移动通信室内分布系统的研究.doc

移动通信室内覆盖技术研究移动通信室内覆盖技术研究 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 I 中文摘要 室内分布系统属于移动通信基站系统的一个扩展子系统 用来在大型建筑室内实现 移动通信无线信号的无缝覆盖 因此 具有和室外宏蜂窝系统不同的特性 随着 2G 网络 对深度覆盖要求的提高以及快速发展的 3G 网络专项规划的需求 室内分布系统的建设也 变得越来越重要 本文以室内分布系统的规划和优化为重点 初步研究了室内分布系统的设计方法和 在工程实际中的应用 首先 简要介绍了室内覆盖的基本概念和室内分布系统的定义及分类 并针对当前 存在的技术难题和相应的热点问题进行了细致深入的分析 在以上讨论的基础上 建立 了室内覆盖的技术模型 同时 以室内外干扰协调为出发点 在对这些技术难题和热点 问题的分析基础上 对之提出了可靠的解决方案 最后 以郑州国际展览中心建设的室内分布系统为实例 介绍了本论文提出的问题 及其在实际中的应用 同时也验证了本文的观点在实际运用中的可行性 关键词 关键词 室内覆盖 直放站 GSM WCDMA 干扰协调 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 II ABSTRACT Indoor Coverage System ICS is a kind of extended subsystem of basestation used for seamless coverage of mobile communication in large buildings thus possessing many different features versus outdoor macro cell system With further enhancement of 2G networks and rapid development of 3G system specialized planning and construction of ICS become more and more important This paper makes a preliminary study on the design and implementation technologies of ICS while laying emphasis on coverage system planning and optimization Firstly the basic concept and system classification of indoor coverage technologies are introduced briefly and then the currently existing technical difficulties and the corresponding hot topics are outlined and discussed in detail Based on above discussion technical models of indoor coverage are set up and solutions to above problem based on interference coordination are proposed which could solve the problems satisfactorily Finally a concrete application example the indoor coverage system used in Zhengzhou International Exhibition Center is provided which proves the feasibility of the solutions provided in this paper Key Words Indoor Coverage Repeater GSM WCDMA Interference coordination 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 III 目 录 中文摘要中文摘要 II ABSTRACT III 目目 录录 IV 表目录表目录 VII 图目录图目录 VIII 第一章第一章绪论绪论 1 1 1 移动通信室内覆盖概念 1 1 2 移动通信室内覆盖研究意义 1 1 3 移动通信室内覆盖系统分类 2 1 4 实现室内覆盖的技术方案 3 1 4 1 微蜂窝有线接入方式 3 1 4 2 宏蜂窝无线接入方式 3 1 4 3 直放站 4 1 4 4 使用微蜂窝和直放站的比较 4 1 4 5 多网共用室内分布系统的建设 5 1 5 室内覆盖技术现状 6 1 5 1 室内覆盖系统设计 7 1 5 2 室内覆盖系统优化 7 1 6 研究内容 9 1 7 论文的组织和主要内容 10 第二章第二章室内覆盖系统设计室内覆盖系统设计 10 2 1 室内覆盖与室外覆盖协调规划 10 2 1 1 室外站点规划 10 2 1 2 建网初期室内外干扰协调设计 11 2 2 信号源和覆盖方式的选择 12 2 2 1 蜂窝信源室内覆盖设计 12 2 2 2 直放站信源室内覆盖设计 14 2 2 3 覆盖系统的选择 19 2 