TD-SCDMA室内分布系统规划与设计毕业论文.doc

山东科技大学学士学位论文 目录 TD-SCDMA毕业论文目录1 绪 论11.1 本论文的研究背景和意义11.2 本论文的主要内容21.3 本论文的结构安排32 TD-SCDMA的关键技术42.1 时分双工技术技术42.2 智能天线技术52.3 联合检测技术72.4 功率控制82.5 动态信道分配技术102.6 接力切换技术113 TD-SCDMA室内无线信号传播分析143.1室内区域分类143.2室内环境特点及传播机制163.3室内环境传播模型193.4单天线覆盖能力214 TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法234.1 室分系统规划设计目标234.2 室内链路预算254.3 室内容量设计274.4 邻区、频率、扰码规划284.5 切换设计314.6 多系统共存设计345 东海大厦TD-SCDMA室内分布系统设计385.1 设计方案概述395.2 技术指标415.3 TD-SCDMA话务分析415.4 信源及设备的选取425.5设计方案可行性分析425.6 安装说明445.7 东海大厦室内分布系统原理图485.8 东海大厦室内天线放置平面图52总结与展望60致谢61参考文献62附录63英文文献翻译63山东科技大学学士学位论文 绪论1 绪 论1.1 本论文的研究背景和意义TD-SCDMA是全球认可的第三代移动通信国际标准之一，一直得到我国政府的大力支持。规划和建设一个可管理和维护的TD-SCDMA网络，是一个重要的研究课题。由于室内环境的话务量约占总业务量的70%左右，因此在TD-SCDMA第三代移动通信网络建设中，室内环境是运营商重点考虑的信号覆盖区域。TD-SCDMA网络目前的工作频段为2000MHz，相比900MHz的 GSM系统，在室内更容易形成各种信号覆盖盲区。由此可见，TD-SCDMA系统的室内覆盖解决方案对于TD-SCDMA网络的商业部署和运营至关重要。由于移动通信无线环境复杂，存在很多各不相同的特殊场景，而对于这些特殊场景来说网络质量的提升又非常重要，所以如何针对这些环境复杂、场景多样的特殊情况提出相应的可行性综合解决方案成为大家关注的焦点。有的场合人流量大，话务量多，话务密度高，形成无线用户密度大，业务质量高的室内区域，即网络覆盖“热点”；同时这些区域的建筑物通常规模大，结构复杂，网络穿透损耗大，形成了相对比较封闭的无线传播环境，对TD-SCDMA移动信号有很强的屏蔽作用，用户的终端无法正常使用，形成了移动通信的“盲点”。TD-SCDMA的网络建设不仅需要解决信号覆盖问题，而且还要解决容量问题。怎样在一个特定场景的情况下，规划一个高质量的TD-SCDMA室内分布系统，根据特定场景的需求“补忙补热”，做到既能满足移动通信对于数据和话音业务的需求又能节约成本，是本课题的研究目的。通过对本课题的研究可以了解第三代移动通信，特别是TD-SCDMA的发展历程，在了解TD-SCDMA的技术特点的基础上学会TD-SCDMA无线网络规划的原则与流程，学会分析无线网络环境和网络规模，从而设计出合适的网络拓扑结构和选取合适的天线，最终设计出一个合格的TD-SCDMA网络。1.2 本论文的主要内容本课题主要研究TD-SCDMA在东海大厦大型写字楼特殊场景下的室内覆盖解决方案。首先对TD-SCDMA的技术原理进行了分析，包括物理层原理和TD-SCDMA的关键技术，介绍了TD-SCDMA的技术特性及其在室内分布建设方面的特点。通过对TD-SCDMA室内无线信号传播进行深入研究，得出了单天线的实际覆盖能力。并详细论述了TD-SCDMA室内分布系统的设计方法，并对关键环节进行探讨(如信号源选取、频率/时隙/码资源规划、小区划分等)，并针对多系统共存模式给出了TD-SCDMA室分系统建设模式。最后东海大厦大型写字楼场景给出了TD-SCDMA网络室内覆盖特殊场景的完善解决方案。研究的主要内容包括:1. TD-SCDMA的原理分析论述了TD-SCDMA物理层原理和六项关键技术。2. TD-SCDMA室内无线传播分析在对无线信号传播机制研究的基础上，对移动通信室内传播模型进行深入分析，探讨最适用于TD-SCDMA室内覆盖的传播模型，并结合具体环境，计算出单天线的实际覆盖能力。3. TD-SCDMA室内分布系统设计方法首先给出了TD-SCDMA室内分布系统的室内覆盖勘测设计方法，并对TD-SCDMA室内分布系统建设的链路预算、容量设计、邻区、频率、扰码规划以及切换设计等关键问题进行研究，最后针对各种多系统共存模式分别给出了TD-SCDMA室分系统建设思路。4. TD-SCDMA东海大厦大型写字楼场景解决方案研究针对会展中心场景的特殊环境，给出了TD-SCDMA网络会展中心覆盖解决方案。