北京现代音乐学院GSMWCDMA室内联通信号覆盖系统设计.doc

北京现代音乐学院北京现代音乐学院 gsm 分布系统 目录目录 第 1 章 概述1 1.1 背景 .1 1.2 wcdma 标准的形成1 1.3 室内覆盖基本概念 .2 第 2 章 室内覆盖技术3 2.1 室内覆盖系统的引入 .3 2.1.1 引入室内覆盖系统的原因 .4 2.1.2 室内覆盖应用范围 .4 2.2 室内覆盖系统组成 .4 2.2.1 信源 .4 2.2.2 合路器 .5 2.2.3 功分器 .6 2.2.4 耦合器 .6 2.2.5 干线放大器 .6 2.2.6 天线 .7 2.2.7 馈线 .7 2.3 室内覆盖信号覆盖方式 .8 第 3 章 gsm&wcdma 室内覆盖系统设计要点分析 .11 3.1 室内覆盖规划流程 11 3.1.1 站点初步查看/预规划 .12 3.1.2 详细设计 13 3.1.3 设计批准与站点的安装 15 3.1.4 优化验收 17 3.2 室内覆盖传播模型 17 3.3 gsm 和 wcdma 室内分布系统共建方案分析.18 3.3.1 室内分布系统的建设与改造 18 3.3.2 无源器件的使用和改造 19 3.3.3 有源器件的使用和改造 20 第 4 章 方案的分析与选择.21 4.1 北京现代音乐学院地理位置及功用说明 21 4.2 gsm 当前信号覆盖情况说明.21 4.3 设计指标 21 4.3.1 gsm 网络设计指标.22 4.3.2 wcdma 网络设计指标.22 4.4 覆盖区域说明与设计方案选择 23 4.4.1 覆盖区域说明 23 4.4.2 室内分布系统设计要素的分析与选择 23 4.4.3 方案的选择与分析 27 第 5 章 设计方案的分析与说明.26 5.1 总体规划说明 26 5.1.1 组网方式 26 5.1.2 bbu 与 rru 的连接方式及安装位置的选取.27 5.1.3 容量计算 27 5.1.4 gps 安装位置选取.27 5.2 总体建设思路 27 5.3 wcdma 覆盖方案说明.28 5.3.1 边缘场强分析 28 5.3.2 平层覆盖说明 29 5.4 切换区设置 29 5.5 泄漏分析及影响 29 5.6 扩容分析 29 5.7 bbu+ruu 供电系统.30 5.8 gsm 覆盖方案说明.30 5.8.1 总体组网说明 30 5.8.2 覆盖分析 30 5.8.3 切换分析 30 5.8.4 泄漏分析及影响 31 总 结.32 参考文献34 1 第第 1 1 章章 概述概述 由于国内3g牌照发放，3g网络和目前网通公司现有网络的融合也就成了我们目前研究的 重要课题。如何有效的利用现有的gsm室内覆盖系统来实现gsm&wcdma公用的室内覆盖是摆在 我们面前的难题。本章首先介绍gsm室内覆盖进行wcdma改造的背景以及wcdma标准的形成和 室内覆盖的基本概念。 1.11.1 背景背景 通州区房地产业的发展，私有住宅、小区、写字楼如雨后春笋般拔地而起，人们在室内 活动的时间远远超过户外活动的时间，致使室内联通通信的通话时长激增，同时也给联通通 信室内覆盖系统提出了更高的要求。2.5g ,3 g联通通信技术的兴起，使人们不仅仅满足于 语音通话的要求，数据业务将成为信息社会人们沟通方式更为便捷、传送信息量更大的沟通 渠道。随着人们对联通多媒体业务的需求，第三代联通通信技术迅猛发展，其以能够为广大 用户能提供类型多、质量高的多媒体业务而备受青睐。对于联通运营商来说，如何能够迅速 搭建起高质量的3g网络，是在激烈市场竞争中获胜的关键。在2g时期，对于室外宏蜂窝无法 有效解决的楼宇内的盲区、频繁切换区、高话务量区，联通运营商已经搭建了室内覆盖系统 予以解决。本文研究的是，联通运营商如何利用己经存在的gsm室内覆盖系统进行wcdma室内 覆盖系统的改造。本文对北京现代音乐学院gsm&wcdma的室内覆盖进行系统规划，并且将原 有室内覆盖进行3g改造的思路、方法及关键技术进行了详细进行了阐述1。 1.21.2 wcdmawcdma标准的形成标准的形成 w-cdma（宽带码分多址）是一个 itu(国际电信联盟)标准，它是从码分多址（cdma）演 变来的，从官方看被认为是 imt-2000 的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它 能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。wcdma 采用直接序列扩频码分多址（ds- cdma） 、频分双工（fdd）方式，码片速率为 3.84mcps，载波带宽为 5mhz.基于 release 99/ release 4 版本，可在 5mhz 的带宽内，提供最高 384kbps 的用户数据传输速率。w-cdma 能 够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信，速率可达 2mb/s（对于局域 网而言）或者 384kb/s（对于宽带网而言） 。输入信号先被数字化，然后在一个较宽的频谱 范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带 cdma 使用的是 200khz 宽度的载频，而 w-cdma 使 用的则是一个 5mhz 宽度的载频。 