2 4 覆盖系统设计方法 19 2 3 覆盖链路预算及上下行链路的平衡 20 2 3 1 覆盖区域边缘场强 20 2 3 2 覆盖区及边缘的位置可通率 20 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 IV 2 3 3 覆盖链路预算 20 2 3 4 上下行链路平衡计算 21 2 4 功率分配系统设计 22 2 4 1 室内覆盖规划设计器件选择原则 22 2 4 2 功率分配系统设计举例 22 2 5 WCDMA 网络室内覆盖规划 26 2 5 1 WCDMA 室内覆盖的建设需求 26 2 5 2 WCDMA 室内覆盖规划问题考虑和策略 26 2 5 3 WCDMA 室内覆盖干扰协调 27 2 5 4 WCDMA 室内覆盖相关技术问题分析 29 第三章第三章室内覆盖系统优化室内覆盖系统优化 30 3 1 修改相邻小区参数 30 3 2 分层覆盖 32 3 2 1 分层覆盖效果 33 3 3 参数优化 34 3 3 1 小区重选参数优化 35 3 3 2 位置更新参数优化 37 3 3 3 切换参数优化 37 3 3 4 跳频参数优化 39 3 4 存在问题 39 第四章第四章室内覆盖应用举例室内覆盖应用举例 40 4 1 郑州国际会展中心项目概述 40 4 1 1 郑州国际会展中心项目简介 40 4 1 2 郑州国际会展中心结构简介 40 4 1 3 郑州国际会展中心 GSM WCDMA 覆盖区域简介 40 4 2 设计思路 41 4 2 1 采用全无源天馈系统 41 4 2 2 容量预算 41 4 2 3 小区规划 41 4 2 4 覆盖分区规划 42 4 2 5 机房规划 44 4 2 6 低功率 多天线 场强均匀分布 45 4 2 7 GSM 与 WCDMA 合路系统 45 4 2 8 GSM 系统频率规划 45 4 2 9 投资与成本控制 45 4 3 系统扩展性分析 45 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 V 4 3 1 GSM 容量扩展 45 4 3 2 提高设备利用率 45 4 4 结论 46 结束语结束语 46 致致 谢谢 48 参考文献参考文献 49 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 VI 表目录 表 1 使用微蜂窝和直放站的比较 5 表 2 G 网话务量与信道数对应表 GOS 2 13 表 3 全网频率规划方案 13 表 4 阴影衰落余量与通信位置概率的关系 20 表 5 上下行链路平衡 21 表 6 相邻小区的修改记录 31 表 7 频率修改记录 31 表 8 小区重选参数修改记录 36 表 9 切换参数 38 表 10 切换参数修改记录 39 表 11 郑州国际会展中心容量预算 41 表 12 郑州国际会展中心小区数量规划 41 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 VII 图目录 图 1 室内覆盖系统 1 图 2 室内覆盖弱覆盖投诉比例 8 图 3 郑州覆盖投诉情况 8 图 4 不同衰落余量时基站覆盖半径 11 图 5 室内外基站覆盖情况 11 图 6 郑州工商局室内覆盖开通后覆盖图 15 图 7 郑州工商局室内覆盖开通前覆盖图 15 图 8 高质量和低质量直放站信源信号对比 17 图 9 天线安装位置平面图 23 图 10 覆盖系统图 23 图 11 写字楼室内覆盖系统的功率分配系统图 24 图 12 泄漏电缆覆盖系统图 25 图 13 指标修改前后对比 32 图 14 指标修改前后对比 掉话率 32 图 15 分层覆盖原理 33 图 16 裕达国贸分层前后掉话对比 34 图 17 裕达国贸分层后上层小区掉话情况 34 图 18 C2 随时间变化值 36 图 19 小区参数 36 图 20 邻区参数 38 图 21 跳频的优点 39 图 22 郑州国际会展中心覆盖系统分区 F1 42 图 23 郑州国际会展中心覆盖系统分区 F2 42 图 24 郑州国际会展中心覆盖系统分区 F3 43 图 25 郑州国际会展中心覆盖系统分区 F4 43 图 26 郑州国际会展中心覆盖系统分区 F5 F6 43 图 27 WCDMA 室外分区规划 44 图 28 郑州国际会展中心覆盖系统机房规划 1 44 图 29 郑州国际会展中心覆盖系统载波池系统 46 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 1 第一章 绪论 1 1 1 1 移动通信室内覆盖概念移动通信室内覆盖概念 为解决室内信号覆盖不理想的问题 目前最有效的解决方法是在建筑物内安装室内 覆盖分布系统 就是将基站的信号通过有线方式直接引入到室内的每一个区域 再通过 小型天线将基站信号发送出去 从而达到消除室内覆盖盲区 抑制干扰的目的 为楼内 的移动通信用户提供稳定 可靠的室内信号 使用户在室内也能享受高质量的移动通信 服务 图 1 室内覆盖系统 和室外的宏基站覆盖不同 单独建设的室内覆盖系统具有如下特点 1 使室内各个区域的信号得到增强 消除盲区等网络覆盖 死角 2 使室内各个区域信号均匀 提升网络服务质量 3 使提高网络接通率 降低手机终端发射功率 降低手机上行干扰 4 可以采用微蜂窝基站作为室内覆盖系统信源 从而以 微小区 方式提升网络容 量 充分吸收室内区域的业务 分担室外宏基站负荷 