（通信与信息系统专业论文）wcdma室内无线环境分析及覆盖方案的研究.pdf

重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 随着移动通信技术的迅猛发展，3 g 越来越贴近人们的生活，3 g 以其先进的 技术特征和丰富多彩的业务类型吸引了广大用户的关注，新的需求也正在萌芽和 酝酿之中。人们不仅限于清晰通话的要求，而且还要求随时随地无限上网的功能； 不仅在室外信号强度强的地方通话上网，而且还要求在室内的特殊环境：会议室、 会展中心、体育场等临时性场所无条件的通话、上网。从3 g 业务应用的特点来看， 室内环境的通信服务与室外环境同样重要。 本文首先分析了进行3 g 室内覆盖建设的必要性，紧接着简单介绍了国内外室 内覆盖建设的现状及遇到的一些问题。其次对室内分布系统进行了介绍，对其进 行了分类，并介绍了其网络构造，同时给出w c d m a 室内网络规划原则。然后介 绍了无线信号在传输过程中的衰落现象，并描述了各种类型建筑物室内及电磁环 境，重点分析了p h s 、w c d m a 共用室内分布系统时的互干扰问题，并提出解决 干扰问题的方法。 通过一个实例，提出了一个p h s 、w c d m a 共用室内分布系统方案。首先对 建筑物情况及电磁情况进行勘查分析，对信号源、室内分布方式进行比较选择， 提出一个初步解决方案。然后根据初步方案使用室内无线传输模型进行链路预算， 并通过软件仿真模拟方法进行验证。由此模型对边缘场强进行分析，确定了边缘 天线的安装位置。同时根据仿真输出结果，对初步方案进行调整，得到最终确定 方案。 室内覆盖方案完成后，从理论上分别对室内w c d m a 系统的各项指标进行分 析包括泄漏分析、切换分析、覆盖效果分析及话务量分析等，以确定方案能够满 足指标要求。 目前本文对问题的分析还不够完善，在实际工程应用中会有更多更大的问题 需要解决，因此在文章的最后展望了下一步需要进行并完成的工作。 关键词：p h sw c d m a 干扰室内分布系统传播模型 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n st e c h n o l o g y , t h et h i r d g e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o n0 g ) t e c h n o l o g yi n c r e a s i n g l yc l o s et op e o p l e sl i v e s , 3 gw i t ha d v a n c e df e a t u r e sa n dv a r i e dt y p e so fb u s i n e s s ，b e g i n st oa t t r a c tt h ea t t e n t i o n o ft h em a j o r i t yo fu s e r s n e wd e m a n d sa r ee m b r y o n i ca n db r e w i n g p e o p l ea r en o t l i m i t e dt oc l e a rc a l l s ，b u ta l s of o ru n l i m i t e da c c e s st ot h ei n t e r a c ta n y t i m e ，a n y w h e r e f u n c t i o n ；n o to n l yi nt h eo u t d o o rs i g n a ls t r e n g t ho ft h es t r o n gl o c a lc a l li n t e r a c ta c c e s s ， b u ta l s oi nt h es p e c i a li n d o o re n v i r o n m e n t ，c o n f e r e n c er o o m ，s t a d i u m ，s p o r t sa n do t h e r t e m p o r a r ys i t e su n c o n d i t i o n a lc a l l s ，i n t e r n e t f r o mt h e3 gb u s i n e s sa p p l i c a t i o nf e a t u r e s ， t h ei n d o o re n v i r o n m e n ta n dc o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e sa n do u t d o o re n v i r o n m e n ti s e q u a l l yi m p o r t a n t t h i sp a p e ra n a l y z e st h en e e do f3 gi n d o o rc o v e r a g e ，i m m e d i a t e l yt h ed o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a li n d o o rc o v e r a g ea n