毕业论文(设计)移动通信系统网络信号的室内覆盖.doc

本科生毕业论文（设计） 题 目：移动通信系统网络信号的室内覆盖 目 录1.概述11.1 奥运场馆室内覆盖的必要性11.2 设计目的12设计依据和原则12.1 设计依据12.2 设计原则12.3 奥运帆船场馆移动通信多系统室内覆盖的特殊性23工程环境44设计方案分析54.1 话务量及不同区域数据流量需求的分析54.2 接收场强及切换分析65工程要求76.设计思路87.工程实施方案107.1有源设备107.2射频连接器安装107.3耦合器、功分器的安装108.设备材料清单14结束语15参考文献16致谢17摘要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。关键词：3G；乒乓切换效应；微蜂窝；射频拉远基站；青岛2008奥帆委AbstractMobile subscribers rapid increase as well as the high-rise construction are more and more many along with the city in, the telephone traffic density and the cover request also unceasingly rises. These building scales big, the quality is good, has the very strong shielding effect to the mobile phone signal. Under large-scale environment and so on building underlying bed, underground market, underground parking garage, the mobile communication signal is weak, the handset was unable normally to use, has formed the mobile communication blind spot and the shadow region; In among floor periphery, because comes from different base depot signal overlapping, has the pingpong effect, the handset frequent cut, even falls the speech, seriously has affected the handset normal use; In building high level, as a result of the base depot antenna high limit, is unable normally to cover, also is the mobile communication blind spot. Moreover, in some buildings, although the handset can the normal call, but user density big, the base depot channel is crowded, the handset makes something a matter of political line the difficulty. The specially mobile communication network cover, the capacity, the quality are the operation business gain competitive advantage key aspect. The network cover, the network capacity, the network quality fundamentally have manifested the motion network service level, is all motion network optimization work subject. In the room covers the system is precisely produces under this kind of background. Key Words：3G；the pingpong cut the effect； the micro honeycomb；the radio frequency move back base depot；the Qingdao 2,008 Austria sail committee1.