一般的室内覆盖系统由信号源部分和信号覆盖系统两部分组成 系统主要组成器件 如下图中所示 包括信源 蜂窝基站设备或直放站 系统合路器件 合路单元或 POI 功率分配器件 功分器和耦合器 信号辐射单元 天线或泄漏电缆 馈线 功率补偿 器件 干线放大器 等 1 1 2 1 2 移动通信室内覆盖研究意义移动通信室内覆盖研究意义 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 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 2 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 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 室内覆盖系统正是从根本上解决以上问题的关键所在 所以移动通信室内分布系 统在短短的几年时间里得到了飞速的建设发展 当网络进入到 3G 时代 3G 网络的频段在 2GHz 频带范围 穿透能力比 900MHz 弱 因 此 单纯依靠室外站解决室内覆盖是远远不够的 且根据国外某 3G 运营商的统计数据显 示 在 3G 网络中 室外的业务量 包括话音和数据 仅占整个网络业务量的 30 左右 而室内 包括办公楼 居民楼和地铁等 业务量差不多占到整个网络业务量的 70 17 可以预见 随着 3G 移动通信市场的发展 室内用户的业务量将会越来越多 室内业 务量也将会成为对网络业务贡献较高的部分 因此 解决好室内覆盖将成为未来 3G 网络 建设的重要组成部分 随着中国第二代移动通信的迅速发展 大范围宏视角的网络建设近乎完善 以及随 之而来的运营商间竞争加剧 用户的争夺 网络建设和优化领域出现了新的热点 这就 是移动通信室内覆盖系统 从 2000 年左右室内覆盖系统开始建设到现在的逐步完善 为 移动通信的发展做出了巨大的贡献 在第三代移动通信即将到来之际 室内覆盖系统又 成为网络建设中的一个焦点 根据国外 3G 运营商数据 约 70 的数据业务发生在室内 因此对室内覆盖系统的研究对于现有网络和未来网络的建设都具有重要的现实意义 1 3 1 3 移动通信室内覆盖系统分类移动通信室内覆盖系统分类 按信号源的不同 室内分布系统可分为蜂窝室内分布系统和直放站室内分布系统 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 还要解决传输线路等问题 因此蜂窝系统大多应用于星级酒店 高级写字楼等比 较大型的室内建筑 直放站系统的优点是投资省 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获得单一纯净的信号 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 因此直放站系统大多应用于小型酒店 小型娱 乐场所等规模较小的室内建筑 按所采用设备的不同 室内分布系统也可以分为无源系统和有源系统 无源系统主要由无源器件组成 设备性能稳定 安全性高 维护简单 而有源系统 的信号经过各级衰耗后 到达末端时可以被放大器放大 达到理想的强度和覆盖效果 但是它建设 维护复杂 近端和所有远端设备都需要电源 室内覆盖系统的主要构成 一个完备的室内覆盖分布系统应能够通过一个特定的接口 取得基站的下行信号 均匀地将其分布到指定场所的每一处 同时 又将这场所的每一处基站上行信号收集到 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 3 后 均匀地送达特定的接口 该系统主要是由以下各部分构成 信号源 基站 微蜂窝和直放站 功率分配系统 光纤和各种无源 有源室内分布系统 干线放大器 低噪声功率放大器 补偿信号传输损耗 室内天线 吸顶或墙挂式小型低增益室内天线 八木天线 馈线和接头 阻燃馈线和适配 7 8 和 1 2 等阻燃馈线的 N 型 7 16 型接头 构成室内覆盖系统的主要设备是 馈线 天线 干线放大器 延伸放大器以及耦合 功分等无源器件 在系统设计上主要考虑的是能量分配的问题 室内覆盖系统的方案设计很灵活 可根据不同的室内覆盖需求采用相应的系统设计 方案 实现室内无线信号的良好覆盖主要应解决好两方面的问题 即采用适当的信源提 取方式以及选择最佳的室内布线形式 以达到能量的合理分配 1 4 1 4 实现室内覆盖的技术方案实现室内覆盖的技术方案 实现室内覆盖的技术方案可分为微蜂窝有限接入 宏蜂窝有线接入和直放站三种 1 4 1 微蜂窝有线接入方式 以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源 即有线接入方式 这种方式适用于 覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内解决覆盖和容量问题 在市中心使用较多 改善大话务量地区的室内信号覆盖 微蜂窝是最佳解决方案 与室外无线接入方式 相比 微蜂窝有线接入方式是更好的室内系统解决方案 微蜂窝方式的通话质量比宏蜂 窝方式更高 对宏蜂窝无线指标的影响甚小 并且具有增加容量的效果 而且不会干扰 室外的宏蜂窝 从整体考虑 也不会增加网络的复杂性 但微蜂窝在室内使用时 受建筑物结构的影响 使其覆盖面积受到很大的限制 对 于大型写字楼等 如何将信号最大限度 最均匀地分布到室内每一个角落 是网络优化 所考虑的关键 微蜂窝的弱点在于成本较贵 