并通过实际工程案例的测试结果，论证了方案的有效性。1.3 本论文的结构安排本论文共分5章，第一章为绪论，主要讲述本论文的研究背景和意义。第2章 为TD-SCDMA的关键技术， TD-SCDMA的关键技术是指时分双工技术(TDD)、智能天线技术、联合检测技术、功率控制、动态信道分配技术和接力切换技术。第3章 为TD-SCDMA室内无线信号传播分析，主要讲述室内区域分类，室内环境特点及传播机制，室内环境传播模型以及单天线覆盖能力。 第四章为TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法，包括室内覆盖勘测设计、TD-SCDMA室内分布系统规划设计和多系统共存设计三部分。 第五章为东海大厦TD-SCDMA室内分布系统设计，分析了东海大厦TD-SCDMA室内无线覆盖建设策略、容量资源配置策略及配套工程建设策略，详细阐述了东海大厦TD-SCDMA室内覆盖的建设方案，设计出了东海大厦的室内分布系统的原理图和天线布置的平面图。80山东科技大学学士学位论文 TD-SCDMA的关键技术2 TD-SCDMA的关键技术 2.1 时分双工技术技术对于数字移动通信而言，双向通信可以以频率或时间分开，前者称为FDD（频分双工），后者称为TDD（时分双工）。对于FDD，上下行用不同的频带，一般上下行的带宽是一致的；而对于TDD，上下行用相同的频带，在一个频带内上下行占用的时间可根据需要进行调节，并且一般将上下行占用的时间按固定的间隔分为若干个时间段，称之为时隙。TD-SCDMA系统采用的双工方式是TDD。TDD技术相对于FDD方式来说，有如下优点：(1) 易于使用非对称频段，无需具有特定双工间隔的成对频段。TDD技术不需要成对的频谱，可以利用FDD无法利用的不对称频谱，结合TD-SCDMA低码片速率的特点，在频谱利用上可以做到“见缝插针”。只要有一个载波的频段就可以使用，从而能够灵活地利用现有的频率资源。目前移动通信系统面临的一个重大问题就是频谱资源的极度紧张，在这种条件下，要找到符合要求的对称频段非常困难，因此TDD模式在频率资源紧张的今天受到特别的重视。(2) 适应用户业务需求，灵活配置时隙，优化频谱效率TDD技术调整上下行切换点来自适应调整系统资源从而增加系统下行容量，使系统更适于开展不对称业务。(3) 上行和下行使用同个载频，故无线传播是对称的,有利于智能天线技术的实现，时分双工TDD技术是指上下行在相同的频带内传输，也就是说具有上下行信道的互易性，即上下行信道的传播特性一致。因此可以利用通过上行信道估计的信道参数，使智能天线技术、联合检测技术更容易实现。通过上行信道估计参数用于下行波束赋形，有利于智能天线技术的实现。通过信道估计得出系统矩阵An，用于联合检测区分不同用户的干扰。(4) 无需笨重的射频双工器，小巧的基站，降低成本由于TDD技术上下行的频带相同，无需进行收发隔离，可以使用单片IC实现收发信机，降低了系统成本。2.2 智能天线技术智能天线也叫自适应天线，由多个天线单元组成，每一个天线后接一个复数加权器，最后用相加器进行合并输出。这种结构的智能天线只能完成空域处理，同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些，每个天线后接的是一个延时抽头加权网络(结构上与时域FIR均衡器相同)。自适应或智能的主要含义是指这些加权系数可以根据一定的自适应算法进行自适应更新调整。智能天线是利用用户空间位置的不同来区分不同用户。不同于传统的频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)或码分多址(CDMA)，智能天线引入第4种多址方式：空分多址(SDMA)。即在相同时隙、相同频率或相同地址码的情况下，仍然可以根据信号不同的中间传播路径而区分。SDMA是一种信道增容方式，与其他多址方式完全兼容，从而可实现组合的多址方式，例如空分一码分多址(SD-CDMA)。智能天线与传统天线概念有本质的区别，其理论支撑是信号统计检测与估计理论、信号处理及最优控制理论，其技术基础是自适应天线和高分辨阵列信号处理。 图 2-1 智能天线阵元波束接收设以M元直线等距天线阵列为例：（第m个阵元）则空域上入射波距离相差为：Dd = m Dx cosq时域上入射波相位相差为：（(2pl) Dd可见，空间上距离的差别导致了各个阵元上接收信号相位的不同。经过加权后阵列输出端的信号为： (2-1)其中，A为增益常数，s(t)是复包络信号，wm是阵列的权因子。根据正弦波的叠加效果，假设第m个阵元的加权因子： (2-2)则 (2-3)结论：选择不同的0，将改变波束所对的角度，所以可以通过改变权值来选择合适的方向。