概述1.1 奥运场馆室内覆盖的必要性随着北京2008奥运会的日益临近，做为北京2008奥运会帆船项目的青岛奥运会帆船中心主场馆的建设基本完成，为了确保奥运会期间在用户量大辐度提高的情况下的通信网络的畅通，提升青岛移动的国际知名度，在奥运会帆船中心附近进行基站建设的同时，也要进行室内各网络信号的综合覆盖，这样才能合理的调节话务，达到帆船中心信号的良好覆盖。1.2 设计目的1.2.1、解决奥运会帆船场馆移动GSM、WCDMA系统通信盲区及室内信号覆盖问题；1.2.2、解决青岛奥运帆船场馆移动GSM、WCDMA网络系统室内与室外信号切换区通话问题；1.2.3、解决青岛奥运帆船场馆移动GSM、WCDMA室外基站因室内用户占用造成繁忙问题，合理分配话务；1.2.4、解决青岛奥运帆船场馆移动用户对WCDMA2100网络不同业务需求的问题。2设计依据和原则2.1 设计依据(1)、中华人民共和国卫生部颁发环境电磁波卫生标准；(2)、信息产业部900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网基站无线设备技术指标及测试方法 （YD/T 883-1996 ）；(3)、信息产业部900MHz TDMA数字蜂窝移动通信网移动台设备技术指标及测试方法(YD/T 884-1996)； (4)、现场勘测资料和有关测试数据；(5)、青岛2008奥运会帆船委员会及青岛移动通信公司方面对此次工程的要求；(6)、本方案是按3G之WCDMA标准做的设计。2.2 设计原则(1)、考虑到奥运会帆船中心覆盖的重要性，为了保证此系统能够达到对移动GSM、WCDMA网络优良的覆盖，并减少设备运行的故障率，同时尽可能的降低工程成本，使系统性价比达到最高；我们设计采用Powerwave(原阿尔贡)公司的WCS（宽带无线覆盖系统）系统进行综合覆盖；(2)、充分利用移动公司拟建设的基站信号耦合进行部分场馆区域的室内分布，合理布置室内WRH(宽带无线前端)及天线，合理设计，尽量减少布放设备的数量，降低噪声积累；(3)、考虑到WCDMA网络信号衰落较GSM900网络信号大的问题，设计依WCDMA网络信号衰减情况设计，适当增加天线，降低天线口输出功率，达到良好覆盖；(4)、综合考虑天线的数量、位置和输出功率，以及所覆盖的范围，保证信号的均匀分布； (5)、结合各场馆楼层的结构情况、功用、装潢，合理布置天馈线系统；(6)、本覆盖系统设计为天馈系统使用频段包含GSM、WCDMA，适当留下天线功率冗余；(7)、主要技术指标：a、 对盲区内移动GSM900信号覆盖保证99%以上的设计区域手机接入，95%的设计区域信号场强不低于-85dBm,人流量大、话务集中的地区必须保证在-75dBm；对WCDMA信号的强度按下面指标设计:b、 重要区域：要求满足CS12.2K、CS64K、PS384K的连续覆盖；边缘导频功率80dBm，Ec/Io7dB；c、 次重要区域：要求满足CS12.2K、CS64K、PS128K的连续覆盖；边缘导频功率85dBm，Ec/Io10dB；d、 一般区域：要求满足CS12.2K、CS64K的连续覆盖，可以考虑补充PS64K业务；边缘导频功率90dBm，Ec/Io12dB；e、 非重点区：要求满足保证CS12.2K业务；边缘导频功率100dBm，Ec/Io15dB；f、 外泄电平：室外10米处95dBm；g、 掉话率： 95% (95%以上的地方可接通) ；i、 切换成功率： 95% 。 2.3 奥运帆船场馆移动通信多系统室内覆盖的特殊性由于GSM、 WCDMA系统的频率较多，各种手机功率也不尽相同，及奥运帆船场馆的室内覆盖系统采用GSM、WCDMA二种制式的网络共用一套覆盖系统的方式进行设计覆盖，所以在室内覆盖上有较多的特殊性。1）、采用Powerwave (原阿尔贡)公司的GSM、WCDMA等制式的WCS(宽带无线覆盖系统)；2）、各种网络信号对器件、馈线及空间损耗的强度也不一样，需要进行综合考虑；3）、频率较多，且WCDMA信号频率高、信号绕射能力差、衰减快、天线覆盖半径小l 空间衰减分析自由空间衰耗公式：LS（dB）32.45+ 20lg f (MHz)+ 20lgd (km)在1m处，GSM、CDMA、WCDMA、WLAN、PHS的衰减如下：GSM，f=900MHz：LS31.5dBCDMA，f=830MHz：LS30.8dBPHS，f=1900MHz: LS38dBWLAN，f=2480MHz: LS40.3dBWCDMA, f=2200MHz: LS39.3dBl 电磁波传播模式比较GSM：直射、绕射、反射；WCDMA：直射、反射、透射；l 天线覆盖半径对比(天线口功率7dBm，穿越一面普通的砖墙)GSM：2030mWCDMA: 812ml GSM、WCDMA 信号在馈线中的传输损耗 GSM900MHzWCDMA2100MHz1/2 馈线损耗dB/100m7dB10.7dB7/8 馈线损耗dB/100m3dB5dB4）、基站频率不固定、室内外的切换问题较难处理 在各种网络室内覆盖的建设中，为了解决室内外的切换问题，主要的是靠增加室内基站的信号强度，使得室内基站的信号强度比室外基站大510dB。