dt h ec u r r e n ts t a t u so fs o m eo ft h ep r o b l e m s e n c o u n t e r e da r eb r i e f l yi n t r o d u c e d s e c o n d ，t h e r ei sai n t r o d u c t i o no f i n d o o rd i s t r i b u t i o n s y s t e m ，a n di t sc l a s s i f i c a t i o n ，i t sn e t w o r ks t r u c t u r ea r ea l s og i v e n , a f t e rt h e s ei ti st h e w c d m ai n d o o rn e t w o r kp l a n n i n gp r i n c i p l e s t h e ni n t r o d u c e dt h ew i r e l e s ss i g n a l t r a n s m i s s i o ni nt h ep r o c e s so fd e c l i n e ，a n dd e s c r i b e st h ev a r i o u st y p e so fb u i l d i n g sa n d i n d o o re l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n t ，a n a l y s i sf o c u s e do nt h ep h s ，w c d m ai n d o o r s h a r e dd i s t r i b u t i o ns y s t e mo fm u t u a li n t e r f e r e n c e ，a n dp r o p o s e dt or e s o l v et h e i n t e r f e r e n c ep r o b l e m t h r o u g ha ne x a m p l e ，ap h s ，w c d m ai n d o o rs h a r e dd i s t r i b u t i o ns y s t e mp l a ni s p r o p o s e d f i r s ti st h es u r v e ya n a l y s i so fb u i l d i n g sa n de l e c t r o m a g n e t i c , t h e nc o m p a r e a n dc h o o s et h es i g n a ls o u r c e s ，i n d o o rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，w em a d eap r e l i m i n a r y s o l u t i o n a c c o r d i n gt ot h ep r e l i m i n a r yp r o g r a m ，u s ei n d o o rw i r e l e s st r a n s m i s s i o nm o d e l f o rl i n kb u d g e t ，a n dt h r o u g hs o f t w a r es i m u l a t i o nm e t h o df o rc e r t i f i c a t i o n b yt h i sm o d e l t oc a l c u l a t et h ev e r g ef i e l ds t r e n g t h ，a n da n a l y s i st h er e s u l t ，d e t e r m i n et h ec d g eo ft h e a n t e n n ai n s t a l l a t i o nl o c a t i o n a tt h es a m et i m ea c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o no u t p u la d j u s t t h ep r e l i m i n a r ys o l u t i o n ，m a k ep r o g r a mt ob ef i n a l i z e d a f t e rt h ec o m p l e t i o no ft h ep r o g r a m ，r e s p e c t i v e l ya n a l y s i st h eu p l i n ka n dd o w n i i n k c a p a c i t yo nt h ei n d o o rw c d m as y s t e mi ns i n g l ea n dm i x e db u s i n e s ss i t u a t i o nb y t h e o r e t i c a l ，a n dt h ec o f f e s p o n d i n gs i m u l a t i o nr e