无源覆盖解决电梯深度覆盖问题的探讨.doc

室内电梯无源覆盖基本思路及探讨方案中国联通鹤壁分公司2004年2月15日关于采用无源形式解决电梯深度覆盖问题的探讨一、建设背景为满足广大移动用户通信的需求、提高企业形象，在无线网络覆盖方面，不仅要解决好广义上的大面积覆盖还要解决好建筑物内的深度覆盖，特别是如果能解决好有特殊需求、话务量大的局部区域的深度覆盖问题，将对提高用户对企业的认知度会起到事半功倍的效果。在尽快解决室内深度覆盖、改善网络形象的工作中，像楼内电梯这种信号普遍较弱的网络死角的信号覆盖就显的尤为重要。目前电梯内的覆盖主要采用有源直放形式，将无线信号放大引入电梯通道来解决覆盖问题，满足用户需求。虽然这种方案对可以有效地解决电梯内的信号问题，但在一定程度上存在着较为明显的工程响应慢、投资大、成本回收慢等缺点。我公司为了提高资金利用率、降低成本通过多次实践，采用无源形式实现了对电梯的覆盖，同样达到了良好的效果。二、电梯覆盖信号无源传输无线传播的基本原理移动通信系统多建于大中城市的市区，城市中的高楼林立、高低不平、疏密不同、形状各异，这些都使移动通信传播路径进一步复杂化，并导致其传输特性变化十分剧烈，使移动台接收到的信号一般是直射波和随时变化的绕射波、反射波、散射波相互叠加的电波，这样就造成所接收信号的电场强度起伏不定，在一些建筑物内更是会出现信号极弱的情况，大楼内的电梯里便是如此。我们国家目前采用的移动通信（GSM、CDMA）技术，频率分别为900MHz 、1800MHz和800MHz。这几个频段的电波频率比较高，所以传播的过程中，发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线。所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地形的影响。所以电波在传播的过程中就会有反射和漫反射现象，同时，前面提过，电波还有绕射现象，就是障碍物的大小和电波的波长差不多或比其小的时候，电波可以绕过障碍物传播。所以移动通信中电波的传播是很复杂的，接收端的电波常常是直射波，反射波，绕射波的合成。而在电梯的轿箱内，由于电梯井道大部分地处大楼的中央，与外界空间有几道墙壁阻隔，并且电梯门和电梯轿箱均为金属铁皮制作，无线信号根本无法依靠自由空间任何传播方式进入，必须采用特殊手段将信号引入井道内方可解决信号覆盖问题。电梯覆盖解决办法：（一） 、有源覆盖: 我们通常采用的办法大多为以安装干线放大器和其他相关的无源器件，将室外空间信号提高到一定的功率后，再将信号引入电梯井道，投资较为昂贵。（二） 、源覆盖：利用无线电波的传播和折射原理，在信号接受点距信号源较近的地方,而且空中信号场强又达到一定值,可以采用此种方式解决电梯信号覆盖。就是采用高增益天线、馈线等一系列无源器件相结合，利用无源中继传输原理和方式将接收到的空间无线信号直接引入电梯井道。电梯无源中继传输覆盖的基本原理：目前，随着移动通信市场的不断发展，城市基站站址越来越密集，小城市一般在一公里左右，大中城市的基站与基站的距离大都在0.51公里之间，而且大楼的电梯机房又均在大楼的最高层，可直视基站扇区天线，无线信号大部分为直射波，根据无线信号的空中传播原理和传播衰耗推算，信号场强均在-40 dBm左右。计算方式如下：接收点信号场强=40dBm-（32.45+20lg800MHZ+20lg0.8km-Gt） =40 dBm-(32.45+58.06-1.9-10) =40 dBm-78.61 dBm=-38.61dBm *如接收点距基站距离按0.8公里，频率按CDMA的频点，基站天线增益按10 dBm计算，32.45为空间衰耗公式常数对于-38dBm的信号场强通过采用无源中继传输方式，来改变直射电波的传输方向，将信号引入电梯井道解决信号覆盖，从理论上是行得通的。可采用户外安装高增益的抛物面天线或八木天线和其他室内无源器件组成无源中继传输系统来实现。（一）、户外天线采用高增益的抛物面天线或八木天线（ 根据天线增益的定义，天线增益可以理解为：为了使在观察点获得相等的电磁波功率密度，具有方向性天线所需的发射功率要比无方向性天线所需的发射功率小G倍）于其他天线相比有以下特点：（1）、天线增益相对较高效率、天线的防卫度和方向性均为最理想；（2）、方向性强，可有效降低周围的其他无用杂波信号的场强通过无线中继传输系统进入电梯内。（二）、电梯井内可采用高增益的八木天线或其他室内分布系统用天线来覆盖电梯。三、成功案例：工程名称：鹤壁市财政局办公楼电梯覆盖工程工程目标：完成对办公楼内电梯的G、C网信号覆盖，满足用户在电梯内正常通话的需求施工材料：20dB增益栅状抛物面天线一副 13dB增益全频八木天线2副 全频二功分器一个 1/2”超柔馈线50米具体施工方案： 1、 （7楼） 农行基站11层 （G、C网共站） 2、（3楼）*以上图中两个信号输出点的具体电平值： 1、G:-18dBm(BCCH=123) C:-31dBm 2、G:-33dBm(BCCH=123) C:-44dBm*G网信号在不锁频的情况下分别为-36dBm、-66dBm 在三楼处测量驻波比为1.12在楼顶架设一个20dB增益的栅状抛物面天线用以接收信号，信号用1/2馈线引入电梯洞内，在电梯洞的7层、2层分别连接一副八木天线用以发射信号（在7楼处用一个二功分器连接）。 