针对不同的阵元赋予不同权值，最后将所有阵元的信号进行同向合并，达到使天线辐射方向图的主瓣自适应地指向用户来波方向的目的。智能天线的优势：（1）提高了基站接收机的灵敏度；（2）提高了基站发射机的等效发射功率；（3）降低了系统的干扰；（4）增加了CDMA系统的容量；（5）改进了小区的覆盖；（6）降低了无线基站的成本。2.3 联合检测技术联合检测技术是多用户检测（Multi-user Detection）技术的一种。CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要在数字域上用一定的信号分离方法把各个用户的信号分离开来。信号分离的方法大致可以分为单用户检测和多用户检测技术两种。联合检测作用包括：降低干扰（MAI&ISI）、提高系统容量、降低功控要求。联合检测的原理：一个CDMA系统的离散模型可以用下式来表示： e = Ad + n (2-4)其中，d是发射的数据符号序列，e是接收的数据序列，n是噪声，A是与扩频码c和信道冲激响应h有关的矩阵。只要接收端知道A（扩频码c和信道冲激响应h），就可以估计出符号序列。对于扩频码c，系统是已知的，信道冲激响应h可以利用突发结构中的训练序列midamble求解出这样就可以达到估计用户原始信号d的目的。图 2-2 联合检测原理示意2.4 功率控制2.2.4.1 功率控制的作用（1）功率控制技术是CDMA系统的基础，没有功率控制就没有CDMA系统。（2）功率控制可以补偿衰落，接收功率不够时要求发射方增大发射功率。（3）功率控制可以克服远近效应，对上行功控而言，功率控制的目标即为所有的信号到达基站的功率够用即可。（4）由于移动信道是一个衰落信道，快速闭环功控可以随着信号的起伏进行快速改变发射功率，使接收电平由起伏变得平坦。2.2.4.2 功率控制分类TD-SCDMA的功率控制技术采取开环、闭环（内环）和闭环（外环）功率控制三种。功率控制开环由于TD-SCDMA采用TDD模式，上行和下行链路使用相同的频段，因此上、下行链路的平均路径损耗存在显著的相关性。这一特点使得UE在接入网络前，或者网络在建立无线链路时，能够根据计算下行链路的路径损耗来估计上行或下行链路的初始发射功率。当它接收到的功率越强，说明收发双方距离较近或有非常好的传播路径，发射的功率就越小，反之则越大。 开环功控只能在决定接入初期发射功率和切换时决定切换后初期发射功率的时候使用。上行开环功率控制由UE和网络共同实现，网络需要广播一些控制参数，而UE负责测量PCCPCH的接收信号码功率，通过开环功率控制的计算，确定随机接入时UPPCH、PRACH、PUSCH和DPCH等信道的初试发射功率。功率控制内环（闭环）快速闭环功率控制（内环）的机制是无线链路的发射端根据接收端物理层的反馈信息进行功率控制，这使得UE（NodeB）根据NodeB（UE）的接收SIR值调整发射功率，来补偿无线信道的衰落。在TD-SCDMA系统中的上、下行专用信道上使用内环功率控制，每一个子帧进行一次。功率控制内环（外环）内环功率控制虽然可以解决损耗以及远近效应的问题，使接收信号保持固定的信干比（SIR），但是却不能保证接收信号的质量。接收信号的质量一般由误块率（BLER）或误码率（BER）来表征。环境因素（主要是用户的移动速度、信号传播的多径和迟延）对接收信号的质量有很大的硬性。当信道环境发生变化时，接收信号SIR和BLER的对应关系也相应发生变化。因此，需要根据信道环境的变化，调整接收信号的SIR目标值。2.5 动态信道分配技术2.5.1 动态信道分配方法TD-SCDMA系统中动态信道分配DCA的方法有如下几种：（1）时域动态信道分配 因为TD-SCDMA系统采用了TDMA技术，在一个TD-SCDMA 载频上，使用7个常规时隙，减少了每个时隙中同时处于激活状态的用户数量。每载频多时隙，可以将受干扰最小的时隙动态分配给处于激活状态的用户。 （2）频域动态信道分配 频域DCA中每一小区使用多个无线信道（频道）。在给定频谱范围内，与5MHz的带宽相比，TD-SCDMA的1.6MHz带宽使其具有3倍以上的无线信道数(频道数)。可以把激活用户分配在不同的载波上，从而减小小区内用户之间的干扰。 （3）空域动态信道分配 因为TD-SCDMA系统采用智能天线的技术，可以通过用户定位、波束赋形来减小小区内用户之间的干扰、增加系统容量。 （4）码域动态信道分配 在同一个时隙中，通过改变分配的码道来避免偶然出现的码道质量恶化。2.5.2 动态信道分配分类（1）慢速DCA： 慢速DCA主要解决两个问题：一是由于每个小区的业务量情况不同，所以不同的小区对上下行链路资源的需求不同；二是为了满足不对称数据业务的需求，不同的小区上下行时隙的划分是不一样的，相邻小区间由于上下行时隙划分不一致时会带来交叉时隙干扰。