毕业设计（论文）- WCDMA综合室内分布系统设计.docx

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 学号 50924x18系部 通信学院 专业 移动通信技术（3g技术与基站工程） 题目 wcdma综合室内分布系统设计 指导教师 评阅教师 完成时间： 2012 年 3 月 26 日 摘 要本文介绍了wcdna室内分布系统在蜂窝移动通信工程中的设计与应用，从室外到室内描述了wcdma网络的现状，并且介绍了无线信号在传输过程中的衰落现象。对建筑物内从低层到高层电磁环境的描述。通过测试，归纳出了信号在室内覆盖的薄弱环节，并由此对边缘场强进行分析，确定天线的安装位置；在描述七彩星城覆盖方案的过程中，介绍了各种信号源的使用环境，针对各个场所内的电磁环境、场所的结构等各自不同的特点，业主对覆盖提出的不同要求，确定信号源的类型；对天馈分布系统、光纤分布系统等几种分布方式进行了比较，确定了该覆盖场所所适用的方式归纳出最终方案，由此确定了天线、元器件、干线放大器等的布放位置、系统间的干扰，分析了室内呼损率所可能产生的影响并提出了解决的方法；从质差掉话、弱信号掉话、切换掉话三个方面提出了室内覆盖对用户掉话率产生的影响，并归纳出了产生以上三种掉话的原因以及在工程设计中应该注意的问题。提出在室内分布的重要性及方法，本文针对这个问题，归纳举例出了七彩星城设计方案，在例中提出了问题的解决方法及各项处理办法规范流程。为今后的工作，打下了良好的基础。关键词：wcdma；蜂窝移动通信；直放站；室内分布系统abstractthis article introduces the wcdna indoor distributed system design and application of cellular mobile communications engineering, from outdoor to indoor described the situation of wcdma networks, and introduced the wireless signal fading phenomenon in transit. from low-level to high-level description of electromagnetic environment in buildings. by test , summarized out has signal in indoor cover of weaknesses , and this on edge field strength for analysis , determine antenna of installed location ; in description colorful star city cover programme of process in the , describes has various signal source of using environment , for each places within of electromagnetic environment , and places of structure , their different of features , owners on cover made of different requirements , determine signal source of type ; on days feed distribution system , and fibre distribution system , several distribution way for has comparison , determine has the cover places by applies of way summarized out eventually programme , this determine has antenna , and components , and route zoom device , of cloth placed location , and system between of interference , analysis has indoor call loss rate by may produced of effect and made has solution of method ; from mass difference off words , and weak signal off words , and switch off words three a aspects made has indoor cover on user off words rate produced of effect , and summarized out has produced above three species off words of causes and in design in the should note of problem . made in the interior