需要增建传输系统网络优化工作量大 因 此 对室外无线接入方式或微蜂窝方式的选取 需要综合权衡移动网络和运营商多方面 因素进行考虑决定 2 微蜂窝系统的优点是信号稳定 可靠 通信质量好 缺点是建设周期长 一次性投 入大 还要解决传输线路等问题 因此微蜂窝系统大多应用于星级酒店 高级写作楼等 比较大型的室内建筑场合 1 4 2 宏蜂窝无线接入方式 以室外基站作为室内覆盖系统的信号源 即无线接入方式 在这种方式中 室外基 站发射的无线信号直接穿过墙壁来覆盖室内 适应于低话务量和允许较小面积的室内覆 盖盲区的场合 在城市 尤其郊区 农村采用这种接入方式 室外无线信号的接入方式可以降低运营成本 提高网络资源利用率 因此在一定程 度上得到了运营商的重视 这种宏蜂窝室外无线接入方式最为简单 其主要优势在于成 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 4 本低 工程施工方便 并且占地面积小 其弱点在于所提供的容量有限 室内覆盖不易 控制 质量不高 由于中国的城市存在很多的高层建筑 由室外基站提供室内覆盖存在 很大的局限性 如果要保证室内覆盖的质量 室外的干扰将变的难以控制 影响网络整 体规划与容量 另外 对于纵深面积较大的商场与娱乐中心 靠室外站覆盖是不可能的 1 4 3 直放站 在室外基站存在富余容量的情况下 通过直放站将室外信号引入室内的覆盖盲区 利用违法解决室内问题也存在很大的局限性 建设微蜂窝的设备投入大 工程周期 较长 只适合在话务量集中的高档会议厅或商场使用 在这种情况下 直放站能够降低 建设成本 缩短建设周期 以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式 直放站系统的优点是投资省 安装方便快捷 可以很快解决信号弱和盲区问题 缺 点是直放站会降低基站的接收灵敏度 减小基站的覆盖 降低基站的容量 但直放站通 过定向天线难以获得单一纯净的信号 系统的话音质量相对蜂窝系统较差 且易造成对 其它基站的干扰 还有直放站不能增加系统容量 并且增加了网络优化的难度 直放站的应用场合主要有以下几种 扩大服务范围 消除覆盖盲区 在郊区增强场强 扩大郊区站的范围 沿高速公路架设 增强覆盖效率 解决室内覆盖 将空闲基站的信号引至繁忙基站的覆盖区 实现疏忙 安装直放站时 天馈线系统的选择非常重要 应该注意以下几点 天线的增益 根据具体的信号情况 以及覆盖的需要 选择合适的增益 天线的方向性 由于直放站属于同频中继系统 所以不能采用全向天线 否则可能 引起系统自激 施主天线的主瓣宽度应该尽可能窄 以减少噪声的引入 重发天线的发 射方向应该严格控制 以保证重发信号不会馈入施主天线 信号源基站的选择 应该选择信号质量好的基站作为馈入源 并且保证基站容量有 足够的富余 否则将引入拥塞 直放站分为宽带放大和多通道选通放大两种 一般来说 多通道选通放大直放站具 有更高的性能 能够提高信号质量 但在使用中也存在一些问题 如 选通的通道载频 数量一定不能少于源基站配置的载频 否则可能无法占用信道 许多直放站的通道限制 为 4 就不能将载频数量大于 4 的基站作为信号源 另外 对于采用射频调频的基站 如 果跳频图案包括的频率数多于直放站选通的通道数 通话将无法维持 1 4 4 使用微蜂窝和直放站的比较 微蜂窝与直放站性能的比较见下表 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 5 表 1 使用微蜂窝和直放站的比较 使用基站使用直放站 是否增减容量可根据需要增加容量不能增加容量 信号质量好一般 对网络的影响小控制不好影响很大 是否需要传输设备需要不需要 是否需要调整参数需要支持 安装时间较长较短 投资较多较少 1 4 5 多网共用室内分布系统的建设 随着各种 3G 系统以及 WLAN 系统的登台亮相 作为楼宇覆盖的微蜂窝系统势必在现 有的 2G GSM900 GSM1800 和 IS95 CDMA 系统中将出现共址 3G 或 WLAN 系统 12 那么 了解各类时分和码分系统的抗干扰机理 分析它们互相间可能存在的干扰将是系统运营 商和集成商面临的一个课题 通常 码分系统具有较强的抗干扰能力 且随着带宽的增加而加强 随着传输速率 的增高而减弱 任何其他系统的离散型干扰对码分系统而言都可化作噪声的增加从而转 化成系统容量的下降 百分比 或覆盖区减小 百分比 采用频分双工制式在频率规划 上具有先天的优越性 其保护带较宽因而较少受各类离散型的干扰 时分双工由于上 下行频段合一 必然在组网上较易受干扰 也较易干扰其他系统 当这类系统需要和其 他系统共址时 应特别注意其下行 实际上也是上行频段 发射频率对其他系统上行基 站接收端的干扰 WCMA 室内覆盖系统主要由信号源和室内分布系统两部分组成 3G 室内覆盖系统的信号源主要有宏蜂窝 微蜂窝 RRU 直放站几种方式 20 一般 来说 根据话务量和网络规划来确定信源 但同时还需要考虑传输条件 工程可实施性 网络建设性价比等多种因素 然后综合各种因素 选取合适的信源 通常情况下 对于 低话务密度 小规模覆盖且较为封闭的场景 优先选用直放站作为信号源 可充分利用室 外宏基站的容量 对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景 优先选用微蜂窝作为信号 源 对于高话务密度和大覆盖规模的场景 优先选用宏基站 RRU 作为信号源 单个 RRU 的 容量与单个宏小区的容量等同 