w-cdma 由 etsi ntt docomo 作为无线介面为他们的 3g 网路 foma 开发。后来 nttdocomo 提交给 itu 一个详细规范作为一个象 imt-2000 一样作为一个候选的国际 3g 标准。国际电信 2 联盟(itu) 最终接受 w-cdma 作为 imt-2000 家族 3g 标准的一部分。后来 w-cdma 被选作 umts 的无线介面，作为继承 gsm 的 3g 技术或者方案。误解尽管名字跟 cdma 很相近，但是 w-cdma 跟 cdma 关系不大。多大多小要看不同人的立足点。在行动电话领域，术语 cdma 可 以代指码分多址扩频复用技术，也可以指美国高通（qualcomm）开发的包括 is-95/cdma1x 和 cdma2000(is-2000)的 cdma 标准族。 1.31.3 室内覆盖基本概念室内覆盖基本概念 室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内联通通信环境的一种成功的方案，近几 年在全国各地的联通通信运营商中得到了广泛应用。 室内覆盖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联 通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3。 室内覆盖系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高联通电话接通率， 开辟出高质量的室内联通通信区域；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，从整体上提高联通网络的服务水平。 3 第第 2 2 章章 室内覆盖技术室内覆盖技术 实现室内覆盖是联通通信网络发展的目标之一，但是单纯地追求广覆盖还远远不能满足 业务需求，因为不同区域的用户需求和业务价值不同，必须区别对待，例如在人口密集的城 镇的基站密度就远远高于地广人稀的农村，室内的覆盖面积只占联通通信覆盖区域的总面积 的 20%左右，用于解决室内覆盖的基站数量只占总基站数目的 25%左右，但在室内且产生 了所有覆盖区域的业务量的 70%。据分析，室内用户分布密度一般大于室外用户两倍以上， 高价值商务用户一般集中在室内，室内静止用户更有可能使用 3g 丰富多彩的数据业务，因 此预计未来 3g 业务中将有 90%的数据业务发生在室内，可以说保证网络良好的室内覆盖， 是提高服务等级、发展客户的关键，是决定 3g 成败的重要因素。本章重点介绍室内覆盖的 组成。 2.12.1 室内覆盖系统的引入室内覆盖系统的引入 2.1.1 引入室内覆盖系统的原因4 随着城市里联通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，对联通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，联通通信信号弱，手机无法正常使用，形成了联通通信的 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，也是联通通信的盲区。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。 特别是联通通信的网络覆盖、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联通网络的服务水平，是所有联通网络优化工作的主题。 总之，室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的。进行室内覆盖系统建设的直接原因是： （1）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， 形成了联通信号的弱场强区甚至盲区； （2）容量方面：建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于联通电话使用密度过大，局 部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象； （3）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。 4 2.1.2 室内覆盖应用范围 室内覆盖系统的应用范围主要为 （1） 室内盲区； （2） 新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等； （3） 话务量高的大型室内场所； （4） 车站、机场、商场、体育馆、购物中心等； （5） 发生频繁切换的室内场所； （6） 高层建筑的中、高部，由于收到多个基站的电平近似的信号，导致没有主服务小 区而产生“乒乓效应” 。 2.22.2 室内覆盖系统组成室内覆盖系统组成 室内覆盖系统由信源、合路器、功分器、耦合器、干放、天线及馈线等部分组成，其组 成示意图如图 2.1 所示，下面对各个部分进行详细的说明5。 图 2.1 室内分布系统组成示意图 2.2.1 信源 在进行室内分布系统方案设计时，首先需要考虑信号源的选取。能够为室内分布系统提 供信号源的设备有：宏基站、微蜂窝、 “bbu+rru”和直放站等，每种信号源的特点和应 用场景有所不同，需要结合实际场景来决定使用哪种信号源。