the importance and methods of distribution, this paper focuses on the problem, inductive for instance out of the colorful design scheme of star city, in the case in the code for the solution of the problem and the approach process. for future work, and laid a good foundation.key words: wcdma；honeycomb mobile communication；repeater；distribute system indoor目录1.绪论3第一章 室内分布的目的与定义31.1 室内分布系统的目的31.2 覆盖的区域31.3 室内分布系统的定义3第二章 室内分布系统建设中的几个主要问题的具体分析32.1 信源的选择32.2 天线的布放32.3 系统间干扰的分析3第三章 室内分布系统的基本概念33.1 室内分布系统的技术方案33.2 蜂窝有线接入方式33.3 直放站接入方式33.4 室内分布系统的技术方案33.5 室内分布系统方案的设计33.5.1 站点的勘测33.5.2 信源的确定33.5.3 天线点位的确定33.5.4 天线口功率的规划33.5.5 馈线路由的确定33.5.6 无源器件的选择33.5.7 cad绘图及文档处理3第四章 案例七彩星城二期工程设计方案34.1 工程概况34.2 设计内容34.3 设计方案论述34.3.1室内分布系统网络质量总体技术指标要求34.3.2场强预测34.4 测试报告34.5天线的安装34.6电源设备的安装34.7地线连接34.8无源器件的安装34.9馈线布放3结束语3参考文献3附录 工程图纸31.绪论 3g的魅力在于高速数据与多媒体业务，而视频电话、视频流、游戏等高速数据业务一般都发生在舒适的室内环境中，这些业务功能都需要较大的系统容量和良好的网络质量。3g时代60%-70%的数据业务将发生在室内，如欧美国家和中国香港地区的统计显示室内移动电话话务量约占总话务量的1/3；日本ntt docomo的调查发现3g用户的室内使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。解决室内覆盖的主要方法是建设室内覆盖分布系统，室内分布系统的基本原理是将室外信号通过有线方式引入到室内，再通过小型天线将信号发送出去，从而提高室内覆盖水平。3g时代建设室内分布系统目的不仅仅是为了解决建筑物内部的信号盲区、弱区，解决建筑物内部信号杂乱造成的通话质量差，分担室内话务量改善网络拥塞，也是企业战略发展的需要。wcdma是3g三大主流技术之一，wcdma室内分布系统的建设将是未来的一个热点，本文将重点探讨室内分布系统的设计问题。 射频综合室内分布系统主要包括信号源、天馈信号分布系统。由于cdma制式是自干扰系统，所以室内外系统规划、设计与2g系统有很大不同。对于wcdma系统，室外宏蜂窝主要是下行容量受限即功率受限。而室内分布系统则是上行容量受限，其主要原因有两点。一是wcdma室外宏基站基本为一发二收，可以有效提高上行接收灵敏度，而室内分布系统无接收分集导致上行受限；二是室内过多的天线也导致干扰增大，影响了系统容量。第一章 室内分布的目的与定义1.1 室内分布系统的目的随着城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。这些建筑物规模大、质量好，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。特别是移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题。室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的。总之，进行室内覆盖系统建设的直接理由是： 室内移动通信环境有太多需要完善的地方； 覆盖方面，由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区; 容量方面，建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象; 质量方面，建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。1.2 覆盖的区域室内盲区新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。话务量高的大型室内场所车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。发生频繁切换的室内场所高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。1.3 室内分布系统的定义室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。室内分布系统为上述问题提供了较佳的解决方案。