在进行室内分布系统建设时 如果已有 2G 室内分布系统 应优先考虑 2G 3G 之间共 用室内分布系统 对现有 2G 室内分布系统进行改造时 应兼顾未来 WLAN 的应用需要 在设计分布系统时应注意以下几个问题 1 器件的使用 可以共用的器件有馈线 泄漏电缆 转接头 负载等 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 6 可能更换的器件有功分器 耦合器 天线等 需要新增的器件有合路设备 滤波器等 2 覆盖的考虑 在 3G 2G 共用室内分布系统时 一般需要增加一定数量的天线点以满足 3G 覆盖要求 如果 3G 的覆盖指标与 2G 相同 指 Ec 值 信号强度 则要求在天线口的 3G 导频功率比 GSM 大约 10 个 dB 同时应注意 在已有的覆盖系统上增加新的系统会降低原系统的发射 功率 天线口功率规划主要是室内覆盖天线口最大功率的限制 它主要取决于两个因素 一个是电磁辐射要求 一个是 MCL 限制 电磁辐射要求 19 国家电磁环境卫生标准规定室内覆盖系统天线最大发射功率 15dBm 因此 WCDMA 室内天线最大发射导频功率应 5dBm 导频功率占总功率 10 MCL 限制 最小耦合损耗 minimum coupling loss 定义了基站和手机的发射部分接收部分之 间最小的耦合损耗 在室内覆盖系统中 MCL 的值由两部分组成 即手机到天线的自由空 间损耗和天线口到基站接收机的天馈系统损耗 3 MCL 的取值满足 Node B 接收机的最小的 Prxlevel 要比底噪声小 10dB 不会影响整 个系统 3 3GPP 规定手机最小发射功率满足 50dBm WCDMA 底噪 KTB NF 取 105dBm 50 MCL 105 10 因此 MCL 65dB 手机到天线的最小空间损耗 通常我们取值 1 米的空间损耗 38 5dB 天馈系统损耗 主要包括馈线传输损耗 器件分配损耗等 在室内覆盖系统中 上 下行天馈系统损耗相 等 因此我们可以通过计算下行天馈系统损耗来等效上行取值 因此天馈系统损耗 基站 发射功率 天线口发射功率 若 MCL 65dB 满足系统要求 假设基站发射导频功率为 33dBm 占总功率 10 则 室内天线口发射功率必须满足以下要求 MCL 38 5dB 33 天线口功率 65dB 则 天线口功率 6 5dBm MCL 值决定了室内覆盖系统应采用小功率多天线的设计方式 综合以上两点 天线口导频功率应该 5dBm 宏蜂窝做信源时 0dBm 微蜂窝做信 源时 由于 WCDMA 信号穿墙损耗很大 信号不宜二次穿越墙体 采用 小功率 多天线 方式 根据需要增加一定数量的天线点 不宜通过增加功率提高覆盖 每个天线的覆盖 范围不应过大 3 功率匹配问题 在实际应用中 多系统共用一个分布系统的最大问题是功率匹配问题 包括信号源输 出功率匹配 不同频段的信号在分布系统中传输损耗不同而产生的影响 边缘覆盖场强 的不同要求 不同频段的无线电波在空中损耗不同而产生的影响等 需要根据不同要求 和实际情况综合考虑 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 7 1 5 1 5 室内覆盖技术现状室内覆盖技术现状 随着郑州城市建设的发展 市区的高层建筑也越来越多 目前郑州市区共建设室内 覆盖 530 多处 其中高层室内覆盖已达 200 个左右 确保了商务楼 宾馆酒店 办公场 所等区域的网络覆盖 在室内覆盖设计及投入运行方面都会遇到哪些问题呢 1 5 1 室内覆盖系统设计 1 5 1 1 1 5 1 1 信源选取信源选取 在 2000 年郑州第一个覆盖系统开通后 网络规划人员就树立了一个根深蒂固的概念 覆盖系统信源是微蜂窝 何谓微蜂窝 自然是相对与室外宏蜂窝而言 发射功率较低 可容纳用户较少 发射功率低不是问题 可以通过覆盖系统增加有源设备进行放大 但 容纳用户少的缺点慢慢就凸现出来 如在金博大商场与在裕达国贸的用户数不可同日而 语 在开通金博大室内覆盖系统后马上出现严重拥塞 后来的信源增加至 3 个微蜂窝进 行分层覆盖才能勉强应付 但随之带来的这三个小区直接的切换和重选等问题都影响这 网络的正常运行 另外在一些特殊区域如电梯 地下室 用微蜂窝做信源时很少有用户 占用 在评估该基站工作情况时 会造成超闲小区比例高 影响网络考核指标 1 5 1 2 1 5 1 2 设备选取设备选取 室内覆盖系统建设初期 郑州移动公司因为只使用 GSM900 的网络 所以集成商提供 的室内覆盖设备支持 GSM900 网络 但是在 2003 年 随着用户业务需求的增长 网络要求 双网合一 即同时完成 GSM 和 WLAN 的覆盖 对不支持的器件完成了部分更换 2004 年 为了优化需要郑州移动启用了 EGSM 频点 又对不支持的器件完成了部分更换 在 2006 年在 3G 试验网的建设中 对要求三网合一的区域又完成了部分器件的更换 在设备投资 上造成了极大的浪费 1 5 1 3 1 5 1 3 频率规划频率规划 在室内覆盖系统规划初期 由于室内覆盖系统配置载频较少 一般是 2 4 个 从周 围相邻宏蜂窝小区很容易找到干净频点 但是开通后总有用户反应质量不好 规划工程 师在高楼层上扫频过程中发现 在高层 1 94 个频点均能收到 且信号都比较强 因为基 站在高空传播是没有阻挡的 所以在规划室内频率时 如果和室外宏蜂窝基站相同的话 就很容易产生干扰 1 5 2 室内覆盖系统优化 在楼宇内做室内覆盖的目的除了吸收话务 