WCDMA室内覆盖工程方案设计流程及规范.doc

WCDMA室内覆盖分布系统建设工程方案设计流程及规范工程方案设计流程及规范武汉邮电科学研究院武汉虹信通信技术有限责任公司共20页第1页目录一、方案设计流程图一、方案设计流程图.2二、方案设计二、方案设计.32.1建网思路.32.2信源.32.2.1信源取得.32.2.2话务量预测.32.2.3信源配置.42.3设备选型.42.4器件、天馈.52.5天线、点位.52.5.1大厅覆盖.52.5.2平层覆盖.52.5.3电梯覆盖.6三、方案分析三、方案分析.73.1电磁辐射防护分析.73.2覆盖场强分析.83.3信号外泄分析.103.4上下行平衡分析.113.5抑制外系统信号分析.133.6隔离度分析.143.6.1杂散干扰分析.153.6.2互调干扰分析.163.6.3阻塞干扰分析.183.6.4干扰分析总结.183.7切换预测分析.193.8系统扩容性分析.20共20页第2页一、方案设计流程图一、方案设计流程图模测确定思路信源选取设备选型天线点位方案设计方案分析共20页第3页二、方案设计二、方案设计2.12.1建网思路建网思路明确目标工程是改造工程还是新建工程，系统中同时存在几个网络。2.22.2信源信源2.2.12.2.1信源取得信源取得如果局方有要求，则按照局方要求取得信源。如果局方没有做要求，建议按照2G信源来选取3G信源类型。2.2.22.2.2话务量预测话务量预测由于目前国内WCDMA室内覆盖系统没有适用的话务模型，我们可以根据相同地点已发生的2G话务量来推断3G话务容量。主要是先基于一些假设及相关的工程项目的数据对该热点的话务量进行推算。根据以往GSM话务量统计资料，我们可以得知，目标工程忙时话务量约XERL(为了以后计算更直观，设X5.7)，取每用户0.02ERL，可支持的用户数为：5.70.02=285人。1.话务特点分析话务特点分析3G联通用户将使用多种类的语音和数据业务，如何计算容量取决于大量参数的调整，其中3G终端的渗透率初期难以估计，但它的取值对最终结果影响十分大，暂且认为3G终端的初始渗透率为15（此数据相对较高，CDMA1X网络发展初期阶段，CDMA20001X终端渗透率稍高于10，采用话费换手机方案，发展两年后超过20），即2850.15=42.75。而根据MII测试结果，在无线环境良好的条件下（由于室内分布系统环境相对封闭，传播损耗很小，可近似认为符合，此时系统容量受限因素主要是OVSF码数目），单载频支持语音用户在122以上。2.数据流量分析数据流量分析本系统在设计时首先按现有用户数据模型及数据传输时的可延时的特性，在现有QOS为2%的配置下可基本满足其需要，当：共20页第4页用户渗透率话音视频电话PS数据100%20%100%可以计算出不同业务支持的用户数：话音42.7510043，视频电话42.75208.55，PS数据42.7510042.75。根据MII系统测试结果：ServiceSingleCellMultiCellCS12.2122118CS643030PS64643030PS144641414PS3846477MixedService1PS384+2CS64+83CS12.21PS384+2CS64+83CS12.2我们可以看到，本系统的设计使用单载频的NodeB完全满足话务需求。实际系统中，容量会减少一些，如果有进一步提高容量的要求，可以通过增加3G系统的载频数方便地进行扩容。待以后进入业务增长期后再用分区或在本扇区增加载频的方式扩容。2.2.32.2.3信源配置信源配置局方没有给出信源配置时，就要通过对话务量的预测来推断微蜂窝所需的载频数或者小区数。以CS12.2业务为例，由上表可知，单载频单扇区时容量为122人，单载频多扇区时容量118人。