对于室内分布系统虽然不适合 应用智能天线技术，但由于可以应用智能天线的多通道的特性，来针对一些场所采用相应的 解决方案，提高系统的整体性能；下面对每种信号源进行分析： （1）宏蜂窝 5 宏蜂窝信源的话务容量较大，扩容方便，输出端口在应用中可以选择使用单通道和多通 道两种解决方案，一般微蜂窝对机房及电源环境要求较高，建设周期较长，成本高。主要应 用在话务量高、覆盖区域大、具备机房条件的高档写字楼、大型商场、星级酒店等重要建筑 物。 （2） 射频拉远单元 bbu 信源话务容量大，组网灵活，能将富裕话务容量进行拉远，有效利用资源，由于 光纤损耗小，大大减少干放等设备的使用。bbu 方案需要传输光纤资源，对机房及电源要 求不高，主要应用在话务量较高的写字楼、商场、酒店等重要建筑物，尤其适合建筑群和大 型场馆的使用。bbu 信源在一定程度上可以实现基带资源共享，适合距离较近，早晚话务 忙时互补地区共享部分冗余基带资源，但由于基带资源大量集中，一旦 bbu 发生问题，有 可能导致大范围的影响。 （3） 微蜂窝 微蜂窝信源安装简单，不需要单独的机房，可以直接挂墙，工作稳定，覆盖效果好，与 2g 室内分布系统设计基本一样，便于与其它系统进行合路；能提供话务容量，但容量相对 较小，一般只能提供单个端口，需要传输资源，对机房及电源要求不高，投资比较少，建设 周期短。微蜂窝信源一般应用在中等话务量、中小型建筑物。在信源功率不够时，可以采用 射频分布系统加干放的方式，或者采用中频分布系统的方式。 （4） 直放站 直放站信源对安装环境和电源要求低，建设周期短，投资少，但直放站不能新增话务容 量，同时会对基站带来一定的噪声抬升，主要应用在覆盖区域分散的小区，补盲覆盖的电梯、 地下室等场所。 2.2.2 合路器 （1）作用：合路器的主要作用是将几路信号合成起来，其外观图如图 2.2 所示 图 2.2 合路器外观图 （2）种类：合路器分为双频合路器和电桥合路器等多种。双频合路器分为 gsm/cdma 两 网合路器和 gsm/dcs 两网合路器。 （3）工作机理：双频合路器的工作原理类似于双工器,但要求被合成的信号不在同一频 段范围内,比如 g 网和 c 网、g 网和 d 网、c 网和 d 网。而且双频合路器具有插损低(有的只 6 有零点几 db)和隔离度大(大于 7090db) 等特点。由于 c 网二次谐波落在 d 网内,因此,c 网 和 d 网的隔离度比其他种类的小约 10 db。 当被合路的信号在同一频段内是就只能采用电桥合路器了，电桥合路器有合路损耗,比 如 2 合 1 有 3db 的合路损耗,而且电桥合路器的隔离度远远低于双工合路器,一般只有 20db 左右。 2.2.3 功分器 （1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。其外观图 如图 2.3 所示 图 2.3 二功分和三功分外观图 （2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分 3 种。 功分器从结构上分一般分为：微带和腔体 2 种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细成 多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成, 从而实现阻抗变换。 （3）主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频 率范围和带内平坦度、输入阻抗。 2.2.4 耦合器 （1）耦合器的作用是将信号不均匀地分成 2 部分(称为主干端和耦合端，也有的称为直 通端和耦合端)，其外观图如图 2.4 所示。 图 2.4 腔体耦合器照片 （2）种类:耦合器型号较多如 5 db、10 db、15 db、20 db、25 db、30 db 等。 从结构上一般分为：微带和腔体 2 种。腔体耦合器内部是 2 条金属杆,组成的腔体耦合 器、微带耦合器内部是 2 条微带线,组成的一个类似于多级耦合的网络。 （3）主要指标：耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、 频段范围、带内平坦度、输入阻抗。 输入端 直通端 （主干端） 耦合端 7 2.2.5 干线放大器 （1）作用：干线放大器简称干放。作用是在室内覆盖信号源功率不够的主干末端对信 号功率进行放大,以满足覆盖的要求. （2）种类：根据运用在不同的网络分为 gsm 和 dcs 干线放大器，其内部结构相同于直 放站。根据不同的功率主要分为 2w 和 5w 直放站。 （3）技术指标:类似宽带直放站，可参照国家有关部门颁发室内宽带直放站的技术指标 要求。由于在主干上使用的所以输入电平比较高，一般在-15+15dbm 左右,增益根据输出功 率的不同有所不同,例如 2w 干放一般增益为 3040db。 2.2.6 天线 分布式天线系统中使用的天线，一般增益较小，对波束的半功率宽度也没有具体要求， 这是由室内覆盖的特点决定的，部分室内天线如图 2.5 所示，室内覆盖的天线主要有全向天 线和定向天线两种，应根据具体场景的要求合理选择。 图 2.5 部分室内分布天线示意图 定向平板天线和全向吸顶天线通常被用于办公室、宾馆、居住楼、展览馆和走廊等地方， 对于一般单根天线覆盖区域较小的场合，建议使用双频段全向天线，如果是覆盖比较空旷的 狭长区域，则建议采用定向天线。 