还有比较重要的就是解决室内网络盲点 在完成郑州将近 600 个室内覆盖系统后 从用户的感知角度来看是如何呢 是不是就解 决了盲区和吸收话务的问题呢 以下为郑州市区 6 8 月三个月的室内弱覆盖投诉的比例 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 8 64 65 65 66 66 67 67 6月7月8月 室内弱覆盖投诉占总量 室内弱覆盖投诉占 总量 图 2 室内覆盖弱覆盖投诉比例 由统计数据显示近三个月 由于室内信号原因引起的投诉比例占每月投诉处理总量 的 65 以上 很明显由于室内信号弱覆盖导致的投诉数量明显增多 以下为郑州市区 8 月份投诉类型覆盖情况 图 3 郑州覆盖投诉情况 对于室内信号原因引起的投诉处理工作是郑州移动网优中心网络投诉处理工作中的 重点和难点 在这些投诉当中 有很大一部分投诉地点是已经进行过室内覆盖的高层建筑 经过 对大量投诉进行实地测试和分析之后 发现目前高层建筑室内覆盖的主要问题有以下几 个方面 1 5 2 1 1 5 2 1 通话质量差 掉话通话质量差 掉话 在高层建筑的覆盖中 尤其是在较高的楼层 室内覆盖的信号和空中的杂散信号场 强都比较接近 尤其在窗户附近甚至空中杂散信号比室内覆盖信号还强 如果恰好与室 内覆盖信号有相邻小区关系 就会造成手机在通话中从室内信号切换至室外的杂散信号 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 9 但是空中杂散信号又极其不稳定 使得手机由于通话质量或者强度产生二次切换 如果 二次切换的目标小区不是当前的室内覆盖信号 就会产生跳板效应 如果这时用户开始 打电话 那么由于使用的信号不是当前的室内信号 而是远处的杂散信号 就会因为信 号不稳定而造成通话质量差甚至掉话 1 5 2 2 1 5 2 2 被叫无应答被叫无应答 对于待机中的手机 当空中的杂散信号强于室内覆盖信号时 手机就会进行小区重 选 而杂散信号的不稳定会使得手机频繁做小区重选 影响手机电池的耐用度 而对于 那些位于 LAC 边界的小区 会使手机进行反复的位置更新 众所周知 对手机进行呼叫 是先要查询到被叫手机的位置 然后通过系统内产生的漫游号在手机所处的位置区进行 全区呼叫 而当手机进行位置更新的几秒钟时间内 是不容易对手机进行呼叫的 因为 如果在对手机进行呼叫的同时 被叫手机发生位置更新 也就意味着发起呼叫所使用的 漫游号和位置区对被叫手机是无效的 是无法找到被叫用户的 就会出现手机明明有信 号 但是被叫就是无法接通的现象 1 5 2 3 1 5 2 3 覆盖边缘差 室外信号比室内信号强覆盖边缘差 室外信号比室内信号强 在现有的高层建筑室内覆盖中 有一部分是居民住宅楼 对这一类建筑的覆盖 由 于居民或物业的要求 传统的工程是只对建筑内部的公共区域进行覆盖 容易出现在建 筑物边缘室内信号比室外信号弱的现象 对于普通用户 在无法区分室内外信号的差异 时 会趋向于选择窗边较强的信号源 这就会出现前面提到的那两个问题 从上面可以看成室内覆盖系统的设计及运行中遇到的问题都会对网络投资 网络运 行和用户感知带来极大的影响 归根结底是室内覆盖系统与室外覆盖规划的不同步引起 本文将将在下面的章节里 详细分析研究规划过程中能够避免的措施 1 6 1 6 研究内容研究内容 本论文深刻分析了室内覆盖的起源 背景 内涵 主要问题以及涉及的研究领域和 支撑技术 阐明了室内覆盖系统结构的作用和实现方式 分析了有关技术现象 提出和 引入了一些新的观点和技术思路 并用科学地分析了实际建设室内覆盖所面临的干扰协 调技术问题 并结合室内覆盖的原理和技术体系的形成和发展 围绕室内覆盖系统的信 源选择 路径损耗 链路预算等 对基于室外网络覆盖的平衡 功率分配与互操作的理 论问题和技术问题进行研究和探索 同时 对室内覆盖开通后网络优化问题进行了系统 的研究和论述 并结合特定领域的需求 提出了特定领域网络优化的实现方法和室内覆 盖网络优化策略 本论文重点研究和探讨的理论问题与技术问题主要有 1 室内覆盖与室外覆盖规划的协调规划 2 室内覆盖系统的结构与实现方法 3 信号源和覆盖方式选择的理论与技术 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 10 4 覆盖链路预算及上下行链路的平衡 5 WCDMA 网络中室内外干扰协调规划 6 室内覆盖网络优化策略与实现技术 在此基础上 针对目前室内覆盖技术带来的问题 提出室内覆盖规划的原则和室内 覆盖优化的技术实现 1 7 1 7 论文的组织和主要内容论文的组织和主要内容 本书共分六个部分 第一章为绪论 对室内覆盖系统基本概念 技术实现等诸多方面进行了详细论述 分析室内覆盖技 术现状 详细阐述了目前室内覆盖技术存在的问题 第二章为室内覆盖规划 结合室内覆盖设计存在的问题 对室内覆盖规划进行了深入研究 并探讨了 WCDMA 室内外干扰协调规划原则及技术实现 第三章为室内覆盖优化 结合室内覆盖开通后存在的问题 从相邻小区调整 参数规划及分层覆盖等方面进 行研究 提供了室内覆盖优化思路 第四章为室内覆盖应用 以会展中心设计方案为例 分析室内覆盖设计步骤及考虑的因素 最后对本文进行了总结 并对室内覆盖的发展前景和室内覆盖在移动通信中的应用 进行了展望 在部分章节安排了引言和小结 一般引言对本章的论题意义和出发点及其各节的内 容安排作了说明 在小结中对本章的主要研究成果做了总结 另外 行文中对于引用的 