通过4.2.2“话务量预测”可以知道预计忙时同时拨打的人数，对照可知所需的载频数。2.32.3设备选型设备选型根据目标工程情况，确定使用哪种类型的直放站。直放站选取时，注意公司直放站功率均为总功率，但是我们方案设计和局方验收时使用的是导频功率。也就是说，10W（40dBm）的干放，建议导频功率按1W（30dBm）计算，即回退10dB来进行功率预算，具体直放站导频功率的回退值按照运营商的要求来设置。目前我公司3G直放站存在三种：无线、光纤和干放，每种类型的设备分别存在以下共20页第5页三个功率等级：2W、5W和10W。注：以上功率回退值的说明只是针对直放站而言，对于基站的功率，统一按照回退10dB来计算。2.42.4器件、天馈器件、天馈工程中所有使用到的器件、馈线、天线支持的频段要满足800M-2.4G，并且不要选用八木天线。相应的各种器件及馈线3G信号损耗列表如下：器件损耗双频合路器1.0dB二功分器3.3dB三功分器5.3dB四功分器6.6dB6dB耦合器1.4dB10dB耦合器0.6dB15dB耦合器0.3dB20dB耦合器0.2dB12硬馈线1.1dB10M78硬馈线0.7dB10M2.52.5天线、点位天线、点位2.5.12.5.1大厅覆盖大厅覆盖大厅高度较高，阻挡物很少，并且在进入大厅后的一定范围内可以接收到来自二楼走廊天线处的信号（同载频）。为了防止泄漏，建议控制天线输出功率在2dBm内，将天线安装在二楼走廊或者使用定向天线覆盖。2.5.22.5.2平层覆盖平层覆盖大楼平层高度低，房间密度大，为了保证覆盖场强和防止泄漏，建议在走道（房间门口）安置全向吸顶天线（采取高密度、低功率的分布方式）进行覆盖，天线安装在平层的共20页第6页天花板上。2.5.32.5.3电梯覆盖电梯覆盖1.兼项覆盖在电梯厅放置全向吸顶天线（天线口输出功率3-5dBm），信号穿过轿厢门进入电梯内，在楼内每一层的候梯厅布放全向吸顶天线，可以同时覆盖电梯和候梯厅。采用全向吸顶天线覆盖方式，候梯厅的信号强度优于电梯内的信号强度，更有利于电梯和候梯厅之间的信号切换。覆盖示意图如下：2.平板天线专项覆盖电梯覆盖采取专项覆盖方式在电梯井道每隔4-5层放置一个定向平板天线（天线输出功率3-5dBm），信号有上向下辐射，信号穿过轿箱进入电梯。信号进入电梯轿厢时，主要受到轿厢顶和底的阻挡衰耗。电梯覆盖采取兼顾覆盖方式在电梯井道每隔3层放置一个定向平板天线（天线输出功率3-5dBm），信号由内向外辐射，信号穿过轿箱进入电梯。信号进入电梯轿厢时，主要受到轿厢侧壁的阻挡衰耗。共20页第7页3.泄漏电缆专项覆盖电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式。在电梯井道内敷设泄漏电缆（末端输出大于等于2dBm），泄漏电缆的末端接负载或定向平板天线。覆盖示意图如下：泄漏电缆覆盖时，电梯内接收信号强度比较均匀，其覆盖方式是沿电梯井道垂直方向安装泄缆，为减小空间损耗，泄缆安装位置尽量靠近候梯区。在一定输出功率的前提下，还可以保证每层候梯区的覆盖，使进出电梯能平滑切换。非常适合于高层住宅楼的电梯覆盖。三、方案分析三、方案分析3.13.1电磁辐射防护分析电磁辐射防护分析根据中华人民共和国国家标准电磁辐射防护规定，即国标GB8702-88，电磁辐射的限值为：公众照射：在一天24小时内，环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度0.4Wm2(频率为303000MHz)。职业照射：在一天8小时工作时间内，电磁辐射功率密度的平均值(连续6分钟)应2Wm2(频率为303000MHz)。