WCDMA綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)設計

1、WCDMA綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)設計1、前言 3G的魅力在于高速數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務，而視頻電話、視頻流、游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務一般都發(fā)生在舒適的室內(nèi)環(huán)境中，這些業(yè)務功能都需要較大的系統(tǒng)容量和良好的網(wǎng)絡質(zhì)量。3G時代60%-70%的數(shù)據(jù)業(yè)務將發(fā)生在室內(nèi)，如歐美國家和中國香港地區(qū)的統(tǒng)計顯示室內(nèi)移動電話話務量約占總話務量的1/3；日本NTT DoCoMo的調(diào)查發(fā)現(xiàn)3G用戶的室內(nèi)使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。解決室內(nèi)覆蓋的主要方法是建設室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)，室內(nèi)分布系統(tǒng)的基本原理是將室外信號通過有線方式引入到室內(nèi)，再通過小型天線將信號發(fā)送出去，從而提高室內(nèi)覆蓋水平。3G時代建設室內(nèi)分布系統(tǒng)目的不僅僅是為

2、了解決建筑物內(nèi)部的信號盲區(qū)、弱區(qū)，解決建筑物內(nèi)部信號雜亂造成的通話質(zhì)量差，分擔室內(nèi)話務量改善網(wǎng)絡擁塞，也是企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。WCDMA是3G三大主流技術(shù)之一，WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設將是未來的一個熱點，本文將重點探討室內(nèi)分布系統(tǒng)的設計問題。 射頻綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括信號源、天饋信號分布系統(tǒng)。由于CDMA制式是自干擾系統(tǒng)，所以室內(nèi)外系統(tǒng)規(guī)劃、設計與2G系統(tǒng)有很大不同。對于WCDMA系統(tǒng)，室外宏蜂窩主要是下行容量受限即功率受限。而室內(nèi)分布系統(tǒng)則是上行容量受限，其主要原因有兩點。一是WCDMA室外宏基站基本為一發(fā)二收，可以有效提高上行接收靈敏度，而室內(nèi)分布系統(tǒng)無接收分集導致上行受限；二是室

3、內(nèi)過多的天線也導致干擾增大，影響了系統(tǒng)容量。 下面針對室內(nèi)分布系統(tǒng)建設中的幾個主要問題進行具體分析。 2、鏈路預算 在進行鏈路預算時，首先是鏈路模型的選擇，室內(nèi)傳播模型主要有以下5種：衰減因子模型、Motley經(jīng)驗公式、對數(shù)距離路徑損耗模型、Ericsson多重斷點模型及射線跟蹤模型。 在選擇傳播模型時需要注意傳播模型的適用范圍和各參數(shù)意義。目前用的最多的是室內(nèi)衰減因子模型。計算公式如式（1）所示。 （1） 其中： L（do）：距離天線口1 m處自由空間損耗； a：不同室內(nèi)環(huán)境的衰減因子； F：隔墻損耗； d：傳輸距離。 對于WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)，一般采用導頻信號強度和主導頻Ec/Io衡量網(wǎng)

4、絡覆蓋情況。WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)設計采用導頻功率進行鏈路預算，CPICH（公共導頻信道）、SCH（同步信道）和CCPCH（公共控制物理信道）分配固定的功率，DPCH（專用物理信道）發(fā)射功率按需分配，一般情況下導頻功率約為總功率的10%，其他同步信道功率及控制信道功率大約為10%。以10 W信源為例，導頻功率約為30 dBm。WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)設計時。邊緣覆蓋場強的設計需要綜合考慮業(yè)務覆蓋需求和無線環(huán)境情況：數(shù)據(jù)速率越高，CPICH Ec/Io要求越高；無線環(huán)境越復雜，干擾越嚴重，邊緣場強要求越高。一般情況下，高速數(shù)據(jù)業(yè)務覆蓋范圍比語音業(yè)務覆蓋范圍要小，為保證高速數(shù)據(jù)業(yè)務的覆蓋，需要更高的