s u l t sa r ef o l l o w e d 重庆邮电大学硕士论文 i nt h i sp a p e rt h ea n a l y s i so ft h ep r o b l e mi ss t i l ln o tp e r f e c t ，i np r a c t i c a le n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n st h e r ew i l lb em o r ea n db i g g e rp r o b l e m sn e e dt ob es o l v e d s o ，i nt h ee n d p r o s p e c t st h ew o r k sn e e dt ob ea c c o m p l i s h e di nt h en e x ts t e p k e y w o r d s ：p h s ，w c o m a , i n t e r f e r e n c e ，i n d o o rd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，t r a n s m i s s i o n m o d e l m 独创性声明 本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废 邮电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：疡撒签字日期：) 和、7 年6 , 9 矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 重麽邮电太堂有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 重麽整电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：易凇导师签名：；淑 签字日期：力加7 年g 月l oe t签字日期：弘卟月t o l l 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 实现广覆盖是各代移动通信网络所要实现的目标之一。但是如果单纯的追求 覆盖率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 须加以区别对待，例如城镇与农村、室内与室外的差别。据2 g 历史数据分析，室 内覆盖面积只占移动通信覆盖面积的2 0 左右，用于解决室内覆盖的基站数量只 占总基站数的2 5 左右，其产生的业务量却占了所有区域业务量的7 0 。据专家 分析，室内用户分布密度一般大于室外用户两倍以上，高价值商务客户主要集中 在室内，室内静止用户更有可能使用3 g 丰富多彩的数据业务，因此专家预测，未 来3 g 业务将有9 0 的数据业务发生在室内。提高服务等级、发展客户的关键就要 保证良好的室内覆盖网络质量。 图1 1n i t d o c o m o 的3 g 商用网络用户分布 图1 1 所示是n t r d o c o m o 的3 g 商用网络用户分布统计得到的室内话务量明 细田j 。3 g 为终端用户提供了许多新的业务，包括视频电话、视频流、游戏、m m s 、 e - m a i l 、w e b 等，这些新业务更容易在室内应用，而且要求更高的网络容量和o o s 保证。因此对于3 g 而言，移动业务的潜在的市场也将会在几类重点区域：密集的 城区，包括市中心、商业区、公司等；热闹的场所和休闲区域，包括机场、商业 区、宾馆等；除此之外，还涉及宏蜂窝覆盖不到的场所，如隧道、地铁、地下区 域等。 相对室外网络规划而言，解决室内覆盖相对来讲更加容易，而且对室外的网 络是一个有益的补充。室内站点比室外站点建设更容易、更快速，不存在室外站 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 点需要面对来自邻区电磁环境干扰的问题。而且完善室内覆盖可以减少对宏蜂窝 基站的投资，扩大宏蜂窝基站的覆盖范围。3 g 室内站还可以减少小区的“呼吸效 应l l 】”，在室内，用户共享每个扇区提供的功率，而基站提供功率取决于用户的业 务和用户与其之间的距离，在较高的导频污染环境下，终端需要更大的功率，产 生更多的干扰，从而降低整个系统质量；而用室内小区提供容量，在目标建筑物 中提供无缝隙覆盖，可以减少室外蜂窝宏基站负荷，同时室内用户可以获得高质 量的服务。由于3 g 技术本身技术的限制，网络的深层次覆盖存在不足，即工作在 2 4 g h z 工作频段，和目前的2 g 网络相比，其电波绕射能力差，穿透损耗较大【2 】， 那么，网络覆盖不良引起的后果就是出现一些弱信号区，建筑物内部盲区多，易 断线，网络表现不稳定，以及用户投诉等。现代都市建筑的设计趋势正在向规模 化、复杂化发展，建筑材料质量好，对无线电信号的屏蔽衰减和干扰等日益严重， 必须通过特定的网络设计才能实现良好的室内覆盖。根据国内外以往经验及实测 结果，利用室外基站覆盖室内区域有以下局限性：室外基站难以覆盖复杂结构大 楼深处；室外基站不能覆盖电梯等封闭区域：室外基站不能满足室内容量的要求 等1 3 j 。