对电磁辐射源豁免的要求为：输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备频率为3-300000MHz时，电磁辐泄漏电缆共20页第8页射体的等效辐射功率小于100W。例：例：一室内覆盖系统最强信号电平为15dBm（0.032W），载波配置为12个，天线的增益为2.1dBi，计算最强功率密度并判断是否符合国家环境电磁辐射标准：1)天线口总输入电平为：0.032120.38W（25.79dBm）2)天线EIRP为：25.792.127.89（0.615W）3)设人员活动范围距天线一米以外，则最强功率密度为：0.6154（1）20.049Wm2(4.9Wcm2)0.4Wm2可证明电磁辐射满足公众照射防护要求。3.23.2覆盖场强分析覆盖场强分析室内覆盖系统覆盖范围主要由天线口功率天线到手机的传播损耗和系统最大允许的损耗决定。另外话务负荷50时对场强的影响、隔墙穿透损耗余量、衰落损耗余量等也要考虑进来。首先计算传播损耗，对于WCDMA系统无线传播分析我们仍采用Okumura_Hata模型。PL(dB)=69.55+26.16lg(F)-13.82lg(H)+(44.9-6.55lg(H)lg(D)-C(F)PL(dB)=69.55+26.16lg(F)-13.82lg(H)+(44.9-6.55lg(H)lg(D)-C(F)PL：路径损耗，单位dBF：频率，单位MHz，计算取值为2000MHzD：距离，单位kmH：天线有效高度，单位m，计算取值为2mC（F）：环境校正因子，计算取值为0=0(城市)C(F)=2（lgF28）2+5.4=12.27(dB)（郊区）=4.87（lgF）2-18.33lgF+40.49=32.52(dB)（乡村）代入相关数值得：PL(dB)=69.55+86.35-4.16+42.93lg(D)=151.74+42.93log(D)共20页第9页隔墙损耗:水泥墙按10dB钢精混凝土墙按20dB算；多径衰落损耗余量:室内按7dB预留；系统负荷50时覆盖场强下降:约3dB；为了方便分析我们用Okumura_Hata模型分别计算了室内各种状况下的路径衰耗值预测了在各种距离和阻挡情况下的覆盖强度见下表:2000MHz2000MHz频段的室内衰耗及覆盖强度预测表频段的室内衰耗及覆盖强度预测表(天线安装高度:2米；天线软天花明装；天线总发射功率:5dBm)距离空间衰耗多径衰落负荷衰落（50负荷）隔墙损耗总路径衰落量覆盖强度122.95dB7dB3dB-33dB-28dBm235.88dB7dB3dB-46dB-41dBm343.43dB7dB3dB-53dB-48dBm552.96dB7dB3dB20dB83dB-78dBm656.36dB7dB3dB20dB86dB-81dBm759.23dB7dB3dB20dB89dB-84dBm861.72dB7dB3dB20dB92dB-87dBm963.92dB7dB3dB20dB94dB-89dBm1065.88dB7dB3dB30dB106dB-101dBm1573.44dB7dB3dB30dB113dB-108dBm2078.8dB7dB3dB30dB119dB-114dBm2582.96dB7dB3dB30dB123dB-118dBm3086.36dB7dB3dB30dB126dB-121dBm共20页第10页注:1.室内环境下1米之内不考虑隔墙；5-10米距离考虑1堵钢精混凝土墙；10米以上考虑水泥墙和钢精混凝土墙各一堵；总路径衰落量为分析方便进行了取整处理。2.室内环境下计算的标准差10-12dB误差主要由多径衰落和隔墙损耗不同造成。Okumura_Hata模型的计算结果表明：室内30米处的衰耗即达到86.36dB，再综合考虑其他衰减因素总路径衰落量达到了126dB，若要保证手机接收电平为-85dBm以上，天线发射功率将需要达到41dBm，这在室内环境下是不可能满足的。