5、發(fā)射功率。WCDMA室內(nèi)分布設計與室外規(guī)劃類似，需要結(jié)合業(yè)務需求和無線情況決定邊緣設計場強。一般情況下，要求目標覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上位置，導頻信號強度-90 dBm，導頻Ec/Io-12 dB（50%負載）。業(yè)務類型與典型CPICH Ec/Io要求見表1，對于部分區(qū)域如果要滿足384 kbit/s業(yè)務要求，則相應要提高CPICH Ec/Io。 表1業(yè)務類型與典型CPICH Ec/Io要求3、信源的選擇 室內(nèi)分布系統(tǒng)信源的選擇主要取決于室內(nèi)分布系統(tǒng)未來的話務量需求，需要綜合考慮室內(nèi)分布潛在的話務需求和室外基站的話務余量。如果采用直放站作為信源，一般情況下忙時室內(nèi)話務總量不要超過室外施主基站的1/

6、3。WCDMA典型區(qū)域各種類型業(yè)務的容量見表2，在選擇施主基站時需要綜合考慮室內(nèi)外話務情況。 表2WCDMA典型區(qū)域各種類型業(yè)務的容量（下行加載50%） 在信源使用上應注意以下幾點： 采用直放站信源時為降低干擾，在光纜資源許可條件下，優(yōu)先選用光纖直放站。 對于無線直放站信源，首選主導頻所在的基站小區(qū)為信源點，一般要求最強CPICH Ec/Io-7 dB，最強CPICH RSCP（接收信號碼域功率）大于-65 dBm。 室內(nèi)覆蓋站點與信源點基站的光纖直線距離一般應小于1 km，考慮到光纖路由成本及基站小區(qū)鄰區(qū)配置的復雜性，優(yōu)先選擇光纖路由短的基站小區(qū)作為接入信源。 施主基站的選擇需要兼顧原覆蓋小

7、區(qū)的容量和覆蓋需求。采用宏基站做信源的室外小區(qū)，每個宏基站原則上只為1至2個室內(nèi)覆蓋站點提供信源，最多不要超過3個，防止施主基站底噪的快速抬升（室外覆蓋主要有宏蜂窩和微蜂窩。如果用于室內(nèi)覆蓋其容量必須有一定冗余，因此，一般情況下不會在微蜂窩基站下接無線直放站）。 若室內(nèi)覆蓋站點附近的基站小區(qū)話務量均比較高（原則上大于40 Erl）或已為多個站點提供信源，則考慮選用微蜂窩設備作為信源。 在話務量繁忙（如繁華商業(yè)區(qū)）且欲覆蓋站點多的區(qū)域，可考慮建設專用于室內(nèi)覆蓋的宏基站（一般將專門用于解決室內(nèi)覆蓋的宏基站稱為專建基站，該基站不做室外覆蓋）作為室內(nèi)覆蓋的信源點，原則上每個專建基站的小區(qū)可為1至3個室

8、內(nèi)覆蓋站點提供信源。 為降低今后的維護、運營成本，在滿足覆蓋質(zhì)量要求和投資預算的前提下，盡量減少干線放大器的使用數(shù)量。 在信源容量滿足室內(nèi)覆蓋要求前提下，可以采用干線放大器擴大覆蓋面積，但不建議串聯(lián)使用，并聯(lián)使用時建議每個信號源所帶干線放大器不超過5臺。 4、系統(tǒng)間干擾的分析 多系統(tǒng)共用室內(nèi)分布系統(tǒng)最重要的問題是系統(tǒng)間干擾的控制，抑制干擾的主要方法是增加頻帶隔離、降低干擾源功率或增加空間隔離。對于室內(nèi)分布系統(tǒng)降低干擾的主要方式是增加頻帶隔離和增加系統(tǒng)隔離度。目前主要的移動/無線通信系統(tǒng)工作頻段見表3。 表3主要的移動/無線通信系統(tǒng)工作頻段 目前系統(tǒng)間干擾主要有雜散干擾、互調(diào)干擾及阻塞干擾，要解