所以慢速DCA主要有两个方面：一是将资源分配到小区，根据每个小区的业务量情况，分配和调整上下行链路的资源；二是测量网络端和用户端的干扰，并根据本地干扰情况为信道分配优先级，解决相邻小区间由于上下行时隙划分不一致所带来的交叉时隙干扰。具体的方法是可以在小区边界根据用户实测上下行干扰情况，决定该用户在该时隙进行哪个方向上的通信比较合适。 （2）快速DCA： 快速DCA主要解决以下问题：不同的业务对传输质量和上下行资源的要求不同，如何选择最优的时隙、码道资源分配给不同的业务，从而达到系统性能要求，并且尽可能地进行快速处理。快速DCA包括信道分配和信道调整两个过程。信道分配是根据其需要资源单元的多少为承载业务分配一条或多条物理信道。信道调整（信道重分配）可以通过RNC对小区负荷情况、终端移动情况和信道质量的监测结果，动态地对资源单元（主要是时隙和码道）进行调配和切换。2.6 接力切换技术接力切换是一种应用于同步码分多址（SCDMA）通信系统中的切换方法。该接力切换方式不仅具有上述“软切换”功能，而且可以在使用不同载波频率的SCDMA基站之间，甚至在TD-SCDMA系统与其它移动通信系统，如GSM或IS-95 CDMA系统的基站之间实现不丢失信息、不中断通信的理想的越区切换。接力切换适用于同步CDMA移动通信系统，是TD-SCDMA移动通信系统的核心技术之一。同步码分多址通信系统中的接力切换基本过程可描述如下（参见图 2-3）：(1)MS和BS0通信；(2) BS0通知邻近基站信息，并提供用户位置信息（基站类型、工作载频、定时偏差、忙闲等）；(3) 切换准备（MS搜索基站，建立同步）；(4) BS或MS发起切换请求；(5) 系统决定切换执行；(6) MS同时接收来自两个基站的相同信号；(7) 完成切换。图 2-3 基站的接力切换过程山东科技大学学士学位论文 TD-SCDMA室内无线信号传播分析3 TD-SCDMA室内无线信号传播分析 3.1室内区域分类 在无线网络规划中，一般将目标覆盖区域划分为不同的区域类型，按照不同的区域类型采用不同的服务等级和配置原则，以便合理地配置网络资源，以有限的投资满足既定的服务质量要求。对于以宏蜂窝为骨架的室外网络，通常根据业主业务需求和无线传播环境进行区域分类。对于室内覆盖而言，也有必要采取相类似的分类原则，但其分类更为微观和具体。由于建筑功能决定了用户的聚类和密集程度，及室内的业务需求和服务要求，因此，室内区域只需要根据建筑物功能和无线环境的特点分类。 1.按建筑物功能分类 按建筑物功能分类是对不同建筑物的纵向分割，即室内区域的宏观分割; 按照建筑物的功能，室内区域可分为8大类共计26小类，如表3-1所示。 2.按无线环境的特点分类 按无线环境的特点分类则是对同一建筑的横向分割，即室内区域的微观分割。 按照无线环境的特点，室内区域可以分为裙楼、标准层、地下层和电梯等类型。室内分布系统建设应根据不同的室内环境特点来进行覆盖: (1)裙楼:一般位于建筑物的低楼层，楼层面积较大，空间隔断较少或空旷。通常窗边附近区域信号较好，纵深处信号较差。商业用途的裙楼不仅需要解决信号覆盖和容量问题，而且还应该注意控制信号外泄以及与室外基站的平滑切换。 (2)标准层:裙楼以上的楼层(包括楼梯)，空间间隔较为规则，通常高楼层信号较为杂乱，纵深处信号较差。标准层用途通常为住宅、办公室、酒店房间等，室内分布系统主要解决覆盖问题，重点是要在室内形成主导信号。 (3)地下层:建筑物地面以下部分，包括地下室、地下停车场等，通常为信号盲区，采用室内分布系统解决覆盖问题的同时还要注意与地面信号之间的切换问题。(4)电梯:一般位于建筑物中部，属于封闭环境，为信号盲区。室内分布系统以满足语音业务的需求为主。通常采用在电梯内安装高增益定向天线或铺设泄漏电缆的方式进行覆盖，应注意保持信号连续性，减少电梯运行和用户进出电梯时的切换和掉话问题。表3-1室内区域按建筑物类型分类序号类别建筑功能1重要机关、办公楼重要写字楼政府机关医院地方电信大楼学校（教学楼、办公楼、宿舍楼）部分楼层大客户2宾馆酒店四、五星级宾馆三星级或者同级别宾馆二星级宾馆3餐饮娱乐消费场所大型专业市场（电子城、购物中心等）餐饮娱乐场所室内批发市场（包括集贸市场等）商场、百货、超市等4交通枢纽机场火车站、汽车站地铁5大型场馆会展中心、会议中心大型体育场6住宅楼宇大型住宅小区高档住宅小区密集城中村（户外基站无法解决的）高层住宅楼（纯住宅）7隧道铁路隧道公路隧道重要景区岩洞8综合楼宇商住楼宇室内区域的分类对于室内分布系统的建设具有重要的作用。在室内分布系统的规划过程中，首先需要根据建筑物的功能确定建设的优先级、需要覆盖的目标区域、需要提供的业务类型以及信源选取，在设计和建筑过程中则必须根据裙楼、标准层、地下层和电梯等不同区域的无线环境特点，合理地进行天线布局和功率分配。