2.2.7 馈线 室内覆盖用的馈线基本上只有 3 种 7/8（普通） 、1/2 英寸（普通）和 1/2(超柔)，它们都 是同轴电缆，由于微波信号只在同轴电缆的外导体的内表面与内导体的外表面上传导，所以 7/8 英寸的电缆由于内导体较粗，而且都是空心的，而 1/2 的内导体由于较细，所以就是铝 的，并在内导体上镀一层铜，有利于信号传递。根据表皮的不同材料有阻燃和普通 2 种。 8 图 2.6 1/2 馈线和 7/8 馈线图例 2.32.3 室内覆盖信号覆盖方式室内覆盖信号覆盖方式 室内覆盖方案需要在室内布线及安装天线（或泄漏电缆） ，即在建筑物里面需要覆盖或 解决话务的地方，安装一定数量的小型天线，每个天线的 eirp 电平较低，覆盖很小的范围 （一般在几百平方米） ，使信号均匀的分布在建筑物的每一个角落，同时又尽可能的减少每 幅天线的覆盖重迭区，信号源（基站、微蜂窝、直放站）直接引入到分布系统中，设计时一 般信号不外泄到建筑物外面以避免引起过多的切换和同频干扰。常用的有分布天线，泄漏电 缆和混合方式等几种方式6。 （1） 分布天线方式 与传统单天线解决室内覆盖方式相比，分布天线的方式在于“分布” ，通过将大量的低 功率天线分散安装在建筑物里面，全面解决室内覆盖的覆盖问题。单天线如微蜂窝内置天线 方式，一般用于大会堂，体育馆等空旷的场所，天线可安装的离人体较远的地方，室内阻挡 不大，安装简单方便，对于大型建筑物，单天线方式只覆盖大型建筑物的一部分，达不到完 全覆盖，而分布天线方式可以做到，分布天线方式可分为无源分布、有源分布和光纤分布。 无源天线分布方式 信号源通过耦合器和功分器，尽可能地分配到每幅天线上，这是主要的使用方法。它的 特点是器件可以找到，造价较低，成本主要为耦合器和馈线，为克制馈线的损耗，一般采用 较粗的馈线（主干一般为 7/8 英寸或 5/4 英寸，馈线支路采用 1/2 英寸超软馈线） ，室内施 工因馈线的度和最小弯曲半径限制变得较为困难，距离不能太远（最远的天线一般立即站在 100m 以内） 。对于距离较远或只是耦合基站的一部分信号，造成到达远端信号很弱时，可采 用线路放大器（booster）将信号放大后再经分布系统到达每幅天线。 无源分布系统最需要解决的问题是如何减少传输中功率的损耗及如何将功率合理的分配 到每一个天线。功率每损耗 3db，就意味着减少一半的覆盖范围，这点与室外覆盖有着很大 的区别，室外覆盖更多的取决于基站的天线高度、增益及下倾，要将功率合理的分配到每一 个分布天线取决于器件的损耗和合理的设计，因此，耦合器、功分器、接头和馈线等器件的 9 选取显得相当重要。 a.插入损耗，即器件本身的损耗，越小越好（如某些进口设备小于 0.05db，国产设备 一般为 0.5-1db） ，以避免不必要的功率损耗。 b.驻波比，要求器件本身的驻波比应小于 1.2，对于双波段器件（gsm900 和 gsm1800） ， 应小于 1.3，对于 td,要求小于 1.5，带内平度，要求小于 2db。 c.其他指标为接头（n 接头、sma 接头等） 、阻抗（50） 、体积及形状（应选取体积小、 易于安装的器件） 。馈线及接头也尽量用损耗小的，以减少功率的无效损耗。 有源天线分布方式 为克服无源分布系统的馈线施工问题，目前有一些厂家设计出一些分布系统，采用 75 同轴电缆或 50 低损耗同轴电缆（直径一般为 1/8-1/4 英寸）做传输线，由于这些同 轴电缆损耗较大（每百米在 25-58db） ，在天线端采用一些小功率放大器作补偿，再经天线 发射出去，由于放大器功率小，一般在 020dbm/载波，厂家设计时经常将放大器和天线合 为一体。同轴电缆较长时厂家还提供用于补偿线路和损耗的在线放大器。而线路分支时，也 可采用有源放大器，这种方式的特点是采用小同轴电缆，非常柔软，可以任意弯曲，施工非 常方便，同时同轴电缆价格相对低廉，但缺点是有源天线的噪声系数高，互调较大。每幅天 线终端都必须提供电源（有的厂家提供远供电源） ，不是很灵活，当传输距离长时由于多级 放大补偿，互调和噪声问题在计算设计时必须认真计算，成本比无源方式要高出一倍 与无源分布系统相比，有源分布系统设计的关键不再是功率的分配和节省，只要是线路 的损耗在远端放大器的补偿范围内，就能保证其输出功率，因此，有源分不系统的设计要点 在天线的挂放位置、噪声及互调，其中多机串联噪声电平的控制最为关键，系统能接入的天 线数量也取决于它。有源分布系统的设计要比无源分布系统的简单，系统的质量更多地与产 品的性能有关。 光纤室内分布系统 光纤分布系统就是为克服因距离太长线路损耗过大而设计的，它利用光纤传输时的低损 耗（每百米约为 0.20.5db） ，一般采用两根光芯，外加保护设施方式，形成直径比一般尾 纤较粗的小光纤，即利用了光纤尾纤的柔软性，也克服了尾纤的易断性，可适应一般的拉扯 和变拆，但无论如何，在抗拉性上，光缆不如同轴电缆和馈线，其实，光纤分布系统也可看 成是有源分布系统的另一种形式，它的特点是施工方便，不受距离限制，不受基站功率限制， 但价格相对比较贵。 光线室内分布系统的设计比无源和有源分布系统的简单得多，主要为光纤路由和每一条 光线的长度，因光纤不可能像电缆一样在现场切断，应事先设计好光纤的长度，另外由于光 纤系统经过多次光-电、电-光转换，系统噪声系数较大，一般都高于 10db，因此系统设计 10 时应考虑更多的噪声储备。 （2）泄漏电缆方式 泄漏电缆主要用于隧道、地铁、长条型走廊等天线难以发挥作用的地方，其覆盖范围一 般在几米到几十米，泄漏电缆起到信号传输作用，又有天线的功能，与常用同轴电缆不同的 是，它通过合适的电缆外导体开口，将信号沿电缆纵向地发射及接收，如图 2.7 所示，泄漏 电缆必须考虑的电气性能有频率范围、电缆的损耗、耦合损耗和反射系数等，其频率特性取 决于两个开口的距离，电缆纵向损耗及耦合损耗是室内覆盖系统要考虑的最主要的参数。 图 2.7 泄漏电缆分布示意图 （3） 混合分布方式 混合分布方式是根据实际情况，综合无源分布、有源分布、光纤分布和泄漏电缆分布方 式等各种方式或其中的一些组合，用于超大型室内分布，如机场、会展中心等，一般来说， 在离信号源较近处，用无源分布，在离信号源有一定距离或信号较弱时，加线路放大器；在 离信号源较远或难度较大时采用有源分布系统或光纤分布系统，对于长条形走廊、隧道、电 梯等，采用泄漏电缆方式，力求通过各种方式的合理组合，达到最佳效果、最低造价。 （4）几种信号方式的比较 无源天馈分布方式、有源分布方式、光纤分布方式和泄漏电缆分布方式各有自己的优缺 点，运用场合也有所不同具体如表 2-1 所示 表 2-1 信号分布方式的比较 信号分布方式优点缺点 无源天馈分布方式 成本低、无源器件、故障率低、 无需供电、安装方便、无噪声累 积、宽频带 系统设计较为复杂、信号损 耗较大时需加干放 有源分布方式设计简单、布线灵活、场强均匀 频段窄、多系统兼容困难、 需要供电、故障率高、有噪 声积累、造价高 光纤分布方式 传输距离远、布线方便、性能和 传输质量好 造价高 11 泄漏电缆分布方式 场强分布均匀、可控性高、频段 宽、多系统兼容性好。 造价高、传输距离近 12 第第 3 章章 gsm&wcdma 室内覆盖系统设计要点分析室内覆盖系统设计要点分析 3.13.1 室内覆盖规划流程室内覆盖规划流程 室外网络设计的关键是频率规划及覆盖范围的设计，而对于室内覆盖系统更主要的是如 何选择合适分布系统及天线安装位置，如何设计一个完整的室内覆盖系统了？下图给出了进 站站点点获获得得 客客户户需需求求 目目标标建建筑筑物物 : :初初步步的的站站点点调调查查 没没有有明明确确的的目目标标建建筑筑物物: : 站站点点调调查查获获取取 可可能能的的目目标标建建筑筑物物 建建议议：客客户户接接收收目目标标建建筑筑物物 站站点点的的初初步步调调查查/ /预预规规划划 建建筑筑物物信信息息 周周围围网网络络信信息息 解解决决草草案案设设计计 批批准准 室室内内网网络络设设计计 安安装装设设计计 站站点点查查看看 传传播播测测量量 确确定定天天线线位位置置，电电缆缆路路线线，b bt ts s设设备备 位位置置草草案案和和照照片片 站站点点安安装装 详详细细设设计计 系系统统图图 功功率率预预算算计计算算 解解决决方方案案描描述述 参参数数设设计计和和测测量量 参参数数配配置置和和频频率率规规划划 调调整整和和优优化化 网网络络跟跟踪踪 网网络络话话务务观观察察 容容量量监监视视 图 3.1 规划流程图 13 行室内覆盖设计的流程框图，对于不同的实际情况会稍有不同，在实际应用过程中应根据具 体情况作一定的调整。室内覆盖规划分为几个不同的阶段，首先要做的是找到需要覆盖的目 标建筑物需要覆盖的地方，通常是覆盖差的大型建筑物、宾馆、写字楼、地下停车场等，还 有话务量高的大型室内场所，如车站、机场、商场、体育馆、购物中心等。在进行站点的初 步勘查后，进行站点的详细勘察。接着进行详细的设计，然后进行安装，安装完成之后，无 线网络规划人员还要进行测试和优化，看是否达到预期的要求，规划流程图如图 3.1 所示6 站点获得的主要内容包括： （1） 客户需求的详细说明、用户数、覆盖要求、服务等级； （2） 在设计前收集周围小区的信息； （3） 在开始规划前，获得物业主的同意，考察大楼，最好能得到大楼的设计平面图； （4） 准备目标建筑的列表； （5） 得到被批准的目标。 3.1.1 站点初步查看/预规划 在进行设计前必须对要求室内覆盖的地方进行调查和了解，确定需要解决的主要问题是： 话务拥塞、覆盖盲区还是信号不稳定？覆盖的地方是商务中心、商场、写字楼、政府机关？ 有多大的话务量？考虑哪一种无线通信系统？要求覆盖的范围有多大？周围环境如何？施工 布线走向及路由？只有经过充分的调查后，才能确定信号源及采用何种天线系统，室内覆盖 系统一旦施工，就很难改变设计方案。 站点勘查的内容包括： （1） 获得楼层布置和大楼信息，以及人员的分布情况； （2） 预先考察可能的天线布放位置，电缆布放，寻找 bts 最佳位置； （3） 和施工人员一起进行站点的考察； （4） 做测试，确定天线的最终安装位置； （5） 为每一个天线的安装位置照相，存为材料。 3.1.2 详细设计 这是设计的重要部分。详细设计包括功率预算、系统图和解决方案描述。功率预算的意 义是保证在发射端和天线端的射频部件的衰减不太大，以提供足够高的信号电平。这也最终 决定了是使用同轴电缆还是光纤来给天线馈电。 需要的信号电平将界定天线的数量和站点使用的设计类型。典型的室内应用，再覆盖区 域的 90%内，信号电平介于-80dbm 和-85dbm 之间，这就决定了在不同位置处的天线需要的 eirp 值和 bts、电缆、天线的数量，通常，运营者根据不同的覆盖类型，例如：乡村、郊区、 14 城区、密集城区、室内等来定义信号电平。 