9、決干擾問題需要遵循3條基本原則1： 對于雜散干擾，被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射信號強度應比它的接收機噪聲基底低10 dB。 對于互調(diào)干擾，在被干擾基站生成的三階互調(diào)干擾（IMP3）電平應比接收機噪聲基底低10 dB。 對于阻塞干擾，被干擾站從干擾站接收到的總載波功率應比接收機的1 dB壓縮點低5 dB。 一般情況下雜散是最嚴重的系統(tǒng)間干擾，如果能夠滿足第一條原則，其他兩條也可滿足。從表3可以看出，WCDMA上行（1920-1 980 MHz）與CDMA1900下行（1 980-1 985 MHz）相鄰，兩者相互干擾影響最嚴重，因此以這兩者干擾為例分析系統(tǒng)隔離度要求。 假設WCDMA與C

10、DMA1900共用室內(nèi)分布系統(tǒng)，需要采取一定的措施避免CDMA1900系統(tǒng)下行對WCDMA系統(tǒng)上行的干擾。下面以12.2 kbit/s語音業(yè)務為例進行分析。 假設：1 900 MHz CDMA信源帶外雜散為Ic=-67 dBm/100 kHz；WCDMA基站熱噪聲密度為-174 dBm/Hz，基站接收機噪聲系數(shù)為5.0 dB，干擾余量為3.0 dB，所需Ec/Io為5 dB：合路器隔離度為A；WCDMA系統(tǒng)能允許的最大雜散干擾Iw-max，計算過程如下： 根據(jù)參考文獻1，雜散規(guī)避準則可以表述為“為保證良好的系統(tǒng)性能，不同系統(tǒng)應有一定的隔離度。對于雜散干擾。被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射信

11、號強度應比它的接收機噪聲基底低10 dB，那么被干擾基站的接收靈敏度下降低于0.5 dB。如式（2）所示。 Iw-maxLc-A （2） 其中：Iw-max為WCDMA系統(tǒng)所允許的最大雜散干擾；Lc為接收機噪聲基底；A為雜散隔離度要求，一般為10 dBm。 處理增益為：10lg3.84 Mbit/s/12.2 kbit/s=25 （dB）（3） 接收機噪聲功率為：-174+5=-169（dBm/Hz）（4） 3.84 MHz帶寬內(nèi)接收機噪聲功率為：-169+10lg3.84+60=-103.2（dBm）（5） WCDMA接收機的靈敏度（即無干擾條件下接收機噪聲基底）為：-103.2-25+3+

12、5=-120（dBm）（6） 所允許的最大雜散干擾為：Iw-max=-120-10=-130（dBm） CDMA1900信源頻帶外雜散干擾為-67 dBm/100 kHz，則其在WCDMA頻帶內(nèi)的雜散干擾為-67+10lg38.4=-51.2（dBm）。 因此，所需隔離度為：-130-（-51.2）=-78.8（dB）。 5、天線的布放 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線布放雖簡單但重要，是設計的關(guān)鍵點。一般遵循“小功率，多天線”的原則，保證信號均勻覆蓋整個目標建筑物。采用小功率的優(yōu)點是信號易于控制，輻射小，對外干擾?。蝗秉c是會提高整個室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的總造價，因此需要在布放原則和經(jīng)濟性之間尋找最佳平衡點。由于室

13、內(nèi)傳播環(huán)境的復雜性，所以進行天線布放前進行模擬測試。天線的布放與建筑物結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，需要根據(jù)模擬測試效果選擇天線布放位置，同時考慮不同樓層結(jié)構(gòu)的差異性。模擬測試需要重點注意以下幾點： 若建筑物包含不同類型的樓層/區(qū)域結(jié)構(gòu)，應對每一種結(jié)構(gòu)分別進行模擬測試。 每一種建筑結(jié)構(gòu)類型都應給出模擬測試天線的具體位置以及相應的目標覆蓋區(qū)域，目標覆蓋區(qū)內(nèi)所選的測試點必須具有代表性。 目標覆蓋區(qū)內(nèi)模擬測試點應包括建筑物邊緣及縱深區(qū)域。 為降低干擾，提高容量，應對相鄰天線交疊覆蓋區(qū)域內(nèi)的模擬測試點進行分析。WCDMA與GSM共享室內(nèi)分布系統(tǒng)設計截至2005年8月底，我國移動用戶數(shù)已達到3.73億，占全球移動用戶總

