(dǎo)頻 EIRP 設(shè)計43GPP（the 3rd Generation Partnership Project，第三代移動通信伙伴組織）規(guī)范 UE（User Equipment，用戶設(shè)備）發(fā)射功率范圍為-49dBm2ldBm。當(dāng) UE 距離天線過近，與

14、接收機之間傳輸損耗過小時，即使 UE 以最小功率發(fā)射，仍不能滿足功控目標(biāo)。此時上行功控已不起作用，該 UE 發(fā)射功率過大而淹沒其它 UE 信號，影響其它 UE 上行信號的正常接收。在室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計中，我們按照上下行天饋系統(tǒng)損耗相等考慮。天線導(dǎo)頻 EIRP 設(shè)計應(yīng)根據(jù) MCL（Minimum Coupling Loss，最小允許耦合損耗）隔離要求設(shè)置其上限值，由邊緣覆蓋強度設(shè)置其下限值。（1）上限值由于 3G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)須滿足 MCL 值要求（通常取 65dB），因此天線導(dǎo)頻 EIRP（包含天線增益）輸出功率應(yīng)滿足下列不等式：PIndoor -EIRPant+LsMCL特殊場景下（部分吸

15、頂天線可能裸露安裝，與用戶距離很近），因此我們需要根據(jù)離用戶最近的天線距離從理論上推導(dǎo)出該天線的EIRP 上限值。（2）下限值為滿足導(dǎo)頻覆蓋強度設(shè)計要求，我們需要找到覆蓋邊緣區(qū)域（穿透損耗最大，信號覆蓋最弱）的天線，計算其導(dǎo)頻 EIRP 下限：EIRP = PIndoor +Ld +Lw+U 其中：Ld=32.44+201gD+201gFD 為傳播距離，F(xiàn) 為電磁波頻率；L 為隔墻損耗，需根據(jù)墻體材質(zhì)、厚度估算； U 為多徑衰落余景，室內(nèi)環(huán)境常取 10dB。4.5 同頻和異頻選擇各個分區(qū)的同頻、異頻選取應(yīng)考慮建筑物本身的結(jié)構(gòu)（建筑高度、出入口數(shù)量等），并滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求（包括切換的要求，Ec

16、/Io，建筑外室內(nèi)覆蓋的信號泄露）。如 3G 宏基站在建筑內(nèi)的覆蓋場強測試結(jié)果顯示可以滿足宏基站與室內(nèi)覆蓋間的異頻切換條件，室內(nèi)覆蓋應(yīng)全部采用異頻分區(qū)覆蓋方式；即 3G 覆蓋場強在建筑門口到電梯廳的信號衰減達(dá)到 25dB 以上（如 3G 宏基站未建，要求 GSM1800 覆蓋場強在建筑門口到電梯廳的信號衰減達(dá)到 25dB 以上）時采用全部異頻覆蓋。如采用同頻分區(qū)+異頻分區(qū)結(jié)合的組網(wǎng)方案，同頻分區(qū)可覆蓋裙樓樓層，最大覆蓋 30 米以下樓層。應(yīng)盡可能擴(kuò)大同頻分區(qū)的覆蓋區(qū)域（達(dá)到單個分區(qū)的功率或業(yè)務(wù)容量上限）。4.6 切換區(qū)設(shè)置（1）同頻軟切換區(qū)：軟切換區(qū)內(nèi)信號電平 Ec 應(yīng)不小于-100dBm，且

17、 Ec/Io 應(yīng)不小于-12dB。同頻軟切換過渡區(qū)滿足 0.5 秒（區(qū)域內(nèi)平均終端移動速度）。（2）異頻硬切換區(qū)：異頻硬切換區(qū)內(nèi) 2 個小區(qū)信號電平 Ec 應(yīng)不小于-12dB。采用盲切方式的硬切換區(qū)滿足 1.5 秒，采用壓縮模式的硬切換區(qū)滿足 5 秒。室內(nèi)覆蓋各異頻分區(qū)間及室內(nèi)覆蓋向宏基站可采用盲切換，宏基站向室內(nèi)覆蓋必須采用壓縮模式切換。當(dāng)室外宏基站的信號電平從進(jìn)出門口到底樓電梯廳衰減大于 25dB 時，可在底層大廳設(shè)置宏基站到室內(nèi)覆蓋的異頻切換區(qū)。當(dāng)不滿足以上條件時，必須采用同頻分區(qū)覆蓋建筑物底層。室內(nèi)覆蓋異頻分區(qū)間的切換區(qū)應(yīng)設(shè)置在人流較少的區(qū)域， 硬切換區(qū)內(nèi) 2 個室內(nèi)覆蓋小區(qū)的設(shè)計電平

18、應(yīng)滿足最低電平要求，硬切換區(qū)大小滿足硬切換時延要求。根據(jù)建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)和建筑內(nèi)人流分布特點，提出切換區(qū)設(shè)置方案。 根據(jù)切換區(qū)的人流特點說明此切換區(qū)滿足切換過渡區(qū)（軟切換或硬切換）要求，并提出推薦切換方式（軟切換，異頻盲切換，異頻壓縮模式切換）、異頻測量啟動門限（如采用異頻盲切換和異頻壓縮模式切換）和切換判決門限（如采用異頻壓縮模式切換）。同一室內(nèi)覆蓋分區(qū)的異頻測量啟動門限應(yīng)相同。硬切換區(qū)應(yīng)提供異頻小區(qū)覆蓋電平圖（標(biāo)明過渡區(qū)的天線安裝位置和二個小區(qū)的覆蓋電平變化情況），并結(jié)合覆蓋電平圖描述推薦切換方案的切換過程。5 組網(wǎng)參考方案5.1 全同頻方案圖 3 所示方案適用于高度較低的建筑，終端進(jìn)出建筑發(fā)生同頻軟切換，方案設(shè)計應(yīng)避免室內(nèi)覆蓋泄露信號對室外宏基站的干擾。圖 3 全同頻方案示意圖圖 4 全異頻方案示意圖5.2 全異頻方案圖 4 所示方案適用于室外宏基站信號在建筑內(nèi)快速衰減的場景（室外 3G 宏基站在建筑內(nèi)的衰減達(dá)到 25dB 以上），終端進(jìn)出建筑發(fā)生異頻硬切換，方案設(shè)計重點是測試室外 3G 宏基站在建筑底層的覆蓋。5.3 同頻+異頻方案圖 5 同頻+異頻方案示意圖圖 6 過渡小區(qū)方案示意圖圖 5 所示方案適用于建筑底層室外宏基站覆蓋較好的情況，不滿足直