韩国最大的移动通信运营商s k t 根据网管数据和每年进行的两次全国性用 户问卷调查，以及处理用户投诉结果，得出了一个结论：大部分服务质量差的位 置都在室内，而大部分投诉正是因为用户对此不满而产生的。因此可以说，完善 室内覆盖意味着扩大覆盖区域，提供更大的网络容量，吸引更多的用户，产生更 大的通信业务和服务消费量。对于运营商来说，提高自己网络的室内覆盖能力， 更可以带来营业收入的增加，并在运营商差异化竞争中获得最终胜利l 捌。 总之，应用室内覆盖方案可带来的效果有：1 、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；2 、使用 微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量。3 、解决高层干扰问题。如： 在大楼的高层，许多室外小区的信号有直达路径到达室内，来自各个方向的信号 电平较高，干扰大，很难有干净的不受干扰的信道。解决的办法是用室内覆盖， 靠满足较高的c ，i 值，获得较高质量的室内移动通信服务。对于室内覆盖，天线的 输出功率很低，加上建筑物外墙的衰减，因此室内小区对室c h , 区的影响是很有 限的【4 】。 1 2 研究现状 在3 g 网络建设计划中，我国运营商对室内覆盖予以了高度的关注，明确提出 了这样的覆盖目标：要在1 - 2 年的时间内，使3 g 室内覆盖达到3 0 覆盖区内现有 2 g 的室内覆盖水平【6 】。由于在国内目前还没有真正意义上的w c d m a 商用网络经 2 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 验，因此在3 g 室内覆盖方面尚处于探索阶段。已有的方案都是结合理论分析，通 过仿真和实验数据进行验证，尚还需要在工程实施和现场测试的基础上，不断对 所做方案进行完善。 目前，2 g 室内覆盖达到信号质量标准的区域仅有2 2 9 9 到2 3 5 9 ，与覆盖 目标相差很远，按照有关要求，在密集城区，建筑物室内3 g 覆盖一般要求达到信 号质量标准的区域应大于9 5 【们。由此可见，室内覆盖还有很大的发展空间。在 2 g 时代，室内覆盖存在的主要问题是室内外干扰的控制；到了3 g 时代问题就变 得比较复杂了。首先，需要解决多系统室内覆盖的问题。实现多系统室内覆盖十 分必要，因为目前我国移动运营商已有规模庞大的2 g 室内覆盖系统，而新建室内 覆盖系统涉及比较头疼的业主协调问题，同时考虑节约成本的需要，需要对多系 统室内覆盖进行整体规划并重点考虑共存干扰问题、器件共用及相关要求，哪些 无源、有源器件能够共用，哪些必须新增，要对共用器件提出相应的技术要求， 同时要处理好共用时不同系统覆盖范围不一致问题。其次，要做好3 g 室内覆盖规 划，包括多种解决方案选择、信号源选择、是否需要d a s 以及天线点个数、直放 站如何使用以及室i 为# b 异频选择等。另外，要做好3 g 室内覆盖的优化问题，包 括室内外干扰控制、室内外切换等【8 1 。 业界针对移动通信网络的室内覆盖问题进行了深入研究，并且开发出了众多 的解决方案1 1 4 1 。包括需求规划、流程设计、成本控制与提升投资效益、实现多种 无线网络互补共存等方面都有相应的技术解决方案，但是在实际的网络部署中还 需要实践的检验。总的来说，第三代移动通信的网络规划存在两种情况。一种是 在原有2 g 或2 5 g 的网络基础上进行升级，采取更新和改换原有软件和设备的方 式平滑升级到3 g ，避免了重复建设和全新规划的问题，节省资金，这是目前普遍 看好的一种3 g 建网方式。另外一种情况则是建设一个全新的3 g 网络，从零开始， 重新规划和建设，与二代网络平行，摆脱原有网络的束缚，但成本高，投资大， 且无丰富建网经验可循。 国内各大运营商在对自己已有的网络加大优化力度的同时，都面临着如何更 好的与后续3 g 系统相兼容的问题。以中国电信为例，他们从成本代价最小、工程 最具操作性、对p h s 网络影响最小的角度出发，寻求w c d m a 与p h s 系统兼容 以至于共用室内分布系统的解决方案。 随着p h s 用户越来越膨胀，网络规模也越来越大，其室内覆盖方面的问题日 益突： ：i 1 6 1 ： ( 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 输损耗，形成了无线信号的弱场强区甚至盲区。在建筑物高层，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。 3 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 容量方面。建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于无线市话使用密度 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，甚至出现掉话现象。 w c d m a 无线网络的频点集中在2 g h z ，高频率带来过大的衰减损耗和更差的 信号衍射能力阁。如果w c d m a 网络对室内的覆盖采用像2 g 网络那样利用室外 基站天线进行室内覆盖方案，就会要求基站有更大的输出功率和更多数量的基站， 从而导致建网成本大幅攀升，网络规划和优化也更加复杂。