3.2室内环境特点及传播机制室内环境是封闭、半封闭的传播环境，由于墙壁、门窗、家具和其他物体的存在，从发射天线到接收天线的电波不仅有直射波、反射波，还有经过物体棱角边缘的绕射产生的绕射波。室内无线信号的传播主要受以下因素的影响: 来自室内墙体、楼板等物体的反射和绕射。 穿过墙体、楼板和其他障碍物的透射。 能量的隧道效应，高频段信号在长走廊内传播场景下尤为明显。 在无线链路的一段或两端人员或物体的移动。 由于信号在室内无线环境受到诸多因素的影响，由此而导致了以下几个方面的结果: （1）路径损耗。除了自由空间损耗还包括其他障碍物以及穿透建筑材料所产生的额外损耗，此外，自由空间损耗可能因隧道效应而降低。 （2）路径损耗的时间和空间变化。 （3）电波的反射和绕射分量导致的多径效应。 （4）移动台的随机放置导致的极化失配。 图3-1给出了电波从发射机到接收机的4种传播机制直射波、反射波、绕射波和透射波。图3-1从发射机到达接收机的射线假设发射源的信号场强为，对视距传播而言，由于发射机与接收机之间没有阻挡，则视距情况下接收到的直射波场强为: (3-1)式(3-1 )中，为波数，为发射机到接收机的视距距离。经过一次绕射后接收到的信号场强为: (3-2)式(3-2)中，为发射机到墙体转角的距离;r3为转角到接收机的距离;D为绕射系数。经过一次透射和反射到达接收机的信号场强为: (3-3)式(3-3 )中，r4为发射机到墙体的距离;r5为从透射出墙体到反射点的距离;r6为反射点到接收机的距离。对于射线的多次反射、透射和绕射，连续地应用上面的公式，就能得到信号的最终场强。设共有n条射线到达了接收机，第i条射线在接收机处的场强为Ei，则接收点处总的电场强度Etotal为: (3-4)因此从发送机到接收机的路径损耗PL(单位:dB)为: (3-5)3.3室内环境传播模型3.3.1 衰减因子模型衰减因子模型适用于建筑物内传播预测，其包含了建筑物类型影响以及阻挡物引起的变化。这一模型灵活性很强，预测路径损耗与测量值的标准偏差约为4dB，而对数距离模型的偏差可达13 dB。衰减因子模型为: (3-6)式(3-6 )中，表示同层测试的指数值(同层指同一建筑楼层)。不同楼层路径损耗可通过附加楼层衰减因子(FAF, Floor attenuation factor)获得，或者FAF也可由考虑多楼层影响的指数所代替，即 （3-7）式(3-7）中，:表示基于测试的多楼层路径损耗指数。室内路径损耗等于自由空间损耗加上附加损耗因子，并且随着距离成指数增长。对于多层建筑物，有 （3-8）式(3-8)中，为信道衰减常数，单位为dB/m。3.3.2 Keenan-Motley模型马特内一马恩纳(Keenan-Motley)模型用于模拟室内路径损耗。这是一个实验模型，用以考察从发射机到接收机路径中，由墙壁和地板造成的损耗。模型预测的路径损耗(dB)为 （3-9）式(3-9)中，表示在参考点(lm处)上的损耗，是功率延迟系数，x代表发射机到接收机的路径长度，和表示发射信号穿过不同种类的墙和地板的数量，和代表不同种类的墙和地板相对应的损耗因子。这些参数的建议值为。3.3.3 多墙模型为了更好地符合测量，马特内一马恩纳模型可以通过包括关于穿过地板数目的非线性函数来修正。路径损耗为 （3-10） 式(3-10)中，表示发射机和接收机之间的自由空间损耗，是一个常量，表示穿过类型j的墙的损耗，表示在发射机和接收机之间类型j的墙的数目，表示发射机和接收机之间地板的数目，Lf表示穿过相邻地板的损耗，指数Ef为 (3-11)式(3-11)中，b是一个根据经验确定的常量。典型值为Lf=18.3dB、J=2、Lw1=3.4 dB、Lw2=6.9dB、b=0.46。其中，Lw1是穿过窄墙(小于l0m)的损耗，Lw2是穿过宽墙(大于10m)的损耗。3.3.4 ITU-R P.1238室内传播模型目前业界推荐使用的是ITU-R P.1238室内传播模型。该模型把传播场景分为视距(LOS)和非视距(NLOS)两种。对于LOS场景，模型所用的公式为 (3-12)对于NLOS场景，模型所用的公式为 (3-13)其中，n为距离损耗系数;f为频率，单位为MHz; d为UE与发射机之间的距离，单位为m, d1m; 为楼层穿透损耗系数; 、为慢衰落余量，取值与覆盖概率要求和室内慢衰落标准差有关(该模型适用的频率范围为18002000MHz)。3.4单天线覆盖能力在室内分布系统的设计中，设计人员需要结合覆盖场景，测试单天线在特定场景下的覆盖距离，以便进行室内天线的布放。根据GSM, WCDMA, TD-SCDMA系统室内分布的工程经验，给出了不同场景下单天线的典型输出功率和与之相对应的覆盖半径。