除了 eirp，小区范围也取决于环境类型如办公室、宾馆、商场的布局，表 3-1 中列举 了一些典型的环境。eirp 值也可以由下面的方法测试来确定。 表 3-1 典型环境的 eirp 参考值 环境类型eirp小区范围 开放的办公室15-17dbm60-80m 宾馆 15-17dbm60-80m 商场15-17dbm60-80m (1) 室内覆盖测试 对大楼现有的周围宏蜂窝提供的室内联通信号进行测试，收集所用频段内存在的各种频 率信号，找出各楼层最强的信号电平，由此得到各楼层所需的最小设计电平，为保证楼内手 机能够驻留在室内微蜂窝上，并具有良好的载干比，必须保证楼内有足够供的设计电平。 （2） 射频系统设计 这里主要介绍室内覆盖的上下行链路功率和如何确定信号场强、噪声及一些小区参数的 设置。 上下行链路 与室外宏蜂窝相比，室内小区的上下行功率在设计上有所不同，宏蜂窝的覆盖通常取决 于上行链路的信号及其载噪比（c/n） ，而室内小区的覆盖更多的取决于下行链路的功率强度 或 c/i 和 c/a；可将室内覆盖分为两种情况，一种是室内存在信号，未解决话务或干扰，特 别是建筑物的高层部分收到来自宏蜂窝多方向的杂乱不稳定信号的干扰，因此需要更大的功 率；另一种是完全没有信号的地方，由于没有外边信号的干扰，上行信号的载噪比较高，只 要能保证下行信号能达到一定强度（边缘场强） ，就能保证覆盖及通话质量。 综上所述，室内系统的设计应更注重于下行信号，当然，如果系统存在放大器或有源分 布，就必须考虑噪声对系统的影响，如果分配专用的频率组用于室内系统或采用多层小区结 构（hcs） ，设计时会有所不同，在进行上下行链路预算时，必须进行路径损耗测试，路径损 耗测试的目的是确定该大楼的墙壁、内部装饰物等物体的损耗，采用测试法设计在测试点的 发射信号，用测试手机在楼层各点测量接收信号电平，根据测试结果，信号的链路损耗如下： （3-rxleyeirpploss 1） 其中，为路径损耗，eirp 为测试发射机的有效发射功率，rxlev 为测试手机接收电 loss p 平，根据大量的测试数据，得到楼内最大的路径损耗。再有上面的式子，可得到设计所需参 15 考的 eirp 值。如果总的路径损耗太大，所需的 eirp 值就可能很大，也rxleypeirp loss 许需要布置多个天线来减少室内的路径损耗。 边缘场强的取定7 边缘场强主要取决于接收灵敏度、衰落储备及干扰储备。在室内覆盖系统中，多径传播 现象比室外系统更为突出，特别是近场区，因此考虑快衰落储备时，应有较大的余量，一般 取 10-15 db.而慢衰落储备在室内系统中一般不做太多的考虑，这是由于室内联通用户联通 速度缓慢，覆盖半径只有几十米左右，周围环境变化不太大，在做覆盖预测时以将其作为阻 挡损耗计算体现在设计中。干扰储备的取定与周围环境及宏蜂窝的频率复用模式有关，在仅 考虑干扰的情况下，c/n 决定小区的覆盖。 因此，在设计室内系统时，应考虑不同的覆盖边缘场强，对于靠近窗口或建筑物外围的 地方，边缘场强要求高一些，下行功率设计时要求高一些，而对于建筑物中间，可适当低一 点；为此室内覆盖的天线应尽量挂在靠外部的地方，而不是建筑物中间。 有源系统的噪声与上行功率 在这里多次强调噪声问题，是因为在室内分布系统中，系统的性能在很大程度上取决于 干扰与噪声。在引入放大器后，系统的噪声电平被提高，原本很好的上行链路信噪比一下子 变差。从已开通的系统来看，室内分布系统出现质量差、掉话率高的原因大都是噪声没有抑 制好。其实，接收机的灵敏度理论上可以做的非常高，但考虑噪声以后，灵敏度就受到限制。 在通信系统中，提高接收机的灵敏度比增加发射机发射功率更为有效，特别对于上行链路来 说。也就是说，在系统设计中，必须采取措施降低噪声，只要系统设计的合理，噪声对系统 的影响就可降低至合理水平。 下行功率的取决 在室内分布系统中，由于手机与接收天线的距离很近，而且上行信号足够强，天线不需 要分集接收。假设手机的最大发射功率为 2w，手机与基站考虑有 3db 的灵敏度差，按照上 下行链路平衡来算，基站的最大发射功率应为 36dbm。实际上，由于上行信号接收（天线） 手机所受的干扰不同，室内天线一般为吸顶安装或挂强安装，受建筑物的阻挡，室外手机的 上行信号到达室内天线的强度比室外基站的下行信号到达室内手机的信号强度弱得多，上行 信号不需要那么多的干扰储备，上功率可适当增加 3-5db,因此，基站的实际输出功率为 pbts=ss+ld+lf+ls+lq，其中，pbts 为基站发射功率；ss 为边缘场强；ld 为从天线到室内 手机的空中信号衰减；lf 为从基站到天线的所有馈线损耗之和；ls 为从基站到天线的所有 功分器、耦合器损耗；ld 为室内阻挡损耗，具体取值参考下面覆盖预测部分。当在计算预 测时，往往按照基站功率取 35-40dbm 计算，以保证实际室内覆盖有更好的效果。 对于有源系统，输出功率取决于功率放大器，由于输入信号较强，一般下行信号没有达 16 到最大增益时，放大器的 alc 已经启控，而上行信号正常可达最大增益，系统考虑如何控制 上行功率。分布系统中由于天线间的距离很近，每天线有效输出功率（eirp）太强会引起干 扰和重叠区过大，太小系统成本会变大，同时考虑电磁波对人体的影响，因次最佳的每天线 有效输出功率（eirp）应在 10-15dbm。 