14、數(shù)的20%以上。與此同時，盡管中國3G牌照發(fā)放形式、數(shù)量和時間表仍然撲朔迷離，但是3G的腳步已越來越近卻是勿庸置疑的。 根據(jù)NTTDoCoMo3G運營統(tǒng)計數(shù)據(jù)：70的話務發(fā)生在室內(nèi)；且3G帶來的高級業(yè)務也絕大多發(fā)生在室內(nèi)。所以3G室內(nèi)覆蓋將是3G運營商品牌形象的重要體現(xiàn)，同時也是3G運營商吸引用戶的重要手段。 GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)，作為一種既可以節(jié)省投資又能夠快速建網(wǎng)的3G室內(nèi)覆蓋建設方法，時下正成為3G網(wǎng)絡建設研究的一大熱點。 2 可行性分析 多系統(tǒng)共享室內(nèi)分布系統(tǒng)是指在2G、3G等多系統(tǒng)共存的室內(nèi)覆蓋中采用寬頻合路器等手段來實現(xiàn)室內(nèi)分布天饋部分的共享。 2.1GSM/WCDM

15、A共享室內(nèi)分布系統(tǒng)存在的主要問題 引入合路器，以及共享天饋線系統(tǒng)會帶來一些問題： （1）無源器件問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，所有無源器件工作頻率必須要涵蓋GSM和WCDMA工作頻段。 （2）有源器件問題 由于不同制式系統(tǒng)工作方式不同，且存在相互干擾的可能，因此有源器件部分無法共用。在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，各系統(tǒng)間有源器件需相互獨立。 （3）功率損耗差異問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，由于GSM、WCDMA工作頻段不同，無論是在天饋線還是在自由空間傳輸時都存在功率傳輸損耗差異。 （4）合路器插損問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)

16、合路時必須在天饋系統(tǒng)中插入雙頻或多頻合路器，該器件接入將造成一定的信號功率的損耗。 （5）系統(tǒng)間相互干擾問題 在多系統(tǒng)共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，邊帶、雜散、互調(diào)等噪聲都會引起多系統(tǒng)間的相互干擾。同樣，在GSM/WCDMA共享的室內(nèi)分布系統(tǒng)中也必然存在相互的干擾，能否將干擾控制在一個可以接受的程度內(nèi)從而使得各系統(tǒng)協(xié)調(diào)共存至關(guān)重要。 2.2GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)的可行性分析 針對以上所述的問題，下面逐條進行可行性分析： （1）無源器件問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，GSM900使用的頻段為上行890MHz915MHz，下行935MHz960MHz；GSM1800使用的頻段為上行

17、1710MHz1785MHz，下行1805MHz1880MHz；WCDMA使用的頻段為上行1920MHz1980MHz，下行2110MHz2170MHz。因此，系統(tǒng)所用室內(nèi)天線及無源器件工作頻帶必須涵蓋800MHz2500MHz。目前，大多數(shù)廠家都能提供。已有GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)的無源器件假如不支持多系統(tǒng)的工作頻帶，在引入WCDMA系統(tǒng)時，必須對原有室內(nèi)分布系統(tǒng)進行改造，將無源器件更換為寬頻器件。 （2）有源器件問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，有源器件主要指的是干線放大器。對于有源器件無法共用的問題，一般有兩種方法來解決。 第一種：通過增加多個寬頻合路器（同時也可以做分路器）的方法

18、規(guī)避，如圖1所示： 圖1 增加合路器法規(guī)避有源器件的共用 這種方法首先使用寬頻合路器把信號分開（對于下行是分路，對于上行是合路），通過各自的放大器進行信號放大，然后再通過寬頻合路器進行合路（對于下行是合路，對于上行是分路），從而避免了有源器件的共用問題。 第二種：通過調(diào)整共享接入點的方法規(guī)避，如圖2所示： 圖2 調(diào)整共享接入點法規(guī)避有源器件的共用 這種方法通過調(diào)整GSM/WCDMA共享接入點，即在各系統(tǒng)的干線放大器之后合路，使得不同的系統(tǒng)分別獨立地的進行信號放大，從而避免了有源器件的共用。 （3）功率損耗差異問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，可以根據(jù)實際情況，通過對信號源與干線放大