其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。室内分布系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。图1：室内分布原理图第二章 室内分布系统建设中的几个主要问题的具体分析2.1 信源的选择 室内分布系统信源的选择主要取决于室内分布系统未来的话务量需求，需要综合考虑室内分布潜在的话务需求和室外基站的话务余量。如果采用直放站作为信源，一般情况下忙时室内话务总量不要超过室外施主基站的1/3。wcdma典型区域各种类型业务的容量见表2，在选择施主基站时需要综合考虑室内外话务情况。 图2：wcdma典型区域各种类型业务的容量（下行加载50%） 在信源使用上应注意以下几点： 采用直放站信源时为降低干扰，在光缆资源许可条件下，优先选用光纤直放站。 对于无线直放站信源，首选主导频所在的基站小区为信源点，一般要求最强cpich ec/io-7 db，最强cpich rscp（接收信号码域功率）大于-65 dbm。室内覆盖站点与信源点基站的光纤直线距离一般应小于1 km，考虑到光纤路由成本及基站小区邻区配置的复杂性，优先选择光纤路由短的基站小区作为接入信源。 施主基站的选择需要兼顾原覆盖小区的容量和覆盖需求。采用宏基站做信源的室外小区，每个宏基站原则上只为1至2个室内覆盖站点提供信源，最多不要超过3个，防止施主基站底噪的快速抬升（室外覆盖主要有宏蜂窝和微蜂窝。如果用于室内覆盖其容量必须有一定冗余，因此，一般情况下不会在微蜂窝基站下接无线直放站）。 若室内覆盖站点附近的基站小区话务量均比较高（原则上大于40 erl）或已为多个站点提供信源，则考虑选用微蜂窝设备作为信源。 在话务量繁忙（如繁华商业区）且欲覆盖站点多的区域，可考虑建设专用于室内覆盖的宏基站（一般将专门用于解决室内覆盖的宏基站称为专建基站，该基站不做室外覆盖）作为室内覆盖的信源点，原则上每个专建基站的小区可为1至3个室内覆盖站点提供信源。 为降低今后的维护、运营成本，在满足覆盖质量要求和投资预算的前提下，尽量减少干线放大器的使用数量。 在信源容量满足室内覆盖要求前提下，可以采用干线放大器扩大覆盖面积，但不建议串联使用，并联使用时建议每个信号源所带干线放大器不超过5台。 2.2 天线的布放 室内分布系统的天线布放虽简单但重要，是设计的关键点。一般遵循“小功率，多天线”的原则，保证信号均匀覆盖整个目标建筑物。采用小功率的优点是信号易于控制，辐射小，对外干扰小；缺点是会提高整个室内覆盖系统的总造价，因此需要在布放原则和经济性之间寻找最佳平衡点。由于室内传播环境的复杂性，所以进行天线布放前进行模拟测试。天线的布放与建筑物结构紧密相关，需要根据模拟测试效果选择天线布放位置，同时考虑不同楼层结构的差异性。模拟测试需要重点注意以下几点： 若建筑物包含不同类型的楼层/区域结构，应对每一种结构分别进行模拟测试。 每一种建筑结构类型都应给出模拟测试天线的具体位置以及相应的目标覆盖区域，目标覆盖区内所选的测试点必须具有代表性。 目标覆盖区内模拟测试点应包括建筑物边缘及纵深区域。 为降低干扰，提高容量，应对相邻天线交叠覆盖区域内的模拟测试点进行分析。 2.3 系统间干扰的分析 多系统共用室内分布系统最重要的问题是系统间干扰的控制，抑制干扰的主要方法是增加频带隔离、降低干扰源功率或增加空间隔离。对于室内分布系统降低干扰的主要方式是增加频带隔离和增加系统隔离度。目前系统间干扰主要有杂散干扰、互调干扰及阻塞干扰，要解决干扰问题需要遵循3条基本原则1： 对于杂散干扰，被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比它的接收机噪声基底低10 db。 对于互调干扰，在被干扰基站生成的三阶互调干扰（imp3）电平应比接收机噪声基底低10 db。 对于阻塞干扰，被干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的1 db压缩点低5 db。 第三章 室内分布系统的基本概念3.1 室内分布系统的技术方案实现室内覆盖的技术方案可分为二种： 蜂窝有线接入方式是以室内蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源，即有线接入方式。适用于覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内，在市区中心使用较多，解决覆盖和容量问题。 直放站（repeater）在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（repeater）将室外信号引入室内的覆盖盲区。3.2 蜂窝有线接入方式改善高话务量地区的室内信号覆盖，微蜂窝是最佳解决方案。与宏蜂窝方式相比，微蜂窝方式是更好的室内系统解决方案。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。但微蜂窝在室内使用时，受建筑物结构的影响，使其覆盖受到很大限制。对于大型写字楼等，如何将信号最大限度、最均匀地分布到室内每一个地方，是网络优化所要考虑的关键。且微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。