在国外的w c d m a 网 络建设中，利用室外基站信号覆盖室内造成基站功率急剧攀升，下行功率受限成 为一种普遍现象。越来越多的国、内外运营商们认识到，针对w c d m a 网络，只 有采取专门的室内覆盖解决方案，才能有效的提高网络服务质量，从而争取到更 多的用户，获得竞争优势。 对于p h s 无线市话运营商来说，从p h s 到3 g 阶段运营过渡是一个趋势。但 是p h s 现有网络的设备型号和无线性能指标相当纷杂，工程涉及巨额的国有资产 改造，解决起来相当复杂，因此需要非常谨慎。p h s 同w c d m a 基站共用站址和 共用室内覆盖系统作为一项重要的课题，关系到后期两网是否能有效共存以及是 否能够充分利用p h s 现有资源，从而降低3 g 网络建设成本、缩短建设期、增强 竞争力。如果解决得当，可以极大的节省投资，有效控制风险，使运营商投资获 利最大化，会产生巨大的社会经济效益，意义非常重大。 1 3w c d m a 室内分布系统设计中须注意的问题 w c d m a 与其它各系统共存时的干扰分析及有源器件 2 g 、p h s 、3 g 共用一个分布系统，相互之间会产生干扰。两个系统的有源设 备在发射有用信号的同时，在工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号， 这些信号落到其它系统的工作频带内，就会对其它系统形成干扰。有源设备产生 的带外杂散、谐波、互调等无用信号的大小除和设备本身的质量有关以外，主要 与两个因素有关，即自身输出功率( 自身输出功率越大，无用信号的输出越大) 和偏 离工作带宽的程度( 离工作带宽越远，无用信号越小) 。系统对外来干扰的承受能力 也和两个因素有关，即本身信号强度( 信号越强受干扰的机会越小) 干扰信号的大小 ( 干扰信号电平越小，信号受干扰程度越低) 。 室内传播模型的确定 室内环境较之室外环境更加复杂，需要准确的建立室内传播模型。传播模型 的准确与否对网络无线规划的可信度起着至关重要的作用。一个相对精确的传播 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 模型有助于准确预测网络的覆盖情况。 1 4 论文的内容 论文从室内覆盖概念、网络组成以及一些测试数据出发，分析了w c d m a 在 建筑物内的无线环境，结合具体案例，通过对p h s 系统和w c d m a 系统的干扰及 其他问题分析，完成两个系统共用室内覆盖，并通过室内覆盖仿真软件仿真结果， 与理论计算结果相比较，得到覆盖后对w c d m a 网络及现有网络可能产生的影响， 并分析其产生的原因。 主要章节安排如下： 第1 章绪论。阐明建设室内覆盖网络的意义及目的。分析国内外建设室内 覆盖网络现状及存在问题。 第2 章室内覆盖系统简介。介绍室内覆盖系统的构成，然后介绍室内覆盖 系统的系统分类和网络结构。最后介绍3 g 室内覆盖系统的总体规划原则。 第3 章室内及电磁环境分析。从电磁传播特性出发，通过分析各种典型建 筑物室内环境，得出不同环境下的电磁传播情况。以p h s 、w c d m a 共用室内分 布系统为例，对两系统间干扰进行研究，并计算抑制干扰系统所需隔离度。 第4 章室内覆盖系统方案的设计。通过实例，提出一个p h s 、w c d m a 共 用室内分布系统方案。首先对建筑物情况及电磁情况进行勘查分析，对信号源、 室内分布方式进行比较选择，提出一个初步解决方案。然后根据初步方案使用室 内无线传输模型进行链路预算，并通过软件仿真模拟方法进行验证。由此模型对 边缘场强进行分析，确定了边缘天线的安装位置。 第5 章室内覆盖系统方案的分析。对方案进行一系列分析，根据分析结果 对初步方案进行调整，最终确定设计方案。 第6 章结论。总结论文工作及遇到的问题，提出论文的下一步工作。 5 重庆邮电大学硕士论文 第二章室内覆盖系统简介 第二章室内覆盖系统简介 2 1 室内覆盖系统简介 室内覆盖系统是针对室内用户群、使用一套室内分布系统实现一种或多种系 统的室内覆盖，使得各系统在建筑物内满足服务要求的室内通信解决方案1 1 0 j i 。 信号分布系统将信号源信号通过耦合器、功分器等无源器件进行分路，经由 馈线将信号尽可能平均地分配到每一分散安装在建筑物各个区域的低功率天线 上，从而实现室内信号的均匀分布，保证室内区域拥有理想的信号覆盖，较为全 面的改善建筑物内的通信服务质量，开辟出高质量的室内移动通信区域。 2 2 系统分类 1 按信号源分类： 按信号源的不同可分为以下几种室内分布系统： 宏蜂窝系统 微蜂窝系统 蜂窝系统的优点是信号稳定、可靠，通信质量好；缺点是建设周期较长，一 次性投资大，还需支付传输线路的租建费用。 直放站系统 直放站系统的优点是投资少、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区问 题；缺点是通过定向天线难以取得单一纯净的信号，系统的话音质量相对蜂窝系 统较差，且易造成对其他基站的干扰。由于高层建筑主要分布在城市的繁华地段， 基站分布很密，直放站系统容易造成对其他基站的干扰，并且没有从根本上解决 吸收话务量的问题，所以在城市应当首选蜂窝室内分布系统。 - r r u ( 射频远端) 系统 r r u 系统以r r u 作为信源，其结合了蜂窝系统与直放站系统的优点，r r u 与n o d eb 之间通过光纤连接，可以承受长距离的传输场景且信号稳定可靠，而 r r u 本身安装方便快捷。 