在结束室内设计之前，应是系统设计图得以执行，这样才能保证实现设计效果，这之后 就可以做频率规划和参数设计了。多数情况下找到不受干扰和空闲的频率是困难的，除非是 专门预留了室内应用频率。如果没有预留，就应该使用外部干扰程度低的频率。这就要求测 试室内的信号，可以利用测试手机，频谱仪等测试设备来测试，选择接收到的外部信号中较 弱的频率。这对于选择 bcch 信道的频率尤为重要，因为他要求的 c/i 值要比非 bcch 的频率 的 c/i 值高。 频率规划 在室内覆盖设计中，频率规划是建立在测试基础之上的。一些运营者留有少量的频道用 于微蜂窝，宏蜂窝没有使用这些频道，这种策略很好，但是频道数有限。多数情况下，运营 者没有专门留有微蜂窝用的频率。为了找到室内应用的最好频率，最好是进行室内信号测试， 选出信号电平最弱的频率，这在高层建筑中尤为重要。外部小区经常处于楼层的视线范围内， 在高层接收到的外部小区信号杂乱，重要的是要找出 bcch 用的频点。如果外部小区使用调 频，室内小区也可与外部小区使用同样的 ma 表，或选用自己选出的 c/i 值好的频道组成的 ma 表。当室内小区的信号被限制在室内，就不会对外部的小区有影响，在建筑物内可有多 个小区。这些小区分布在每一楼层，在楼层间可重复使用频率，频率可每隔一层复用，在每 种情况下都要进行测试，要注意与外部的切换关系。避免定义的邻区中出现同 bcch 同 bsic 的小区。如果在某一层和电梯中使用某一频率，则在其他层中不能使用该频率，因为联通的 电梯会使 ms 和其他使用同一频率层的 ms 相互干扰。在室内应用调频是有益的，能起到频率 分集和干扰均化的作用，可以减少快衰落的影响。快衰落在室内环境中时较典型的8。 频率规划原则是：在频率资源允许的情况下，室内覆盖尽量采用专用频段，采用偷频方 式，尽量确保 bcch 频率不受干扰，tch 层的规划可以采取射频调频的方式来减少干扰；不 选择邻近小区的频率，尽量不选择这些频率的邻频；借助 bts 设备上行频点扫描功能查找上 行可用频率；借助路测设备的下行扫描功能查找下行可用频率，对于大楼的底层部分用常规 的频率规划方法，在干扰较大的高层部分建议采用专用频率，最终的频率选择以实际干扰环 境测试为准。 详细设计总结 详细设计可总结为：进行功率预算计算，得到 eirp 值；画系统连接图；写出解决方案 的描述；得出系统图执行的难度；做频率规划和参数设计， 17 3.1.3 设计批准与站点的安装9 （1）设计方案审核 对工程站点描述是否属实，覆盖范围、方式是否与覆盖要求一致。 对小区参数的特殊要求是否在设计文件中说明（如基站输出功率、时间惩罚等） 。 对勘察测试数据进行分析，确认是否以进行必要详细的勘查测试。 根据覆盖需求和勘测数据论证方案设计思路，信源引出，主干分布，无限安装的合 理性。 主干的分布走向是否清晰、合理： a、选择在建筑物中部的线井走线、到本楼层各天线的长度大致相同，可保证均匀分配 同楼层各天线口功率； b、最少应采用两条主干，较大的分布系统可采用四条或多条主干对建筑物分高底层、 分主附楼、分区域覆盖，各主干覆盖区域相对独立； c、对分支路由避免采用多级功分； d、各种辅材的使用和数量是否合理； 审核系统原理图，分析功率分配均衡情况、对信源设备以及有源干放、微蜂窝干放 的输出功率利用是否合理：避免采用多级干放（原则上不超过三级） ；对较大型分布系统， 需增加两台（包括两台）以上普通干放的，建议采用微蜂窝干放。 是否考虑了将来扩容，各种耦合器、功分器使用是否合理、方案中功分器、耦合器 尽量用单频器件；合理选择各种耦合度的耦合器，以保证均匀地将功率耦合到各楼层。 馈线走线是否合理、天线口功率是否达到要求，有无不符合无线电管理部门的室内 覆盖标准。 确保覆盖效果的情况下将建设成本控制在最小范围。 对一些楼层因未装修或业主原因暂时未作覆盖的设计是否已考虑，是否有预留端口， 是否已在设计文件中说明，审核方案是否已考虑扩容，是否有说明更改情况并提供具体连接 图。 （2）安装 信号源的选取10 室内分布系统的信号源来源于基站（微蜂窝）或直放站。设计时信号源的选取主要从以 下几个方面加以考虑：话务量、要求覆盖的范围、所处位置及对网络影响程度成本。 室内分布系统的选择 室内覆盖的方法及各种分布系统的特点上面已介绍，这里主要介绍室内分布系统选择的 原则：造价，尽可能采用成本低的方式，同时保证系统质量；施工的难度，尽量考虑施工比 18 较容易实现，特别是馈线的施工；天线的位置、数量和输出功率，在保证覆盖的同时，使用 较少的天线，较低的输出功率；考虑受制条件，综合采用各种系统。 天线、馈线的选择及挂放位置 a、天线的选择：由于室内覆盖分配到每幅天线的功率不会太大，选择天线应以小巧、 美观、易安装，与周围环境相配为原则。可选择帽状、杆状、钻石状、书本状等小型天线。 b、天线挂放位置以容易施工、离管井近、相对靠外为原则。 3.1.4 优化验收 在室内设备安装完成后，要进行自检。这也是保证每一项工作按设计来做的唯一办法。 至少要求检查以下的一些工作11： （1）室内呼叫； （2）小区选择和重选（c1 或 c2 标准） ； （3）建筑物内部小区和建筑物外部的小区间的切换； （4）检查信号强度，做联通测试； （5）检查通话质量，必要时调整频率；从 bts 话统中观察小区的话务，依据测量得数 据和话统来最后确定参数。 （6）网络系统跟踪。 3.2 室内覆盖传播模型 由于建筑物类型的不同，室内环境差别很大，需要选择合适的传播模型，同时结合实际 情况进行相应修正。