按照常规的做法，天线口功率给定5dBm，天线增益2.2dBi天线发射功率为7dBm左右，在室内只有1堵墙的情况下，覆盖半径为10米，覆盖距离每增减一倍，覆盖强度增减约13dB。因此，若覆盖半径定为7米时，隔一堵墙后的边缘覆盖强度可以保证达到-79dBm。因此从下行覆盖强度方面考虑天线在楼层(楼道)中的覆盖半径定为7米(面积约80m2)较合适，有钢精混凝土墙时定为4-5米(面积约40m2)比较合适。在无墙的地下室在无墙的地下室会展厅会展厅酒店大堂等较空旷的场所酒店大堂等较空旷的场所，覆盖距离可以适当加大，如果不计算30dB的隔墙衰耗，根据上表可知，一只发射功率为5dBm的天线可以覆盖半径为10米的区域(面积约350m2)。电梯覆盖策略：电梯覆盖策略：电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式。3.33.3信号外泄分析信号外泄分析下面以1楼天线实际安装的位置以及覆盖的要求，来分析GSM和WCDMA系统的外泄信号的场强：1.GSM系统系统根据Okumura_Hata模型，计算离大楼10米远处信号的泄漏情况：PL(dB)69.55+26.16log(F)-13.82log(H)+(44.9-6.55log(H)log(D)-C(F)其中：PL：路径损耗，单位dBF：频率，单位MHz，计算取值为900MHzD：距离，单位km，最远距离为0.04kmH：天线有效高度，单位m，计算取值为3m共20页第11页C（F）：环境校正因子取0有：PL(dB)69.55+26.16log(900)-13.82log(3)+(44.9-6.55log(3)log(0.04)69.55+78.48-6.59-(44.9-3.13)1.482.93dB大楼外墙损耗取15dB，从天线口至室外10米远处的综合传输损耗为97.93dB。根据设计要求，欲使室外10米处电平强度小于-90dBm，天线口输出功率均需小于7.93dBm，本方案设计电平在此范围之内，因此可以较好地控制泄漏情况。2.WCDMA系统系统根据Okumura_Hata模型，计算离大楼10米远处信号的泄漏情况：PL(dB)69.55+26.16log(F)-13.82log(H)+(44.9-6.55log(H)log(D)-C(F)其中：PL：路径损耗，单位dBF：频率，单位MHz，计算取值为2000MHzD：距离，单位km，最远距离为0.04kmH：天线有效高度，单位m，计算取值为3mC（F）：环境校正因子取0有：PL(dB)69.55+26.16log(2000)-13.82log(3)+(44.9-6.55log(3)log(0.03)69.55+86.35-6.59-(44.9-3.13)1.490.8dB大楼外墙损耗取15dB，从天线口至室外10米远处的综合传输损耗为105.8dB。根据设计要求，欲使室外10米处电平强度小于-90dBm，天线口输出功率均需小于15.8dBm，本方案设计电平在此范围之内，可以较好地控制泄漏情况。3.43.4上下行平衡分析上下行平衡分析WCDMA系统中，上行链路和下行链路的平衡并非网络设计目标。基站功率在下行由小区所有用户及信令共享，因而不会成为覆盖受限链路。相反，手机发射功率是在规范中加以定义的。共20页第12页由于手机发射功率有限，上行链路则成为WCDMA系统覆盖的受限链路。也就是说，小区的最大半径取决于功率上限最小的一类手机。