2 按设备分类： 按所采用的设备不同，可分为无源系统和有源系统。 无源系统因为主要由无源器件组成，所以设备性能稳定、安全性高、无噪声 6 重庆邮电大学硕士论文 第二章室内覆盖系统简介 积累、维护简单、成本低。信号经过功分器、耦合器和线路损耗后，均匀分布到 各个天线，覆盖效果好。但系统设计较为复杂，灵活性差。 有源系统的信号经过各级损耗后，到达末端时被干线放大器放大，达到理想 的强度。增益自动校验，无须调节，场强分布均匀，可保证覆盖效果。但建设和 维护复杂，近端和所有远端设备都需要电源，有源设备容易损坏，系统的安全性 和稳定性较差。 3 按布线材料分类： 按布线材料的不同，可分为： 同轴电缆系统 同轴电缆是最常用的材料，性能稳定、造价便宜，但线路损耗大。大型同轴 电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作信号放大接力。同轴电缆系统由于 造价便宜，安装方便，在实际工程中大量采用。 光纤系统 光纤线路损耗小，不加干线放大器也可将信号送到多个区域，能保证足够的 信号强度，性能稳定可靠。但在近端和远端都需要增加光电转换设备，系统造价 高。光纤分布系统信号传输距离远，适用于超大型建筑及距离较远的楼群。 泄漏电缆系统 泄漏电缆系统不需要室内天线，在电缆通过的地方，信号即可泄漏出来，完 成覆盖。泄漏电缆室内分布系统安装方便，但造价高，对电缆的性能要求高，主 要适用于地铁、隧道等狭长封闭环境。由于成本高，实际工程中比较少用。 2 3 网络结构 室内覆盖系统一般包括信号源、信号分布系统两部分。 信号源指为室内分布系统提供无线信号的设备，包括宏蜂窝基站( n o d eb ) 、 微蜂窝基站( m i c r on o d eb ) 、射频远端( r r u ) 、直放站等设备。根据话务量的 不同，选择不同的信号源引入室内，可以满足多种室内话务量的覆盖。 室内分布系统通常包括室内天线、射频同轴电缆、电缆接头、功分器、耦合 器、3 d b 电桥等无源器件以及干放等有源设备。其中，同轴电缆主要用于射频信号 传输，功分器主要用于将信号进行分路，合路器可将多路信号进行合并便于传输。 包含有源设备的分布系统称为有源分布系统，只包含无源器件的分布系统称为无 源分布系统。纯3 g 室内分布系统结构如图2 1 所示。 7 重庆邮电大学硕士论文 第二章室内覆盖系统简介 一千线部分( 粗线) 支线部分( 细线) 干放 可选 一j 图2 1 纯3 g 室内分布系统结构 宽颓器件 宽频天线 多网共用分布系统主要包括：信号源、用于多系统合路的多频段合路器、信 号分布系统三个部分i l o l 。信号分布系统按布放位置分为干线部分和支线部分，如 图2 2 所示。 一千线部分( 租线) 支线部分( 细线) r - ；磊可选 l 一 宽频嚣件 宣须天线 图2 23 g 、p h s 系统共用室内分布系统结构 8 器 詈 重庆邮电大学硕士论文 第二章室内覆盖系统简介 多个系统通过不同的端口进入宽频合路器，输出端为各系统混合信号的信号 源，该信号源为室内分布系统地输入信号。 从合路器出来的信号可以通过功分器进行等功率分配，或者通过耦合器进行 不等功率分配。 干线放大器为可选器件，当系统信号衰减到很弱时，需要在分布系统中加入 干线放大器放大信号，以扩大信号的覆盖面积，达到室内良好的信号覆盖。从充 分利用功率的角度出发，干放的输入应通过耦合器输入，充分发挥干放增益。 2 4w c d m a 室内覆盖系统总体规划原则 w c d m a 是3 g 主要标准之一，而c d m a 技术是3 g 技术的核心。因此，对 于w c d m a 的室内覆盖系统来说，只有充分考虑c d m a 独有技术特征和系统间 相互干扰能力，才能发挥室内优化作用，达到3 g 高速宽带多媒体业务的需求。相 对g s m 网络的室内覆盖而言，w c d m a 技术更具挑战性，这是由于，w c d m a 具有小区呼吸效应，会造成小区覆盖范围的收缩；引入了多业务环境，如可视电 话，高速数据下载，要保证这些业务良好运作，室内和室外的业务效果及要求的 无线质量有所不同。另外w c d m a 室内覆盖还要重点考虑和2 g 系统或p h s 系统 及集群系统之间的相互干扰问题。 室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功解 决方案，利用室内天线分布系统将移动基站( 或微蜂窝、直放站) 的信号合理的 均匀分布在室内每个角落，消除室内覆盖盲区，抑制外部干扰，从而保证室内区 域拥有理想的信号覆盖，富裕的网络容量和理想的服务质量，提供稳定、可靠的 语音和数据、宽带多媒体业务。 w c d m a 室内覆盖总体规划需遵循以下几个原则1 1 4 j 1 1 5 1 ： 首先，是统一性原则，包括室内室外站点规划、设计的统一，在建设室内覆 盖时要考虑室外信号的影响，同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。 采用建设与优化相结合的方法，对于可以利用室外基站或其他办法解决覆盖、容 量、质量问题的区域，原则上无需进行室内分布系统的建设。 