资料尽最大努力给出了精确的原始出处 以便于今后的研究 也有一些资料由于收集的 时间很早或来源于一些报纸消息和网站消息而没有了来源记录 本文对该领域的研究还比较浅显 希望各位专家学者多提宝贵意见 第二章 室内覆盖系统设计 室内覆盖系统建设目标 从运营商角度来看实现投资少 从用户角度来看提供更好 的服务 从开始规划设计就应该考虑以下因素 2 1 2 1 室内覆盖与室外覆盖室内覆盖与室外覆盖协调规划协调规划 2 1 1 室外站点规划 室内覆盖可以有两种实现方式 一是依靠室外宏基站对室内的浅层覆盖 二是建设独 立的室内覆盖系统对室内进行深层覆盖 由于移动通信系统频段高 穿透墙壁的总体损 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 11 耗较大 根据国外和国内网络建设的经验 如果室外宏基站规划时不考虑室内覆盖 则 至多考虑 6 8dB 的车体衰落储备余量 若在网络整体规划时室外宏基站要兼顾室内覆盖 则至少需要考虑 15 20dB 的储备余量 因此 在网络整体规划时 如果室外基站需要兼顾 室内区域的覆盖 则基站密度需要加大 将会带来投资成本的增加 下图为室外基站在规划时考虑不同衰落余量时基站覆盖半径 图 4 不同衰落余量时基站覆盖半径 从上图可以看出 只考虑室外覆盖时 小区半径是 2 41km 在考虑了室内的穿透损 耗后 小区半径是 0 57km 在未来 WCDMA 规划中更显得重要我们从下图可以看出 大量的软切换区域 特别是 高层建筑导频污染的问题尤其突出 影响整个系统的网络质量 图 5 室内外基站覆盖情况 因此 在网络整体规划时 站点规划应一步到位 室内外统一规划 密集市区室外基 站按室外覆盖目标规划 对于重点室内区域 应建设室内覆盖系统进行室内外协同覆盖 2 1 2 建网初期室内外干扰协调设计 在网络建设中 既然需要建设大量的室内覆盖系统来完成室内区域的覆盖 而大多 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 12 数室内建筑并不是一个完全密闭的区域 那么 在室内覆盖系统建设时 就必须考虑室 外基站入侵信号对室内区域的影响 以及室内外泄信号对室外周边小区的影响 根据室外基站入侵信号在室内区域信号强度的测试结论来看 对于靠近窗边的房间 室外基站入侵信号强度大约覆盖在 70 90dBm 之间 对于室内其他房间 走廊 电梯 停车场等较封闭区域 室外信号强度一般在 90dBm 以下 其中 对于靠窗边的房间 通 常窗边室外信号强度较强 覆盖在 70 80dBm 左右的较多 但房间中部及靠近房间门的 区域 室外信号强度逐渐减弱 覆盖在 80dBm 90dBm 的较多 对于市区高层建筑物 入侵信号强度覆盖情况还有以下特点 一 中部楼层 室外基 站天线高度 室外入侵信号最强 由于受天线高度限制 在高层室外入侵信号较弱 因为 建筑物遮挡的原因 低层室外入侵信号也相对较弱 二 低层靠窗房间中间区域入侵信 号强度比窗边低 4 8dB 中部 室外基站天线高度 靠窗房间中间区域入侵信号强度比窗边 低 2 4dB 高层靠窗房间中间区域入侵信号强度比窗边低 8 11dB 三 低层室外基站入 侵信号较弱 但信号较干净 通常只有一个小区信号 而随着楼层越高 室外基站入侵 信号越来越杂乱 尤其是建筑物中高层的窗边 频率干扰会特别严重 针对室外基站入侵信号的实际情况 如何建设室内覆盖系统 实现室内外干扰协调成 为我们研究的重点 室内覆盖系统主要由信源部分和天馈系统部分组成 因此 在室内覆 盖系统建设时 解决室内外干扰协调应该主要从室内覆盖系统信源引入方式和天馈系统 设计两个方面进行分析 2 2 2 2 信号源和覆盖方式的选择信号源和覆盖方式的选择 合理选用信号源和覆盖方式 不仅能为覆盖区域提供高质量的网络信号 还有利于 网络容量的调配 提高网络资源利用率 提供室内覆盖系统的信号源可以有蜂窝基站和直放站两种 当然所选直放站的种类 很多 有无线同频 移频 光纤直放站等 而覆盖方式大多数采用覆盖系统和漏缆相结 合的混合方式 在选择信号源的时候必须考虑需要的话务量 需要的通信质量 覆盖范围的大小 周边的无线环境和成本等因素 2 2 1 蜂窝信源室内覆盖设计 2 2 1 1 2 2 1 1 话务量和载频的配置话务量和载频的配置 用蜂窝作信号源是解决移动通信在高话务量地区的话务需求的优选方案 可以用于 对通信质量要求较高的场所进行信号覆盖 这种信源安装简便 通信质量好 不易产生 干扰 因此是星级宾馆 写字楼 机场等处进行室内覆盖的较佳选择 通常这些场合的话务量需求是进行话务调查后确定的 11 根据确定的话务量需求 可以计算出蜂窝的载频数 在 G 网中 每个载频有 8 个全速率信道 当载频较多时 不 需要每个载频都配有信令信道 下表列出了当无线信道呼损为 2 时 话务量与载频信令 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 13 及话务信道数的关系 表 2 G 网话务量与信道数对应表 GOS 2 载频数12345678 信令信道数12222333 话务信道数714223038455361 话务量2 98 214 921 929 236 24451 5 目前 G 网微蜂窝设备一般配置 2 4 个载频 宏蜂窝设备配置大于 4 个载频 假定 每用户忙时话务量预计为 0 015Erl 用户 覆盖区域用户数为 1000 人 则忙时话务 量 15Erl 根据 erlB 表 GOS 为 2 需要 