19、器的功率調(diào)整，以及精心選擇共享接入點，保證各系統(tǒng)的邊緣場強要求。 （4）合路器插損問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，合路器插損問題可以與功率設計問題聯(lián)合考慮，一般可以通過調(diào)整天饋系統(tǒng)的輸入信號電平彌補。 （5）系統(tǒng)間相互干擾問題 在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，由于兩個系統(tǒng)的工作頻帶間隔較遠，邊帶噪聲的影響可以不考慮；另一方面，由于實際系統(tǒng)中很難將互調(diào)噪聲和雜散噪聲嚴格區(qū)分，按照慣例，這里將互調(diào)也歸入到雜散噪聲一類。 對于雜散干擾，需要采用滿足隔離度要求的合路器來解決。根據(jù)3GPP協(xié)議要求，WCDMA系統(tǒng)對GSM系統(tǒng)隔離度達到30dB以上時，WCDMA系統(tǒng)不會對GSM系統(tǒng)產(chǎn)

20、生干擾；而根據(jù)3GPP規(guī)定的GSM系統(tǒng)的雜散輻射限值，可計算得到GSM系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)的隔離度要求則為90dB。這個結(jié)果是完全按照協(xié)議規(guī)定的指標計算出來的，但測試結(jié)果表明：在雜散指標上實際設備均有較大的余量M(典型值為30dB)。因此，工程中GSM系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)的隔離度要求為（90-M）dB。 根據(jù)以上分析，在GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中，合路器的隔離度要求為（90-M）dB。如上面所說，余量M典型值為30dB，所以GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)中合路器的隔離度要求的典型值為60dB。在GSM/WCDMA的頻率間隔內(nèi)，實現(xiàn)隔離度為60dB同時保證較小的帶內(nèi)插損（0.6dB

21、）的合路器是不難做到的。目前大多數(shù)廠家都能提供GSM900/WCDMA端口間隔離度80dB，GSM1800/WCDMA端口間隔離度60dB的合路器。而當余量M小于30dB，對合路器的隔離度要求有所提高，以至于這樣的合路器難以實現(xiàn)或成本過高時，也可以考慮在GSM設備輸出端口增加帶限濾波器以滿足整體的隔離度要求。 綜上分析可知：GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)在前文所述的無源器件工作頻率、有源器件共用、功率損耗差異、合路器插損、系統(tǒng)間相互干擾等問題上都可以得到解決，因此GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)是可行的。 3 系統(tǒng)設計 3.1WCDMA與GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)比較 WCDMA與GSM室內(nèi)分布

22、系統(tǒng)比較如表1至表5所示： 3.2WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)工程技術(shù)指標建議 （1）一般區(qū)域?qū)ьl功率90dBm，導頻EC/IO-12dBm(50%負載)； （2）重點區(qū)域?qū)ьl功率-85dBm，導頻EC/IO-8dBm（數(shù)據(jù)業(yè)務或語音密集區(qū)域）； （3）電梯或地下室區(qū)域?qū)ьl功率-100dBm，導頻EC/IO-15dBm（數(shù)據(jù)業(yè)務或語音密集區(qū)域）； （4）外泄電平：室外10米處導頻功率-95dBm； （5）用戶業(yè)務模型 話音業(yè)務12.2k：忙時每用戶0.02Erl； 數(shù)據(jù)（分組）業(yè)務64k：忙時每用戶0.002Erl； 分組業(yè)務忙時下行鏈路每用戶數(shù)據(jù)吞吐量為250bps，上行鏈路每用戶數(shù)據(jù)吞吐量為62.5bps； （6）無線信道呼損率取定為2%；中繼電路呼損率取定為0.5%； （7）統(tǒng)計指標：掉話率1.5%，呼叫建立成功率94%，切換成功率94%。 3.3GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)設計 （1）GSM/WCDMA共享室內(nèi)分布系統(tǒng)設計的總體原則 性能優(yōu)先 確保原有GSM網(wǎng)絡在改造后能達到覆蓋效果； 確保原有網(wǎng)絡在改造后不受WCDMA網(wǎng)絡干擾； 確保新建WCDMA網(wǎng)絡覆蓋、質(zhì)量和容量； 確保原有網(wǎng)絡不干擾WCDMA網(wǎng)絡。 利舊