所以WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算，即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其他损耗和增益，从而得到最大允许的路径损耗，再将最大允许的路径损耗值带入传播模型中，得到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定，它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关。加入负载和邻近小区干扰后，小区半径会作相应的收缩。在WCDMA的链路预算中，要引入一个参数称之为负载因子，一般建议取50%来作为覆盖设计的负载余量。在网络设计中给所有小区均匀加入负载余量，使得系统在实际上非均匀的负载运行状态下仍然能通过小区呼吸调整维持平衡。而在WCDMA系统中，引入了多媒体业务和每种业务所具有的不同的QoS的概念。多业务环境和WCDMA系统本身的特点使得在规划WCDMA系统时有许多不同于GSM系统规划的地方。其中特别要注意的是在规划WCDMA系统时，小区的覆盖和负荷要相互结合起来考虑。由于限制了移动台的最大发射功率，这样在上行链路限制了小区的覆盖范围；而在下行链路由于干扰而限制了小区的容量。另外在WCDMA系统中，功率控制（TPC）、由于软切换和更软切换产生的增益、上下行链路的功率预算不同等因素在做规划时都要加以考虑。一般负载因子取50%时上行链路噪声恶化量为3dB。GSM系统的无线网络规划是在小区的容量和覆盖两者间求得最佳点，而WCDMA系统无线网络规划要在容量、覆盖、不同服务质量三者间寻求最佳点。我们在进行网络规划时，对覆盖规划时集中于上行链路，采用成熟技术来提高上行链路的覆盖，如通过增加天线数量和增益，减小基站射频部分的基站噪声系数，减小天线和基站低噪声放大器间的电缆损耗等方式来实现。而对容量规划，如果系统还远没有达到系统理论容量的极限值时，可以通过增加下行输出功率来扩大覆盖范围，以达到充分利用WCDMA系统大容量的特点。由于基站在空载和满负荷时输出功率变化较大，所以在直放站调试时必须考虑基站下行输出功率和直放站下行输出功率匹配的问题。当基站空载时导频功率为33dBm输出，加上其它控制信道的功率共36dBm，为其满载功率的20%。这是直放站输出功率也应该为其最大输出能力的20%，才能与基站匹配，但是由于考虑WCDMA基站的一般高负荷为75%负载情况，高于这个负载，基站开始进行一些降载策略，平衡与其它基站之间的负载不平衡。所以，可以将基站的75%负载输出功率作为干放的最大输出功率匹配点。基站75%负荷输出功率为41dBm左右，所以采用5W干放设备可以将其空载输出功率共20页第13页开到28.5dBm。3.53.5抑制外系统信号分析抑制外系统信号分析1.对于下行信号对于下行信号：干放设备受到的3G频带外的信号干扰由双工滤波器和选频的带外抑制来实现，现在GSM信号与3G信号合路，为最大可能的干扰，但是由于3G干放设备对于GSM信号的带外抑制大于150dB，可以不考虑。对于3G频带内部不同系统信号的抑制主要考验设备的ACRR指标，我公司设备ACRR指标都超过了3GPP规范的要求。详见下表：邻道抑制比是指直放站工作频率范围内的载波信号信道增益与邻近信道增益的比值。直放站邻道抑制比指标2.对于上行信号：对于上行信号：我们很清楚各种形式的干扰都要计算其落在受害系统工作频道内的值实际上归结起来还是以同频干扰的形式来干扰受害系统的，我们通过精密的计算和有效的工程措施可以最终控制其影响。但是对于同样工作在WCDMA频带内的两个或两个以上运营商的同类系统其相互间的影响就要难控制得多了。对于我们来说很难做到在每一时间每一地点我们的信号都比其他运营商的强WCDMA干扰发射机发射的带内波可以直接进入受害系统此时强干扰信号通过改变接收机前端的工作状态对弱的有用信号形成抑制作用影响接收机对弱信号的接收灵敏度甚至可使系统工作完全失败这就形成了阻塞。