根据室内分布系统“复杂场景小功率、多天线”、“简单环境大功率、少天线”的天线布放策略，各吸顶天线入口的单载波P-CCPCH功率按照5dBm设计。吸顶天线增益取3dBi,覆盖边缘P-CCPCH RSCP值取-85dBm。环境损耗附加值和距离损耗的取值需要采集大量的工程实测数据。根据ITU-R P.1238室内传播模型，只要确定了各种典型场景下的环境损耗附加值、传播损耗指数N、慢衰落余量、发射天线增益Gt(单位为dBm )、发射天线入口电平Pt(单位为dBm )最小接收电平Pr(单位为dBm)等，即可得出特定场景下的覆盖能力R(单位为m)。TD-SCDMA单天线覆盖半径如表3-2表3-2单天线覆盖参考半径典型场景环境损耗附加值（dB）慢衰落余量（dB）距离损耗（dB）PtPrGtR写字楼208285-8539商场超市208225-85317会展中心198225-85319会议中心198225-85319室内体育场馆158225-85328民航机场188225-85321宾馆酒店228285-8538娱乐场所228285-8538地下停车场178225-85323电梯258225-851021山东科技大学学士学位论文 TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法4 TD-SCDMA室内分布系统规划与设计方法4.1 室分系统规划设计目标4.1.1 覆盖水平设计无线信号强度随时随地地变化，覆盖水平的一般要求是终端在目标覆盖区域内的95%的地理位置，99%的时间可接入网络。但在实际应用的时候，认为信号变化的统计规律和时间没有关系一般不对时间上的覆盖概率作要求，只从地理位置的覆盖概率的角度给出要求。室分系统的设计首先要保证室内信号满足业务接入和保持的最小覆盖电平要求，还要保证室内小区在目标区域成为主导小区。室分系统信号边缘强度、TD-SCDMA使用公共控制物理信道（Primary Common Control Physical Channel，PCCPCH）的电平，可以参考以下数值：（1） 地下室、电梯等封闭场景要求90%的覆盖区域PCCPCH RSCP-90dBm（2） 楼宇底层要求90%的覆盖区域PCCPCH RSCP-85dBm（3） 楼宇高层要求85%的覆盖区域PCCPCH RSCP-90dBm4.1.2 干扰控制要求室分系统的建设不应该影响到室外信号，室外信号也不应该干扰室分系统的信号，这就涉及室内外泄露的控制。在室外10m处应满足室内小区信号TD-SCDMA PCCPCH RSCP-95dBm,或者室内小区外泄到室外的信号的PCCPCH RSCP比信号最强的室外小区小10dB。同样在市内小区覆盖区域，室外小区的信号应满足PCCPCH RSCP-95dBm，或者室内小区的信号比室外小区泄漏进来的信号大-95dBm。室内外信号的泄露在信号质量上的表现就是载干比的下降。一般要求在较为封闭的室内场景，TD-SCDMA PCCPCH C/I-3dB，在一般楼宇，要求TD-SCDMA PCCPCH C/I0dB。4.1.3 容量要求室分系统的容量是指CS业务支持多少忙时话务量，PS业务支持多少忙时吞吐量，HSDPA业务支持多少边缘吞吐率。但是在不同室内环境下，服务的用户量不同，总的容量要求不一样。容量要求一般要给出单用户忙时的CS业务等效语音业务量，单用户忙时的PS业务总吞吐量，HSDPA业务小区的边缘吞吐量率。下面给出的是参考数值，而不是绝对要求，具体问题具体分析。单用户忙时的CS业务等效语音话务量：0.02Erl。单用户忙时的PS业务总吞吐量：下行，500kbit；上行，150kbit。HSDPA边缘吞吐率：300400kbit/s。4.1.4 业务质量要求业务质量主要体现在业务接入的难度和接入后业务保持的效果上。接入的难度一般用阻塞概率（也叫呼损率）来表示，阻塞概率是指一个业务发起呼叫，由于系统容量不足、干扰受限，有多大的概率被拒绝。阻塞概率越大（即可以拒绝很多业务请求），需要的资源就越少；阻塞概率越小（即不允许拒绝太多业务请求），需要的资源就越多。一般情况下，无线信道的阻塞概率为2%。接入后业务保持的效果，在网络侧一般用误块率的指标（BLER Target）来表示。误块率要求越低，业务的解调门限要求就越高，需要的系统资源也就越高；反之，误块率要求越高，业务的解调门限就可以低一点，需要的系统资源也就越少。下面给出不同业务的误块率要求的参考值，实际应用是要具体问题具体分析。AMR12.2k（语音业务）：1%。CS64k(视频业务)：0.1%1%。PS业务、HSDPA业务（数据业务）：5%10%。4.2 室内链路预算无线电波从发射端发出，要经历各种损耗、增益，也可能经历各种衰落、干扰，一直到接收端被接受。