因此，对宏蜂窝方式亦或微蜂窝方式的选取，需要综合权衡移动网络和运营商的多方面因素才能定夺。3.3 直放站接入方式在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（repeater）将室外信号引入室内的覆盖盲区。利用微蜂窝解决室内问题也存在很大的局限性。建设微蜂窝的设备投入与工程周期都较大，只适合在话务量集中的高档会议厅或商场使用。在这种情况下，直放站（repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。直放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动通信中正扮演越来越重要的角色。直放站的应用场合主要有以下几种：扩大服务范围，消除覆盖盲区；在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；沿高速公路架设，增强覆盖效率；解决室内覆盖；将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙。使用蜂窝基站和直放站的比较：表1：蜂窝基站和直放站的比较使用基站 使用直放站 1. 是否增加容量根据需要增加容量 不能增加容量 2. 信号质量 好 一般 3. 设置优先级 可以 不可以 4. 对网络的影响 小 控制不好影响很大 5. 是否需要传输设备 需要 不需要 6. 是否需要重新频率规划 需要 不需要 7. 是否需要调整参数 需要支持 8. 是否支持容量动态分配 不支持(容量预分配) 支持 9. 是否支持多运营商 不支持 支持 10. 是否支持多频、多系统环境 不支持 支持 11. 安装时间较长 较短12. 投资较多较少3.4 室内分布系统的技术方案室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成。图3：室内覆盖系统的组成3.5 室内分布系统方案的设计3.5.1 站点的勘测我们在进行一个站点的方案设计的时候，首先要对站点进行一个前期的勘测。我们需要了解建筑物的类型，针对不同的类型我们有不同的覆盖要求和覆盖方式。前期我们勘测的主要内容有： 建筑物的类型； 建筑物的规模； 建筑物的功能分布； 内部结构； 吊顶材料； 建筑物的弱电井的位置。初步观察馈线的走线路由是否能顺利布放，馈线和天线的布放是否有限制。此外机房位置设备安装位置的勘测都很重要，有时候还需要测试当前区域内的无线环境。这些对我们后面方案的设计都有一定的指导作用。3.5.2 信源的确定每一套系统都需要一个信号源，一般信号源的选择是根据覆盖区域的大小，重要性，话务量是否有传输等因素来决定的。 对于覆盖区域较大、话务量高的区域我们可以采用宏蜂窝等信源来覆盖； 对于覆盖区域小的区域我们可以采用微蜂窝，或者采用无线直放站光纤直放站等来做信源。 基本上信源的选择由我们建议，最终由运营商来确定。3.5.3 天线点位的确定根据前期的勘测结果和覆盖的要求来确定天线布放的密度和位置。现在的运营商对3g网络的建设看得比较重要，所以在布放天线的时候还需要考虑到运营商的密度的要求。3g常见的要求有： 天线覆盖不穿透两堵墙； 房间多的区域天线覆盖半径510米； 空旷区域天线覆盖半径1015米； 房间较深，如允许放入房间，则天线入房间； 尽量将天线放置到门口，每个门口都有天线； 电梯的覆盖，普通电梯4层楼一副天线，高速电梯3层楼一副天线。以上这些都是天线覆盖的范围和布放的原则。具体布放的时候还需要结合实际要求和现场环境来决定。平层覆盖的时候我们采用吸顶天线室内板状较多，电梯井道内我们采用对数周期及板状天线较多。室外覆盖的时候采用室外板状或者是一些隐蔽天线较多。3.5.4 天线口功率的规划天线口功率的取值应该和天线覆盖半径相结合起来，在进行天线口功率规划时基本参考以下几点要素： 天线覆盖半径大则天线口功率应稍大一些，覆盖半径小则天线口功率可以小一点。 整体上要保证所有天线口功率较为均匀。 在2g室内分布系统中为了节约成本，单个天线覆盖范围达到1015米，所以控制天线口功率约在812dbm左右； 在3g覆盖中由于信号的绕射能力下降，而且有些系统受限于mcl值的限制，所以我们覆盖的时候大多采用小功率多天线的方式，天线口的功率大多在05dbm左右。 电梯里面的天线功率可以比平层天线口功率稍高一点。 具体的功率要求还需要结合运营商的要求来统一规划。3.5.5 馈线路由的确定在进行方案设计时候，馈线的路由根据弱电间的位置及天线的点位来确定，其实就是将弱电间内设备或者是主干的功率均匀分配到平层内所以的天线上去。布放馈线的时候需要充分考虑到现场环境，确定可实施性，还要遵循尽量减少弱电间至最远天线之间距离的原则，确定最短最佳的走线路由。为了施工的方便及可实施性，平层尽量使用1/2馈线，主干根据需要可采用7/8馈线。表2：各种馈线在各个频段的损耗100m馈线900mhz1800mhz2ghz8d馈线14.0db 21.5db23.0db1/2馈线7.22db 10.6db11.0db7/8馈线4.04db 6.00db6.1db各个运营商采用馈线的厂家不一样，所以具体参数还需厂家提供。3.5.6 无源器件的选择我们确定好了天线位置数量和馈线路由，那我们就需要使用无源器件将功率分配到各个天线。