其次，是差异性原则，由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目的加大室 内覆盖，根据各地市区域经济、业务发展的不均衡情况以及各地市移动通信市场 竞争情况，以用户满意度为衡量标准，制定不同的质量目标，选取差异化的建设 策略。 最后，是经济性原则，对于一个特定的建筑物而言，不可能单纯的为了追求 技术上的完善盲目扩大投资，但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室 9 重庆邮电大学硕士论文 第二章室内覆盖系统简介 内覆盖方案，应根据覆盖需求和投资效益，在成本和质量寻求最佳平衡点。 本文在遵循统一性、差异性、经济性三大原则的基础上，还遵循了“以3 g 需 求为主，兼顾无线市话需求”的原则，在现有信号环境基础上进行室内分布系统 设计。 l o 重庆邮电大学硕士论文 第三章室内及电磁环境分析 第三章室内及电磁环境分析 基站信号对某个地区的覆盖情况，由信号在传输过程中的衰落特征、频率干 扰等很多因素决定。 3 1 电磁传播特- 陛 根据无线传播公式，在接收机天线输出端得到的信号场强中值为川： r s s l ；p + a - l o l g ( 4 蒯a ) a 1 + g 1 + g 2 式( 3 1 ) 其中p 为发射功率( 棚m 矽) ，p - l o l g 只( m v e ) ：a 表示公式中将枷慨转换为 d b i z v 时的差值，其物理意义表示电磁功率与场强在数值上相差的倍数。该值与天 线阻抗有关，不同阻抗其值也不同。例如p h s 接收天线的输出阻抗r 。5 0 q ，该 值为1 1 3 d b 。 d ：传播距离( m ) a ：波长( m ) ，a - c ， 口：传播系数，在自由空间中( 或理想条件下) 取1 7 一2 ，电波传播环境阻挡 越严重，口值越大。 g ：基站的天线增益 g 2 ：移动台( t - 机) 的天线增益 3 2 信号的传输衰减因素 无线信号在实际环境中比在自由空间中传播复杂的多，受各种因素的影响川。 3 2 1 自由空间衰减 主要指信号在扩散过程中引起的球面波扩散损耗。 厶- 1 0 l g ( 4 a r d a ) a 。2 0 1 9f + 2 0 1 9 d 一2 7 5 5 式( 3 2 ) 其中，单位 他，d 单位m ，自由空间传播系数口2 。 i i 重庆邮电大学硕士论文第三章室内及电磁环境分析 3 2 2 绕射衰减 菲涅尔绕射参数： v - h 2 ( d ，+ d ：) ( a d l d 2 ) 】，2 式( 3 3 ) 其中，h 表示菲涅尔余隙，即障碍物到两天线连线的缝隙高度，d l 和d ，表示发射 台接收机各自到障碍物的距离。电波可以绕过障碍物。但信号将被衰减。当1 ，为正 时，并且y ，0 5 ，绕射几乎没有衰减；当v 一0 时，即电波刚好擦过障碍物，衰减 为6 d b ；当 ， m 8 时，表面为粗糙表面，则信号在该表面会发生漫反射。当信号斜入射时，对 的要 求放宽。 3 2 5 多径时延扩展衰落 影响多径衰落的因素主要有多径传播：信道带宽( 色散) ；多普勒频移扩展衰 落三个方面。 多普勒频移公式： 厶- ( v c o s q 口) g 式( 3 6 ) 其中，y 表示物体移动速度，妒表示入射波与物体运动方向的夹角。与多普勒频移 相关的因素有： 重庆邮电大学硕士论文 第三章室内及电磁环境分析 ( 1 ) 移动台运动速度； ( 2 ) 环境物体运动速度： ( 3 ) 建筑物穿透衰减，底层约为2 0 d b ，随楼层升高，每层损耗减小2 d b ，无 窗部分穿透损耗比有窗部分高出约为6 d b 。 3 2 6 室内路径损耗 室内路径损耗遵从公式【1 2 1 ： - l ( d 。) + 1 0 ，l l g ( d 盛) + k l f 式( 3 7 ) 其中，l ( d 。) 为离发射天线d 。处的损耗，n 为衰减指数，d 为两天线间距离，女为 穿过的楼层数，为每层楼的衰减。在实际情况中，可以基于此公式得到不同的 经验公式。 3 3 建筑物内电磁环境描述 据室内无线传播特点和覆盖需求的差别，室内分布系统建设应根据不同室内 环境特点来进行覆盖。 3 3 1 典型建筑物 1 裙楼：一般位于建筑物的低楼层，楼层面积较大，空间隔断较少或较空旷。 通常窗边附近区域信号较好，纵深处信号较差。 2 标准层：裙楼以上的楼层( 包括楼梯) ，空间间隔较为规则。靠近窗户或 者靠近室外的区域，由于有一定高度，可以收到来自周围多个基站的信号，导致 信号较为杂乱，叠加严重，并且由于信号强度相差不大，没有占主导地位的信号， 系统会产生频繁的切换，乒乓效应严重，通话不能正常进行。另一方面，在建筑 物的纵深处，特别是用于办公、酒店或住宅等用途时，由于内部空间隔断较多， 室外基站发射信号经过多次衰减，导致信号较差，也会形成一些信号弱覆盖区、 盲区等。 3 地下层：建筑物地面以下部分，包括地下室、地下停车场等，信号衰落大， 通常为信号盲区，在这些区域，用户很难通话甚至很难接入网络，室内分布系统 主要解决覆盖问题。 重庆邮电大学硕士论文 第三章室内及电磁环境分析 3 3 2 开阔型建筑 如大型会展中心、购物中心、大型会议厅、机场等，此种楼层几乎没什么间 隔，室内空间很开阔，人员流动性强。此种建筑中通常会产生小区呼吸，小区呼 吸即指小区的覆盖随着网络用户数的增加，网络负载的增大而减小。因此，需要 平衡容量和覆盖，进行综合考虑。 3 3 3 狭长型建筑 盖。 