链路预算是指考虑影响无线电波传播过程的各种因素，计算无线电波在一定的无线环境中，可能传播的最远距离和最大面积，从而进行覆盖预算。室内覆盖的链路预算可分为3段，如图4-2所示。图4-2 室内覆盖的链路预算图示第一段是从信源发射端口到天线口。这一段的损耗包括馈线损耗、功分器和耦合器的分配损耗与介质的物理损耗。室分系统的天线增益比室外宏站系统的天线增益小很多，因为室内环境适合用小功率天线多点覆盖，而室外环境一般用较大增益天线，进行较大范围覆盖。第二段是室内无线环境。室内无线环境主要的损耗是路损、隔墙隔层穿透损耗，当然还要考虑一定的影音衰落余量。第三段是无线电波在终端的接收和发送。这一部分和室外环境的完全一样。这一段主要考虑的是终端的最小电平。当然，在室内环境下，有时候不仅要满足终端的最小接收电平，还要满足一定的边缘覆盖电平。通常情况下，边缘覆盖电平要求比终端的最小接收电平大很多。手机允许的最远距离是有最大允许路损决定的。最大允许路损（MAPL）=天线口功率-手机最小接收电平（边缘覆盖电平）手机允许的最小距离是有最小耦合损耗决定的。最小耦合损耗（MCL）=最小发射功率-信源的底噪4.3 室内容量设计4.3.1 话务模型特点话务模型的描述包括两个方面：一方面是用户行为的数学描述；另一方面是业务特征的数学描述。用户行为的数学描述包括一个区域有多少人，使用各种无线通信业务的比例是多少，单位时间使用多少次，每次多长时间等内容。业务特征的数学描述主要是指无线系统能提供哪些业务，这些业务具有怎样的容量特性，如占用多少信道资源，上下行贷款需求是否对称，期望怎样的服务质量等。不同室内场进的话务特点不一样，同一楼宇的不同功能区域的话务特点也有差异。接下来介绍室内常用的话务模型，当然不同场景有很大的差别，这里的话务模型仅供参考。表4-2和表4-3分别是室内环境下CS业务和PS业务的单用户参考话务模型。表4-2 室内CS业务单用户参考话务模型CS业务用户渗透率单用户忙时话务量/Erl基本语音（AMR12.2k）100%0.02可视电话（CS64k）50%0.001表4-3 室内PS业务单用户参考话务模型PS业务用户渗透率单用户忙时吞吐量/kbit上行（UL）下行（DL）PS64k100%130540PS128k50%70270PS384k10%2090表4-2和表4-3中，CS域给出的是以Erl为单位的忙时话务量，PS域给出的是以kbit为单位的忙时话务量。为了便于使用Erlang法，同意使用Erl作为单位。PS域从kbit转换为Elang公式如下：4.3.2 室内容量估计给定话务模型，求出所需的信道资源属，进而求出所需的载波数，就是容量估算，包括两种方法。（1） Erlang法根据给定的话务量要求，通过查询Erlang-B表得出一定阻塞率条件下所需的信道资源数目。这个方法的基本思想来源于排队理论。Erlang法在多业务的条件下，根据查询Erlang-B表的位置不同，又可分为等效Erlang法、Post-Erlang法和Compbell法。（2） 随机背包算法根据不同业务的话务量大小规律，随机的产生话务，每次产生的话务系统按照最有原则占用一定的信道资源，通过多次计算，求出总的信道资源数。背包算法由于计算量大，必须通过计算机仿真实现。4.4 邻区、频率、扰码规划4.4.1 邻区规划室分系统中有两种邻区：一种是室分系统小区和室外宏站小区的邻区关系；另一种是室分系统内部小区之间的邻区关系。室内外邻区规划一般有以下几种情况。（1） 楼宇出入口在楼宇出入口、地下停车场出入口需要规划室内小区与室外小区的双向邻区关系。（2） 中高层窗口处在室内场景中，室内小区应该是主导小区，在室内环境中室外宏站信号应比室内信号小很多，这样，在室内的用户应该优先驻留或选择室内小区。在这种情况下，中高层室内与室外不需要规划邻区关系。配置室外小区到室内小区的单向邻区要格外小心。在外泄比较严重的情况下配置单向邻区，可能导致频繁切换失败。单向邻区的配置尽量限制在室外小区和室内高层小区之间，并且不要普遍使用。室内小区自身的邻区配置一般有以下几种情况。（1） 室内只有一个小区如果整个楼宇只有一个小区，不需要考虑室内小区之间的邻区规划。（2） 楼宇内划分为多个小区，每小区由多层对大型楼宇内的不同校区，尽量利用自然隔层来划分不同小区。不同楼层的相邻小区要配置邻区关系。（3） 同一楼层分若干小区有些大型楼宇，话务量大，同一楼层会划分为多个小区，这些小区之间需要规划紧密的邻区关系。（4） 电梯邻区设置一般情况下，电梯内只用一个小区来覆盖，但在比较高的楼宇中，电梯被划分为多个小区，相邻小区之间要配置双向邻区。电梯内小区与每层电梯厅小区为同一小区，可以不规划邻区。但很多时候，电梯内小区与每层覆盖小区不一样，必须要配置双向邻区关系。4.4.2 频率规划蜂窝移动通信系统里的一个非常重要的概念就是频率复用，频率资源是有限的，但是为用户服务的覆盖面积及容量需求是无限的。