下面介绍两种比较常用的传播模型12 第一种传播模型可以用公式表示如下 (3-2) fafx d d nplbpl 0 0 lg10)d()d( 式中，pl 是传播损耗（db） ；是室内传播模型中的参考路径损耗, 是从室内天线)( 0 dpl 到自由空间 1m 处的路径损耗值；是阴影衰落余量（db） ；n 是距离衰减因子，它是室内 x 传播模型的斜率，faf 是地板衰减因子。 因为室内建筑物的种类、结构材质千差万别，所以一般情况下建议在实际情况下测量 、n 和 faf 值。)( 0 dpl x 第二种传播模型被称为修正自由空间的传播模型，公式如下： （3- wwff anandlpllg20)()db( 3） 式中，是方差为的对数正态分布均值，并且包括人、设备、家具等地物损耗，具 l 19 体的只可以通过此测试；d 是天线和联通台之间的直线距离，和分别是一层地板和一 f a w a 层墙的损耗；和分别是沿线 d 的地板和墙的数目。 f n w n 表 3-2 是 2ghz 不同材料的墙体和地板的穿透损耗值。 表 3-2 不同材的墙体和地板的穿透损耗值 墙体的类型混凝土墙体砖墙玻璃钢筋混凝土混凝土地板 穿透损耗 （db） 13208156122040812 3.33.3 gsmgsm 和和 wcdmawcdma 室内分布系统共建方案分析室内分布系统共建方案分析 在与 gsm 系统共用室内分布系统时，主要采取在原系统信号馈入点处加装合路器，来实 现多系统的共享。通常可能遇到以下问题：原 gsm 系统可能会出现功率电平配置不足的问题。 如果原室内基站设备发射功率留有一定的备用余量，可通过调整其发射功率得以解决。不然 将导致该建筑物内部边缘部分电平的不足，造成部分边缘区域无主力覆盖，破坏了原楼宇与 外界切换区域的均衡和原系统设计中室内覆盖小区和外界小区的关系，一般该不平衡需要通 过局部网络的优化调整得以解决13。 wcdma 和 gsm 公用室内分布系统时，应该坚持以下原则： （1） 确保 gsm 网络在改造后仍能达到覆盖要求。 （2） 尽量利用原分布系统的设备和器件，控制改造成本。 从工程方面考虑，wscdma 和 gsm 公用室内分布系统时需要针对具体情况，对室内信号 分布系统的无源器件和馈线进行更换或者改造，如果原有的无源器件的频谱范围不包括 wcdma 的频率，那么需要新增或者更换器件包括合路器、功分器、耦合器、天线、匹配负载、 射频跳线、各种信号的馈线等，wcdma 干线放大器和衰减器将视具体情况而定，如果原有的 无源器件可覆盖 wcdma 的频率范围，那么这些器件不需要更换。 以下将对与 gsm 供室内分布系统需要进行的改造进行重点说明 3.3.1 室内分布系统的建设与改造 对于已经有 gsm 室内分布系统的建筑，在 wcdma 室内分布系统方案设计时需要考虑与原 有系统的共用改造，一般，改造可针对无源室内分布系统和有源室内分布系统分别进行讨论。 对于原 gsm 系统是无源室内分布系统的建筑，在对 wcdma 容量不高的情况下，可以采用 wcdma 信号源和 gsm 信号源直接合路的方式。合路方式可有前端合路和后端合路方式两种。 在原 gsm 分布系统无法与 wcdma 系统共用主路由时，应当采用有源后端合路方案，该方 案在靠近天线点处合路，wcdma 主干部分单独施工，在需要合路的地方进行合路，后端合路 20 方式 wcdma 天线点的布放更加灵活，可以更好的保障 wcdma 系统的覆盖。 3.3.2 无源器件的使用和改造 室内无源器件是指不需要专门供电就能正常工作的器件，一般包括耦合器、功分器、合 路器、天线、馈线等。室内分布系统无源器件的性能差异主要体现在工作频段（宽频或窄带） 、制作工艺等方面15。 耦合器是一种将输入信号的能量通过电场、磁场耦合分配出来一部分成为耦合端输出， 剩余部分成为主干端输出来完成功率分配的元件， 功分器是将天线上高频头接收到的信号，经线缆均等的分成多路的电子器件，在室内应 用中功分器是经常使用的。使用功分器可以把一个信号源的信号分成多个分支，并把信号分 配给多个天线。功分器把信号分配给馈电电缆时会引入损耗，损耗取决于分配的端口数，等 功率分配器在两个端口间分配等功率信号损耗的简单关系是 10logn，n 是等功率分配器输出 的端口数，也有不等功率分配器，其在端口间分配不同的功率，所有的功分器都会带来少量 的损耗，即插入损耗。 合路器是将不同频段信号滤波后合成为一路信号输出，及将接受信号滤波分离的器件， 由于要求 2g、3g 共室内分布系统需要增加滤波器型合路器，要求介质损耗低于 0.5 db，同 时，为了避免两个系统之间的相互干扰，对两个输入口之间的隔离度有要求，对于无法满足 要求的，根据具体要求，可能需要增加滤波器。 由于以前所建立的 gsm 室内分布系统中，所使用的无源器件（功分器、耦合器、天线） 的工作频率范围不支持 wcdma 的频率范围，所以在进行原有 gsm 系统的改造时需要在天馈线 系统中的无源器件进行更换。考虑到 wlan 系统的合路，故建议更换后的无源器件必须满足 工作频率范围为 800-2500mhz。在进行无源器件的更换时 还需注意其他技术参数，最好与 更换前保持一致，如天线的增益，功分器和耦合器的插损等。 室内分布天线选择时非常重要的，如果选择得当可以增大覆盖面积改善服务质量，需要 根据目标覆盖区的特点选择不同的天线