工程前后电梯内信号变化情况：覆盖前：11层、10层电梯内C网通话正常、G网无法通话，9层C网出现掉话。覆盖后：在每个楼层内均可正常通话。图：电梯运行期间的G网11楼电梯门开时电梯门开时1楼 1至11层信号强度 从上图重放的记录及CQT测试的结果（见附表一）可以看出，虽然在1楼处的电平值较低，在通话过程中有通话断续现象，但用户在从一楼电梯内外进出、起呼、做被叫的测试中没有出现掉话现象，因此可以认为电梯内的整体覆盖效果良好，是可以满足一般用户的正常使用需求的。， 工程费用：材料费：抛物面天线 1600元 馈线50*25元/米=1250元 馈线头 5*20元/个=100元 二功分器 200元 八木天线 2*340元/副=680元合 计：3830元四、工程总结：通过以上的工程实例可以看出，由于使用该种方案进行的电梯覆盖工程，是将外界的信号直接引入电梯洞内，虽然没有经过任何的功率放大过程，但从工程中3楼信号输出点的实际信号电平值，我们不难看出在整个的信号传输过程中仍然有效地将室外的信号引入到了电梯井内，较为明显地改善了电梯箱内的信号覆盖，因此我们可以对此种技术方案进行了以下总结：（一） 、无线环境要求：在建筑物顶层有较强的室外信号，将抛物面天线正对最近处的基站方向最好可以直接看到基站以便能取到更强、更稳定的信号源（取信号的过程中可使用频谱仪与天线相接，以确定最强信号的方向和天线的角度）。（二） 、使用范围：1) 半径1公里内有G、C网基站（最好是共站）且无高大建筑物阻挡的建筑物；2) 不易高于14层（包括地下部分），避免馈线过长、衰耗增加而无法覆盖电梯底层；3) 要覆盖的电梯必须有较大的通风口（部分电梯没有换气风扇）以便减小信号进入电梯的衰耗。（三） 经验及使用建议：1) 在户外尽量使用高增益的抛物面天线（如基站较近、楼层较底也可使用13dB 增益的八木天线）（见附图一）；2) 在电梯洞内的覆盖天线使用八木天线为最佳，如果楼层较低可尽量使用1个八木天线进行覆盖，以减少功分器带来的衰耗（见附图二）；3) 如果业主允许的情况下，在电梯内可使用两条馈线，在室外可使用两个抛物面天线或抛物面天线与八木天线相结合的方法（见附图三）；4) 如果建筑物楼层较低（8层左右）的情况下，考虑到功分器的衰耗，在一个抛物面天线后可以加一个两功分器来覆盖两个电梯（见附图四）；5) 当楼层较高或电梯箱内无换气窗时，可尝试采用超软馈线接小型天线后将信号直接引到电梯箱内或顶部等箱内（见附图五）。五、无源覆盖方案的特点：（一）、局限性：1） 楼层不易过高；2） 使用抛物面天线过多时可能会引起业主的反感而加大协调难度；3） 要求与基站相隔距离不易过大。（二） 、优点：1） 工程费用低：使用放大器覆盖电梯，G、C网需装两套干线放大器工程造价在5万元以上，而此方案覆盖电梯的工程总费用仅不足4千元，对公司节约成本非常有利；2） 维护简单：由于在工程中没有使用任何有源器件，因此故障率将大大降低且不向向业主交纳电费和出现偷电现象，大大减少了设备维护的时间和精力。3）工程反映快、施工周期短： 由于无源覆盖中采用的设备均为设备维护的日常用料，因此在用户有需求时，不需与厂家进行定货就可在最短的时间内进行工程施工，这样一来即满足了用户的需求同时也在一定程度上树立公司良好的企业形象。 六、结论从以上优、缺点两个方面看，虽然用这种方案覆盖的电梯没有加放大器后的电梯内的信号强和使用过程中存在一定的局限性，但在很大程度上此方案仍然不失为一种节约成本、解决深度覆盖、减少故障点的好方法。由于无源覆盖虽然可以在很大程度上解决电梯内的信号覆盖问题，但在信号强度上毕竟不如有源覆盖，因此在有高消费群体的建筑物内（如：高档写字楼、五星际宾馆等）仍然建议采用有源覆盖。总之，通过无源形式实现对一些电梯的覆盖，以少量资金投入，满足了用户通信的需要，提高了公司的资金利用率，为公司的无线网络建设作出了积极的探索和贡献。 中国联通鹤壁分公司2004年2月15日附表一：CQT测试记录：被测试网络GSM测试日期2004年2月11日测试时段12：00呼叫地点财政局电梯测试点类型室内分布系统测试人员白云海、李金凌测试手方手机号信号强度dBm呼叫情况描述接通掉话单方通话出现回音出现串话出现话音断续出现背景噪声主叫1-80dBm2-73dBm3-85dBm4-85dBm5-88dBm6-90dBm7-93dBm18-87dBm9-85dBm10-83dBm被叫1-83dBm2-80dBm3-88dBm4-78dBm5-80dBm6-95dBm17-90dBm18-85dBm9-80dBm10-82dBm被测试网络CDMA测试日期2004年2月11日测试时段13：00呼叫地点财政局电梯测试点类型室内分布系统测试人员白云海、李金凌测试手方手机号信号强度dBm呼叫情况描述接通掉话单通出现回音出现串话出现话音断续出现背景噪声主叫1-85dBm2-88dBm3-90dBm4-87dBm5-85dBm6-95dBm17-