使用无源器件的原则： 靠近前段的器件选用耦合度较大的耦合器； 靠近后端的器件选用耦合度较小的耦合器。目的就是使得同一区域的天线口功率相当，让天线口功率均匀。表3：一些常用的无源器件的插损耦合器5db6db7db10db15db20db耦合端损耗5db6db7db10db15db20db直通端损耗1.8db1.4db1.1db0.5db0.3db0.2db功分器二功分三功分四功分插损3.2db5.0db6.2db各个厂家的无源器件的插损也有不一样，以上值为参考值。3.5.7 cad绘图及文档处理完成方案设计的构思后我需要将具体的方案落实到图纸和文档。在制图时需要遵循以下原则： cad图纸当中的建筑平面图应该是1：1，不要去随便放大缩小图纸； cad中器件馈线的绘制应严格安装图例来进行绘制； 所有的天线布放，器件布放，要整齐美观； 字体大小合适，以打印出来能看清楚为适； 文档的叙述上也是严格安照模板，叙述部分应该将建筑物一些位置用途布局叙述清楚； 方案文档中需要将设备的安装，及方案设计中的一些思路亮点叙述清楚； 材料统计准确。第四章 案例七彩星城二期工程设计方案4.1 工程概况七彩星城二期（n:31.96771 e:118.72115）位于雨花区油坊桥。小区共计11幢住宅楼，此次覆盖4、6、8、10幢，4、6、8幢17层四单元, 10幢27层二单元,共计14部电梯跟3个室外车库,其他6幢有5幢已覆盖另外1幢不具备施工条件,小区总占地面积约8万平方米。小区楼层内信号较弱,特别是在电梯与地下室内信号很弱,现以cbo为信源,并采用室内天线的方式对小区楼层进行全覆盖,实现网络优化。 4.2 设计内容根据对现场的勘察结果进行组织设计。本工程设计内容如下：(1) 室内天线及主要设备和器件的位置、数量和输出功率的确定及安装调测工作。(2) 与设备相关的各种线缆的布放路由及连接位置的确定。(3) 单项工程所需的设备、材料及安装工程量的预算。4.3 设计方案论述4.3.1室内分布系统网络质量总体技术指标要求(1) 无线信道的呼损率：话音信道（tch）呼损低于2%控制信道（sdcch）呼损低于0.1%(2) 干扰保护比：同频道干扰保护比： c/i9db （开跳频） c/i12db （不开跳频）邻频道干扰保护比： 200khz邻频道干扰保护比 c/i-6db 400khz邻频道干扰保护比 c/i-38db(3) 无线覆盖区内可接通率：要求在无线覆盖区内95%的位置可接入网络。(4) 无线覆盖边缘场强：室外-85dbm。(5) 在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-120dbm。(6) 根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的发射功率15dbm/ch。(7) 室内覆盖站与周围各小区之间有良好的无间断切换。室内覆盖区误码率（rxqual）等级3以下的地方占98%以上。4.3.2场强预测（根据天线口的输入功率，估算该副天线的覆盖范围，距离）设全向吸顶天线口功率为10dbm，距天线20米空间损耗 =32.4+20log900+20log（20/1000）=58.5db距天线20米处在没有阻挡的情况下的边缘场强=天线输出口功率+天线增益-空间损耗-遮挡损耗-多径余量=8dbm+2.1db-58.5db-0db-10db=-58.4dbm距天线15米空间损耗 =32.4+20log900+20log（15/1000）=55db距天线15米处在有2堵墙（材料为空心砖）阻挡的情况下的边缘场强=天线输出口功率+天线增益-空间损耗-遮挡损耗-多径余量=8dbm+2.1db-55db-20db-10db=-74.9dbm由上计算得知：一副全向天线在有2堵墙（材料为空心砖）的阻挡时，可覆盖半径为15米的圆形区域。根据模拟测试结果，我们单副天线覆盖的距离也约为15米左右，和计算值相仿。4.4 测试报告根据现场勘测,宿舍区内目前信号强弱不等。 表4：内部gsm900覆盖测试测试点位置bcchlac cidlevel七彩星城04栋楼682098962861-75七彩星城06栋楼682098962861-80七彩星城08栋楼682098962861-75七彩星城10栋楼682098962861-744.5天线的安装(1) 天线的安装参照天线点位及电缆路由图，定向天线的俯仰角在安装时根据实际情况作调整，使信号的覆盖达到最佳的效果。(2) 由于楼层装修不尽相同，必要时天线的位置可与设计人员、业主商议后作适当的调整。(3) 天线要根据设计方案中的标识贴上标签，便于日后维护。(4) 注意所有天馈线的高度不低于所在位置的现有最低物体如消防探头等。4.6电源设备的安装设备所用的电源为220v市电,本系统gsm设备和干线放大器采用就近供电模式，用电量由每层单向电表显示为准，提供2/3插座，电源线与设备的连接须贴标签，全部用pvc管保护，注明走向，便于日后维护。4.7地线连接室内分布系统的前端或有源器件均需加装馈线接地件，接地件与建筑物地网需良好相连。接地线的弯曲角度须90，曲率半径应大于130mm，接地电阻须5。4.8无源器件的安装(1) 安装在线井内的功分器和天花内的功分器、耦合器，必须用l型