但是这样的负面影响一是覆盖成本增加，二是室内覆盖反过来又干扰室外覆盖。因此，在奥运帆船场馆多系统室内覆盖中，室内、室外基站的协调，室外基站对室内基站的干扰是比较难处理的难题。3工程环境第29届奥运会青岛国际帆船中心位于中国山东省青岛市浮山湾畔，原北海船厂的厂区。总用地面积45公顷，奥帆赛赛时用地面积约30公顷。整个工程项目包括陆域工程和水工工程两部分，陆域工程主要包括行政与比赛管理中心、运动员公寓、运动员中心、媒体中心、后勤保障与功能中心五个建筑单体以及环境等配套工程，水域工程包括主防波堤，次防波堤，突堤码头，奥运纪念墙码头，护岸改造等水工工程。其中，奥运纪念墙码头、次防波堤、突堤码头围合的港区面积约15.5公顷，主防波堤与突堤码头围合的港池面积约7.5公顷。此外，在赛时还要增设一些临时性的建筑及设施，以更好的满足奥帆赛的需求，如突堤码头上将建临时性的测量大棚，奥运纪念墙码头西侧将建一个浮码头供观众停船区使用。设施分布图青岛国际帆船中心分以下功能区行政与比赛管理中心为高度安全区。总建筑面积约16740，建筑层数以3-4层为主。该中心赛时功能包括赛场管理办公区、餐厅、码头管理机构、安保机构办公区、比赛管理中心、贵宾接待（VIP）等6个功能区。奥运村奥运村为永久性建筑，总建筑面积约45000，建筑层数6-10层。在比赛期间奥运村应为至少800人提供食宿； 运动员中心位于奥运村和比赛船只停放区之间，总建筑面积约10000，建筑层数2层，主要包括休闲健身区、比赛信息中心、餐饮区和体能中心等四个功能区；后勤保障与供应中心位于赛区东部边缘，总建筑面积约3500，建筑层数1-2层，内部主要分为后勤供应管理办公（含志愿者休息）和赛场保洁维护办公两部分。 4设计方案分析4.1 话务量及不同区域数据流量需求的分析在室内覆盖系统中，在对信源进行选取时，应该仔细的对大楼内人流量及现有用户进行详细的了解，同时也应该对潜在的用户进行预测，以便于合理选取基站的载频数，避免出现因系统开通后话务量过大而导致基站的堵塞。对于WCDMA2100网络从容量角度考虑信号源的选取，主要是根据信号源可以支持的话务量和总的等效语音话务量需求来决定。在GSM900中交换方式用的是电路交换，换句话说是单业务模型，每个用户都在相同大小的信道上传送数据，这类网络可以很容易地使用爱尔兰B公式进行规划。而在WCDMA2100系统中，这方面的统计变得较为复杂，因为该系统不仅有电路交换网络（CS network）提供的连接服务，还有分组交换网络（PS network）提供的连接服务；同时存在的业务类型也是多种多样，例如话音、视频电话、E-Mail、网页浏览等等，每种业务需要占用不同数量的网络资源，并且对信号质量的要求也不一样，所以单纯的用爱尔兰来定义话务量已经变得不太切合实际。由于实际网络中可能同时提供CS12.2K、CS64K、PS64K、PS128K、PS144K及PS384K业务，为了尽可能准确的预计室内WCDMA系统的业务需求量，我们建议在前期规划中，将语音业务和数据业务的需求分开考虑：1、CS域的业务: 在相同负载和信号质量条件下，一个CS64K业务占用的系统资源大致相 当于8个CS 12.2K业务需要的系统资源。所以在计算系统业务量时，可以将CS域的业务需求先等效为CS 12.2K业务，然后用爱尔兰模型计算大致所需信道数。2、PS域的业务：虽然PS域的业务也可以等效为CS12.2K，但是这是在人为创造的理想 环境下（即 系统只能提供某一种业务）的试验结果，实际情况将比这复杂得多。因为到目前为止还没有一个好的模型能够精确计算WCDMA系统中PS域的混合业务量，所以本设计中WCDMA系统的数据业务需求量的规划是参考青岛移动对联合大厦不同场合的原WLAN和GPRS的业务量统计做出的，如果该场合原来有较多数据业务需求，则认为是“热点地区”，在资源规划时要重点考虑。4.2 接收场强及切换分析由空间自由衰减计算公式Ls（dB）32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km)可分别计算得到GSM、WCDMA信号在空间的衰减值，见下表：Ls（dB）32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km)距离1m5m20m30m移动GS M损耗31.53dB45.5dB57.54dB61.06dBWCDMA损耗38.89dB52.86dB64.91dB68.43dB普通大楼建材和结构的平均信号损耗：材料类型混凝土墙混凝土楼板天花板管道金属楼梯损耗13dB10dB1-8dB5dB从系统框图中可以看出，系统在考虑了电缆衰耗的情况下（GSM 900MHz的1/2电缆损耗为dB/100m;WCDMA 2100MHz的1/2电缆损耗为10.7dB;），经多级功分器和耦合器后，按移动GSM900到达每个天线口的最大输出功率为12dBm;最小9dBm;WCDMA 2100MHz信号到达每个天线口的最大输出功率为8dBm;最小6dBm。