互不干扰的两个小区可以使用相同的频率。什么样的同频小区可以互不干扰呢？有以下几种情况：（1） 支持同频组网的无限制式（2） 相隔一定距离的小区（3） 隔离度足够大的小区室内频率规划的要点在于：主载频确保异频；室内小区需要设置单独的频点，以区分与室外；室内服务数据业务的HSDPA载频要考虑设置单独的频率，以区分于语音业务。4.4.3 扰码规划扰码的作用是在下行方向的终端区分小区；在上行方向上，基站用来区分来自不同小区的用户。在TD-SCDMA中，扰码序列非常短，有些扰码之间相关性比较大，再加上路损，在接收端看来，两个扰码可能非常想近，甚至一样。因此，扰码规划的原则就是在相邻小区之间分配彼此相关性很低的扰码。基于这个原则，需要从以下3个方面出发。首先，这里的临近小区不仅要考虑切换邻区关系，还要充分考虑物理上的邻区关系；其次，扰码规划不只是考虑扰码的相关性问题，多数时候还要结合扩频码的相关性来综合考虑；再次，进行扰码规划的时候，仿真计算和实测分析同样重要。4.5 切换设计用户从一个小区切换到另一个小区的时候，要估计目标小区的覆盖电平、信号质量，不能盲目切换，过于频繁的切换会耗费系统的资源。室内覆盖切换设计的原则是尽量少切换，进行切换设计的前提是明确主导小区、控制好干扰、做好邻区规划。切换设计的方式有调整天线参数，调整功率参数，调整切换参数等。4.5.1 大楼出入口的切换设计在大楼的出入口，用户在室内外频繁移动，需要设计室外小区和室内小区的切换关系。切换关系包括切换带的位置、切换带的大小、切换参数等。根据切换最少的原则可知，把切换带设置在繁忙的道路上，如图4-5所示的A区域，是不适合的，过往车辆上用户频繁发生切换，可能导致掉话。但是把室内外切换的区域放在室内，如图4-5所示的C区域，也不合适。室外信号在开关门效应影响下，大小变化剧烈。一般把切换带设置在门庭外5m左右的地方，切换带的直径大约为35m，如图4-5所示的B区域，既不能在马路上，也不能紧挨门口。为了让用户在进入室内前完成切换，一般需要在出入口安置一个天线。图4-5 室内出入口的切换设计4.5.2 窗边的切换设计在窗边的切换设计有两种情况：一是设置单向邻区的切换设计；二是设置双向邻区的的切换设计。在室分系统深度覆盖做得比较好的情况下，室外信号在室内不会形成大范围的主导小区。在高层，室外信号比较杂乱，但进入室内以后强度都比较小。在这种情况下，一般设置从室外到室内的单向邻区。也就是说，偶尔有用户驻留在室外小区发起通话，只允许用户从室外小区切换到室内小区，而不允许用户从室内小区切换到室外小区。这样做的一个好处是避免室内外小区发生乒乓切换，导致掉话。还有一种情况，有些室内场景安装天线的位置有限，需要深度覆盖的地方无法安装天线，这样就需要用室外宏站的信号补充室内的覆盖。这样在室内的窗口区域，室内外的信号都比较强，甚至室外的信号更强一些，这是需要设置双向邻区。切换带要设置在室内两个房间的门口处，而不要设置在窗口处。4.5.3 电梯的切换设计从切换次数经量少的原则出发，电梯和大厅之间尽量不要发生切换，这就要求电梯和底层大厅是同一个小区；一般要求电梯在运行过程中尽量不要有切换，即整个电梯尽量是一个小区。如果整个大楼是一个小区，就不需要电梯切换设计了，如图5-6a所示。如果是多个小区，那么电梯区域和底层区域是一个小区，无需切换；在高层区域，出入电梯，才需要进行切换，如图4-6b所示。图4-6 电梯的小区划分a） 一个小区 b）两个小区为保证切换顺利完成，要求电梯厅与电梯同小区覆盖，这样可以避免电梯的开关门效应，使通话用户在进入电梯之前或者离开电梯之后完成切换，避免切换发生在电梯开关门的一瞬间，如图4-7所示。图4-7 电梯与电梯厅设置为同一个小区在中小型楼宇中，一般在电梯井上部安装一个定向天线，以保证电梯内部为同一小区。4.6 多系统共存设计4.6.1 TD-SCDMA+2G/3G共用室内分布系统TD-SCDMA+2G/3G共用室内分布系统设计方案如图4-8所示。在TD-SCDMA室内分布系统的基础上，融合了2G/3G系统的信号源。2G系统可以是GSM或CDMA系统，3G系统可以是WCDMA或CDMA2000系统。图4-8 TD-SCDMA+2G/3G共用室内分布系统设计方案 TD-SCDMA信号源采用小功率、多通道的输出方式，多通道输出方式可以使用功放中的多个单元，也可以通过连接多个RRU实现。2G/3G信号源采用大功率、单功放的输出方式，2G/3G信号源单通道功率输出与TD-SCDMA信源多通道功率输出达到相同的覆盖效果。若TD-SCDMA系统采用单通道信号源，则由于其输出功率有限，需要增加信号源或干放数量，才能达到相同的覆盖效果。4.6.2 TD-SCDMA+WLAN共