由于接收机前端的低噪声放大器的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后，直接将放大器推入到非线性工作状态，导致放大器对有用的弱信号的放大倍数大大降低，甚至弱信号被完全抑制掉。为了保证系统的正常工作，前端的低噪声放大器的输入1dB压缩点应大大高于阻塞电平(Pb)。根据3GPP中关于基站ACS的指标要求，普通覆盖范围基站临频干扰信号的干扰电平要求低直放站最大发射功率距离信号带宽内第一个5MHz信道或最后一个5MHz信道的频偏3GPP规范要求的ACRR值我公司产品ACRR值5MHz33dB35dBP31dBm10MHz33dB35dB5MHz20dB22dBP-90dBm）。同频+异频方案根据施工难度、切换区间选取有以下几种策略，下面结合各自优缺点单独分析：策略1：如下图所示，建筑物低层采用与室外同频、高层采用异频的覆盖方式，电梯全部使用高层异频信号覆盖。楼内切换是发生在低楼层终端进出电梯过程中的异频硬切换，室内、室外切换是终端在建筑物出口处室内、室外同频小区间软切换。异频切换策略1：低层采用与室外相同频点，高层采用异频，电梯引用高层信号覆盖。特点：施工容易，保证用户在进、出大楼时的切换成功率，还能够解决高层导频污染及业务需求等问题；缺点：用户在低层出、入电梯时发生的异频硬切换不容易控制，切换参数设置较苛刻。该策略施工较容易，不过电梯轿箱对信号衰耗大，容易造成快衰落引起切换掉话，且切换区多，优化困难。策略2：如下图所示，建筑物低层采用与室外同频、高层采用异频的覆盖方式，电梯全部使用高层异频信号覆盖，在低楼层电梯厅加装引用高层信号的天线用于迎合低层在电梯厅和电梯内的切换。终端进出建筑发生室内、室外同频同频小区间软切换，从低层到高层在进入共20页第26页电梯时发生异频小区间异频盲切换，从高层到低层在离开电梯厅时发生异频小区间压缩模式切换。异频切换策略2：低层采用与室外相同频点，高层采用异频，电梯引用高层信号覆盖，为了迎合低层在电梯厅和电梯内的切换，重新拉线将高层小区信号引入到低层的每个电梯厅。特点：解决了策略1中用户在低层出入电梯时因为信号快衰落出现掉话的问题；缺点：施工难度大，低层切换区域多，切换参数设置苛刻，在平层人为引入异频硬切换。该策略施工较难度大，虽然可以避免进出电梯的硬切换掉话，但是加装的过度天线覆盖区内要求发生异频硬切换门限值较高，容易引起其他楼层终端长期处于压缩模式工作状态；且切换区多，优化困难。策略3：如下图所示，建筑物低层采用与室外同频、高层采用异频的覆盖方式，电梯采用各自所在楼层信号覆盖。楼内切换是发生在电梯运行于高、低层间的异频硬切换，室内、室外切换是终端在建筑物出口处室内、室外同频小区间软切换。共20页第27页异频切换策略3：低层采用与室外相同频点，高层采用异频，电梯采用各自所在楼层信号信号覆盖。特点：施工简单，切换区域小，避免策略1、2中出现的问题。缺点：需要经过多次测试及调整天线入口功率，结合测试结果合理设置切换区域和切换参数，需要基站方配合；不适用于高速电梯。该策略施工较难度不大，且切换区少，优化较简单。策略4：如下图所示，建筑物主体采用异频覆盖方式，仅在建筑物出口处增加一个与室外同频的过渡信号覆盖。共20页第28页本方案适用于建筑低层室外宏基站覆盖较好，不满足直接切换至室内异频分区条件的高层建筑。高层分区采用异频，底层分区采用同频、异频同时覆盖。终端进入建筑发生同频软切换进入过渡小区，进入过渡小区后马上触发异频硬切换进入室内小区，终端离开建筑后直接从室内异频小区硬切换到室外宏基站。本策略施工容易，切换简单，不过采用的过渡小区由于不用于覆盖需要额外提供。3.8.23.8.2硬切换区设置参考方案硬切换区设置参考方案3G系统的切换分为软切换和硬切换。发生软切换时