（考虑了接头衰耗），全向吸顶天线的增益为3dBi计算；距每个天线口1m处（近处）所对应的最大场强为（此处所有天线均外漏，结构损耗不考虑天花板损耗5dB,考虑10dB左右的侧混凝土墙损耗10dB左右）：移动GSM900MHz P1m =12dBm-31.53dB-5dB-10dB +3dBi = -31.53dBm WCDMA 2100MHz P1m =8dBm-38.89dBm-5dB-10dB+3dBi = -41.89dBm距每个天线口20m处（远处）所对应的最小场强为（此处结构损耗考虑混凝土墙损耗13dB）:移动GSM 900MHz P20m =9dBm-57.54dB-13 dB+3dBi = -58.54dBmWCDMA 2100MHz P20m =5dBm-64.91dB-13dB+3dBi = -68.91dBm根据系统框图可知，在电梯覆盖中，对数周期天线覆盖的最高楼层数为5层，各制式系统到达天线口功率与楼内一致,则电梯距离天线的最远距离为16.5米，电梯内的最小接收场强为距天线20m处的场强（对数周期天线增益为8.5dBi，此处将电梯箱顶的损耗计为25dB）：移动GSM 900MHz P20m =9dBm-57.54dB-25 dB+8.5dBi = -65.04dBmWCDMA 2100MHz P20m =6dBm-64.91dB-25dB+8.5dBi = -75.41dBm由上述计算过程可以知道，平层天线有效覆盖区及电梯箱内最小的接收场强均大于-75dBm，故平层及电梯内手机可保证正常通话，且不会产生额外的切换掉话。5工程要求1）引入信号:通过BMU耦合基站信号进行射频与光信号的转换，通过光纤传输信号至各分中心。青岛移动公司在奥帆中心建设台基站提供GSM、WCDMA网络信号，一台基站进行室外覆盖，另一台基站进行室内分布，同时向其它场馆提供信源，通过光纤连接到各分中心去。我们设计在奥运村安装一台6路的BMU分别将光纤信号引入到新闻媒体中心，后勤保障中心，绿化带停车场，行政管理中心及运动员中心进行覆盖;2)信号引入方式：通过BMU引入光纤信号至各分中心指定机房;3)信号源：移动GSM；WCDMA信号;4)系统（无线宽带前端设备）位置：分别放在各分中心奥帆委工作人员指定的位置(具体详见主机安装位置)；5)覆盖区域：青岛奥运帆船运动中心的运动员中心、行政管理中心、新闻媒体中心、后勤保障中心及绿化区地下停车场（奥运分村由建在该建筑楼内的基站进行室内分布覆盖）;6)无线覆盖区内可接通率：在无线覆盖区内的95%位置，99%的时间各系统移动台可接入相应网络；7)无线覆盖区边缘场强要求覆盖系统场强信号必须完全覆盖到边缘；8)室内天线的发射功率根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的发射功率为15dBm/每载波;9)覆盖区与周围各小区之间有良好的无间断切换。6.设计思路由于本次奥运帆船中心场馆的覆盖系统覆盖要考虑 GSM 、WCDMA网络同时设计覆盖的综合覆盖解决方案，考虑到青岛移动拟在行政管理中心和奥运村建设2个基站，其中在行政管理中心建设的基站进行室外信号覆盖及行政管理中心室内信号覆盖，在奥运村建设的基站进行运动员中心的室内信号覆盖，同时向其它中心提供信源。针对要求苛刻的室内环境所设计的多技术系统的分布覆盖系统, 基于集中化的基站和远端有源单元, 3G直放站标准制定小组成员之一的Powerwave（原阿尔贡）公司设计出宽带覆盖系统（WCS）。宽带覆盖系统 (WCS) 由三个主要部分组成。第一个是基站主控单元BMU，其同基站一起处于系统的中心位置。第二个是大量的远端设备，其分布在系统的各个地方，被称作“宽带无线电前端”（WRH）。第三个是连接BMU和所有的WRH设备的光纤链路。宽带无线电前端单元是使用了基于Powerwave（原阿尔贡）公司知名的直放站技术的宽带部件。这是一种基于模块化的设计，可依据用戶系统需要增加系统模块,如可被用来提供全GSM900 MHz、全GSM1800 MHz和全W-CDMA频段的模块组合。模块采用了真正支持宽带和多载波的放大器技术，每个放大器可涵盖各个系统的全频段，即GSM900系统（带宽25 MHz），DCS1800系统（带宽75 MHz）和UMTS系统（带宽60 MHz）。除了RF模块，WRH还包括一个FON，其用于连接BMU和WRH。这就意味着WRH具有两个光纤连接端。而在业务输出端口采用了双频分合路器，WRH的业务输出端口就能连接适应所有频段工作的同一根馈线和天线。当然如果需要，也可将WRH的RF信号分别输出连接至不同的Tx和Rx天线。