如地铁、隧道、高层电梯等，此种环境通常采用定向天线或泄漏电缆进行覆 3 3 4 各种室内环境覆盖需求举例 1 民航机场： 建筑结构一般采用全钢结构骨架，玻璃墙，不锈钢铁皮屋顶，内部面积大， 视野开阔，基本无阻挡。高端用户比较多，且有较多的漫游用户，数据业务在总 业务的比例也较高。覆盖解决方案要求对机场全区域进行无缝覆盖，并满足一定 的容量要求及数据业务接入能力。对射频器件的频率泄漏、信号隔离、发射功率 要满足民航无线电通信的要求，不能干扰民航系统的通信。 2 会议中心： 会议中心一般室内无线传播环境较理想，解决覆盖问题主要考虑视距传播， 信号能力以直达路径为主，与室外的隔离度较高。用户的话务以突发事件为主， 平时话务量很低，在有会议、展览活动期间，话务量会出现浪涌高峰。因此，容 量的估算要有足够的余量，而且要满足大量数据业务的需求，一般采用宏蜂窝基 站或微蜂窝基站结合室内分布系统。 3 大型购物商场或超市： 建筑结构多为钢筋混凝土骨架，玻璃墙，楼层内一般无阻挡或简单的装修隔 断，穿透损耗较小，楼层间穿透损耗较大。用户业务主要考虑语音业务，高峰期 间话务密度较高。覆盖方案一般根据面积和客流量大小采用室内宏蜂窝基站或微 蜂窝基站结合室内分布系统。 4 商务写字楼、星级酒店： 建筑结构多为钢筋混凝土结构，玻璃墙，楼层内的墙壁多采用复合吸音材料， 1 4 重庆邮电大学硕士论文 第三章室内及电磁环境分析 穿透损耗较小，但墙壁数量较多：楼层间穿透损耗较大。酒店低层商务区和消费 区话务比重较大，高层客房话务量相对较小。移动用户中高端用户比较多，需要 考虑固定用户的数据业务覆盖要求。覆盖方案一般采用微蜂窝基站或射频拉远结 合室内分布系统。 5 城市地铁： 地铁系统封闭情况较好，除地铁口外地铁系统与外界能做到很好的电磁波隔 离，地铁站台与隧道相连，空间较小，地铁的平均移动速度在4 0 h n m 6 0 k m m 。 地铁内话务量较高，尤其在上下班时段和节假日。地铁站附近如果没有宏基站， 可以采用微蜂窝基站结合室内分布系统；如果附近有宏基站和光纤资源，采用射 频拉远结合室内分布系统；地铁隧道可以通过地铁车站的基站信号结合泄漏电缆 或光纤分布系统进行覆盖。 6 高层住宅楼： 高层住宅楼结构复杂，形式多样，低层信号受遮挡较严重，多为弱信号区， 电梯、地下停车场为信号盲区；电梯厅和靠近电梯厅的房间为弱信号区或盲区： 高层可能存在“乒乓效应”等现象。移动电话持有率高，高端用户比较多。对高楼上 部通过附近室外基站一个扇区或功分一个方向，天线上倾进行室外穿透覆盖，为 了防止干扰，可采用第二频点；地下停车场信号源以直放站为主，天线采用吸顶 天线为主；电梯覆盖可以采用多种方式，如随行电缆，高动态线性放大器，泄漏 电缆等多种方式。 7 其它面积较小的封闭建筑： 这类建筑在城市内分布较广，如地下停车场、地下商场、迪厅、酒吧、餐馆、 夜总会等，话务量较小，信号源一般采用直放站，天馈线使用1 2 英寸馈线结合室 内分布天线。随着用户容量的上升，直放站会对其施主基站造成较大影响，必要 时应考虑使用微蜂窝基站替换直放站作为室内覆盖信号源。 3 4 互干扰问题 系统之间产生相互干扰的机理，主要是由于发射机和接收机的非理想性造成 的。有源设备在发射有用信号的同时，由于器件本身的原因和滤波器带外抑制的 限制，在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到 其他系统的工作频带内，就会对其它系统形成干扰1 2 卅。 接收机在接收有用信号的同时，落入信道内的干扰信号可能会引起接收机灵 敏度的损失，落入接收带宽内的干扰信号可能会引起带内阻塞；接收机的接收滤 波器会接收到带外的无用信号，使带内的无用信号变大；接收机也存在非线性带 重庆邮电大学硕士论文 第三章室内及电磁环境分析 来的非理想性带外信号( 发射机有用信号) 会引起接收机的带外阻塞。 有源设备产生的带外杂散、谐波、互调等无用信号的大小除和设备本身的质 量有关外，主要还和两个因素有关：自身的输出功率自身的输出功率越大， 无用信号的输出就越大；偏离工作带宽的程度离工作带宽越远，无用信号越 d 、。 系统对外来干扰的承受能力也和两个因素有关：本身信号的强度信号越 强受干扰的机会越小；干扰信号的大小干扰信号电平越小，信号受干扰程度 越低。 目前系统间干扰主要有杂散干扰、互调干扰及阻塞干扰： 杂散干扰，杂散是一种加性干扰，是被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐 射信号，也即干扰源产生在被干扰频段的噪声，从而导致接收机底噪抬高使接收 机灵敏度降低。 互调干扰，又称交调干扰，无线通信系统的天线系统能够接收到各个载波的 信号，除了本载波的信号，其它都是干扰信号。当接收到的干扰载波功率很强时， 由于接收机增益传递函数有一定的非线性，就会在接收机中产生互调干扰，并在 输出端体现。有时互调干扰会比较强，如果它们落在被干扰系统的接收带宽内， 就会导致干扰并降低接收机的性能。三阶互调干扰是最强的互调干扰，对于接收 机的性能有着不利的影响； 阻塞干扰，接收微弱有用信号时，受到带外较强功率信号干扰，可能导致接 收机过载，其放大增益被抑制，造成阻塞干扰。 要解决干扰问题需要遵循3 条基本准则【切： ( 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1 0 d b 。 ( 2 )