28 个 TSL 则需要配置 4 个载频 结论 覆盖范围内用户数少于 1000 人就用微蜂窝作信源 覆盖范围内用户数高于 1000 人就用宏蜂窝作信源 如果按照话务量计算 信道数超过一个微蜂窝设备能够供给的载频数 则可以用合 路器 将二个或二个以上是微蜂窝合路后送入覆盖系统 或者直接采用宏蜂窝作信源 但此时 设备投资必然增大 建设周期也要加长 因此在采用蜂窝系统作信源时 必须 在对所需话务量 建设成本 后期扩展等诸多因素权衡后慎重决定 2 2 1 2 2 2 1 2 载频频率的设置载频频率的设置 做微蜂窝的频率规划时 在如何分配微蜂窝频率 以及是否指定专用频率方面有多 种策略可选 一种是为微蜂窝独立分配 2 3 MHz 带宽 10 15 载频 2 微蜂窝层采用频 率复用模式 使用与宏蜂窝正交的频率 避免了邻频干扰 减少频率规划的复杂性 易 于进行网络扩容 这种方案适用于大量微蜂窝组成微蜂窝层的情况 另一种是微蜂窝和 宏蜂窝使用相同的频率段 如果微蜂窝数量较少 可以复用宏蜂窝的频点作为微蜂窝的 BCCH TCH 载频 如果微蜂窝数量较多 则可以分配独立的 BCCH 载频 而 TCH 载频复用 宏蜂窝的频点 实现一个微蜂窝的连续覆盖 大约要为其预留 6 个 BCCH 频点才能消除微 蜂窝间的干扰 这当然还要取决于小区的规划 目前在室内覆盖系统下会遇到因室内频率与室外频率相干扰而影响通话质量的情况 在做全网频率规划时要专门为室内覆盖系统预留一段频率 如下表 表 3 全网频率规划方案 序号layerTRX规划前频点规划后频点 1guardguard9494 2indoorBCCH TCH无84 93 3macro BCCH SpareBCCH 83 4macro BCCHBCCH76 9365 82 5macro BCCH Spareguard7564 6macro TCHTCH15 746 63 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 14 7spare 1 141 5 考虑到室内覆盖频率分配对网络质量的影响 重新分配频率 从 1 94 个频点中 选 择为室内覆盖分配频点为 84 93 宏蜂窝 TCH 频点为 6 63 宏蜂窝 BCCH 频点为 65 82 其余为备用及隔离频点 这样保证室内信号的纯净 即使很远基站信号漂移过来也不会造 成影响 而且由于覆盖系统都是独立的 相互之间几乎没有什么关系 所以全网规划覆 盖系统频点时可以相同 有效的提高了频谱的利用率 下图为频率规划前后室内覆盖通话质量对比 indoor Q0 Q5 97 97 1 97 2 97 3 97 4 97 5 97 6 97 7 3月11日 3月13日 3月15日 3月17日 3月19日 3月21日 3月23日 3月25日 图 6 频率规划前后室内覆盖通话质量对比 从图中可以看到在 3 月 17 日对全网频率重新规划后 室内覆盖通话质量等级 0 5 的 比例有明显上升 即对室内覆盖专有频率进行覆盖是很有必要的 2 2 1 3 2 2 1 3 蜂窝与覆盖系统的连接蜂窝与覆盖系统的连接 采用蜂窝系统作信源时 信源的输出功率直接引入到覆盖系统 蜂窝的射频输出与 覆盖系统主干馈线口直接相连 在工程建设时 应当注意的是 当蜂窝设备信令信道 BCCH 载频有单独的 RF 口输出时 应将其载频输出口和其它载频输出口先合路后 再送 到覆盖系统中去 2 2 2 直放站信源室内覆盖设计 直放站信源是用直放站将室外基站小区的信号引入到室内作为室内覆盖系统的信号 源 直放站本身并没有增加信道资源的能力 它只能用于话务量小 解决室内盲区信号 覆盖的场所 如咖啡厅 小型酒楼 地下车库等小型场所覆盖 在具有光纤的条件下 可优先选用光纤直放站作为基站信号引入源 在能用定向天线取得纯净且稳定的基站信 号的地方 可选用无线直放站 但在市区 由于基站密度大 无线信号杂乱 只能选用 载波选频无线直放站 严禁使用宽带直放站 下图为直放站作信源开通前后覆盖效果对比 信息工程大学工程硕士学位论文 第 页 15 图 7 郑州工商局室内覆盖开通后覆盖图 图 8 郑州工商局室内覆盖开通前覆盖图 从开通信号强度采样可以看出 在开通前手机接收电平低于 90dbm 开通后接收电 平集中在 70dbm 利用直放站覆盖有效的解决了室内信号覆盖的问题 在选用直放站作为信源时 与室外基站协调规划 要考虑施主基站容量和直放站对 室外覆盖的干扰 在工程设计时 建议直放站忙时话务量与施主基站忙时话务量之比 0 H x 0 when x rxLevMinCell n Max 0 A 11 A msTxPwrMax n P P depending on MS Classmark 当基站收到手机关于邻区的报告后 会首先根据上述公式来检查该邻区是否满足条 件 PBGT hoMarginPBGT n 12 其中 PBGT msTxPwrMax msTxPwrMax n AV RXLEV DL HO AV RXLEV NCELL n btsTxPwrMax BTS TXPWR PBGT hoMarginLev Qual n 13 这里涉及有几个参数 表 9 切换参数 参数描述对网络的影响 PMRG 当移动台因为功率预算而要求切 换时 切换边界为 PMRG 值 满 足后启动切换过程 此参数可以控制小区内话务的多少 以及 防止乒乓切换等 LMRG 当移动台因为信号电平而要求切 换时 切换边界为 LMRG 值 满 足后启动切换过程 此参数可以控制小区内话务的多少 以