GSM基站WCDMA基站基站主控单元 （BMU）WRHWRHWRHWRHWRHWRHWRHWRH宽带无线电远端室内天线光纤链路WRH WCS系统基本原理框图WCS系统基本原理框图为了将各系统信号均匀的分布到覆盖区内各场所及电梯内，采用宽带耦合器和宽带功分器相结合的方式进行信号分路；覆盖天线采用Powerwave（原阿尔贡）宽带室内全向天线和对数周期天线相结合的方式布设。电梯内采用在井道内安装对数周期天线方式分段覆盖。 本次工程的工程量如下： 青岛移动公司拟通过安装在奥运分村楼内的基站完成奥运分村内的室内覆盖，其它分中心及场馆经过我方与Powerwave（原阿尔贡）的工程师进行现场勘测后，我们提出解决方案如下：在奥运分村内的移动机房内安装一台Powerwave（原阿尔贡）的六路BMU设备，耦合奥运分村基站的信号转换成光信号，经过光纤分别传输到运动员中心、行政管理中心(行政管理中心两路)、新闻媒体中心、后勤保障中心、及奥运村绿化带下的地下停车场，通过分布在以上六处的Powerwave（原阿尔贡）的GSM/WCDMA WRH(宽带无线前端)设备转换成射频信号，再经宽带耦合器、功分器进行信号分布，完成各分中心的室内分布覆盖。7.工程实施方案7.1有源设备青岛移动拟在行政管理中心安装基站进行室外部分覆盖，在奥运村一楼上安装一台基站进行奥运村室内信号覆盖，考虑到室内信号与室外信号要求一致以减少干扰的情况，所以我们拟在新闻媒体中心、后勤保障中心、绿化区地下停车场、运动员中心，行政管理中心布放6台（GSM/WCDMA）WRH系统，通过建设在奥运分村楼内负责室内覆盖的机房内的BMU系统将信号进行光电转换后传送到各分中心，各分中心再根据需要采用功分器、耦合器将信号传送到各楼层、电梯的分布天线上完成信号覆盖。为了节约成本，我们采用了Powerwave(原阿尔贡)的先进的双频宽带合路滤波器，将GSM信号与WCDMA信号合并到一套天馈系统中进行覆盖，大大减少了布放天线的数量，减少室内干扰及降低了成本。馈线走线在天花板吊顶内。走线应根据实地情况，合理布线，安装牢固。馈线走线严禁与高压、强电，消防管道一起走线。当馈线需要弯曲布放时，要求弯曲角保持圆滑，其弯曲半径（1/2馈线）不宜超过如下弯曲半径：210mm(多次弯曲)、125mm(单次弯曲)。7.2射频连接器安装（1）严格按照射频连接器的安装操作规范安装。（2）连接器的插损应小于0.1dB，驻波比小于1.5。7.3耦合器、功分器的安装（1）应用捆扎带、固定件固定，不允许悬空、无固定放置。（2）与该类器件的相连的馈线无交叉，在距接口300mm处的馈线应固定。主要器件指标Power Divider Specification（功分器）技术指标技术参数指 标规 格二功分器三功分器四功分器功率不平衡度Power Unbalance(dB)0.30.50.5相位离散Phase Unbalance111插入损耗0.4dB0.5dB0.5dB工作频段8002500MHz隔离度30dB接口阻抗50输入/输出口驻波比1.25功率容量50W接口形式NK环境温度-45+80C相对湿度595%Coupler Specification（耦合器）技术指标技术参数指 标耦合度Coupling Value(dB)57101520方向性Directivity(dB)30dB30dB30dB30dB30dB耦合平坦度Coupling Flatness0.3dB0.3dB0.3dB0.3dB0.3dB插入损耗(不含耦合损耗)0.4dB0.5dB0.6dB0.7dB0.8dB工作频段8002500MHz隔离度30dB接口阻抗50输入/输出口驻波比1.25功率容量50W接口形式NK环境温度-45+80C相对湿度595%（室内吸顶全向天线）技术指标型号7336.00 ALIC-2100-360-3i-0-N频率范围8002500 MHz增益3dBi输入驻波1.4半角功率360极化方式垂直输入阻抗50功率容量50W接口形式N型阴头雷电保护直流接地8.设备材料清单序号设备名称型号规格指标厂家数量1GSM900/WCDMA HP WRHRH610010/100Radio Head Dualband 2100 HP/900Powerwave12台2RCM (RF Combiner Module)UA119 01/1RCM Dual band 2-sector,fiber versionPowerwave1台3OCM (Optical Converter Module)UA117 01/1OCM Star 2 FON, four RH per FONPowerwave1台4光纤跳线单模青岛移动120根5光功分器光二功分器单模青岛移动20只6室内全向天线800-2500MHz 3dBiPowerwave410副7对数周期天线800-2500MHz 5dBiPowerwave30副81/2馈线800-2500MHz7700米91/2接头1/2N型800-2500MHz1750只10功分器二功分器800-2500MHz40只11功分器三功分器800-2500M