3G室内分布系统.doc

3G对室内分布系统的要求 3G网络的主要业务量来自于室内。根据中国香港SUNDAY对业务数据的采集结果可知，3G业务的室内话务量占总话务量的一半以上。而NTTDoCoMo的最新统计数据显示，大约70%的业务量来自于室内。综合考虑建筑物结构、电磁波传播环境和容量需求方面的因素，可将室内分布场景细分为几类，见图1。室内覆盖可以有不同的选择，一种是采用室外基站进行室内覆盖，例如，目前2G网络使用最多的室内覆盖方法就是宏蜂窝基站加定向天线。另一种是建设更多的室内分布系统。 图1 室内话务量明细 由于3G系统工作在超短波频段，2GHz的建筑物的贯穿损耗比900MHz的要大。所以和2G网络相比，3G网络在深层次覆盖时必然存在诸多不足，特别是在建筑物内部。 此外，由于3G系统自干扰的特性，会引起“呼吸效应”现象和“远近效应”现象。功率控制技术无法从根本上消除自干扰。因此，网络规划时需要考虑减少网络的满载率，同时也要考虑切换区域大小的设置问题。如果切换区域过大，可能引起“导频污染”现象。导频污染区里导频的信号质量很差而且手机idle的信号不停变换，产生“乒乓效应”现象。如果此时手机在通话状态，由于某个导频突然变强而它又不在移动台的有效集里，就容易产生掉话。如果切换区域过小，就可能出现盲区。 总之，由于业务量分布的特点、3G频段的特性以及CDMA系统自干扰的特性，室外站进行室内覆盖时，对于信号的控制和深度覆盖不能做到最优，严重影响用户的满意度。韩国最大的移动通信商SKT的数据显示，大部分服务质量差的位置都在室内，且往往是由于宏蜂窝基站覆盖不到位造成的。相比之下，室内分布系统不仅可以在话务密集地区进行有效的话务吸收，解决室内“无死角”覆盖，提高用户满意度，而且减轻了室外站“呼吸效应”，降低了室外系统的负荷，从而能够提高整个网络的质量和容量。 3G室内分布系统 室内分布系统的建设以改造现有GSM室内分布系统，2G/3G共用方式为主。传统的室内覆盖系统将不同系统割裂开来，采取单独建设，单独维护的策略。但由于我国目前网络存在多种系统，且频段跨度较大，所以室内分布系统应该采用多系统的宽频室内覆盖方案，即一套天馈系统来实现多系统信号的同时覆盖。图2为室内分布系统示例。图2 室内分布系统组成(分布式天线系统+漏泄电缆) 室内分布系统主要由信号源、信号分布系统和覆盖单元三部分组成。 信号源主要包括室内宏蜂窝基站、室内微蜂窝基站和直放站等。可从系统容量和功率需求的角度，根据不同话务需求和覆盖场景选择不同的信号源。 信号分布系统可以分为无源分布系统，有源分布系统和混合分布系统三种形式。无源分布系统是通过无源器件(如耦合器、功率分配器、合路器等)进行分路，经由馈线将无线信号尽可能平均地分配到覆盖单元上，从而实现室内信号的均匀分布。有源分布系统中加入了功率放大器这一类有源设备。信号经过各级衰耗后，到达末端时，可以利用放大器放大以达到理想的强度，保证覆盖效果。也可以混合采用无源系统和有源系统的部分器件，建立一套混合的信号分布系统。 覆盖方式主要有三种，即分布式天线系统(DAS)、泄漏电缆系统和混合方案。分布式天线系统能够支持从400MHz到2.5GHz很宽的频率范围，将RF能量平均分配到建筑物各个角落。对于建筑物内部结构狭长的特别区域，例如公路隧道、铁路隧道、矿井等，可选用泄漏电缆分布系统。泄漏电缆不需要室内天线，通过电缆上泄漏信号即可进行覆盖。图3为隧道内泄漏电缆分布系统。实际工程中，根据实际情况进行组合，即混合方式，以取得最佳效果、最低造价、方便施工的方案。图3 隧道内泄漏电缆分布系统 多系统的宽频室内覆盖方案共用天馈线系统，具有相当灵活的可扩展性。但是,在多网合一的室内分布系统的设计中，对系统间干扰的分析和抑制至关重要。参考国内现存的移动系统的频谱分配，可明显看出系统之间的干扰主要存在两方面。 一是PHS、WCDMA和WLAN三种系统之间的干扰主要存在于WCDMA上行与PHS之间 二是CDMA下行和GSM上行之间的干扰，见图4。CDMA发射机的杂散干扰落在GSM系统接收带宽内。CDMA基站发出的信号功率落在GSM基站的接收滤波器通带外，却仍然进入GSM系统接收机而带来阻塞干扰。图4 为CDMA下行和GSM上行之间的干扰 系统间干扰的主要类型包括发射机杂散、接收机阻塞、互调干扰等。互调干扰存在于个别相邻的两个以上系统之间，它们作用于非线性器件或电路时，如合路器，构成某接收机的互调干扰。系统间的干扰可通过不同系统的空间隔离，降低干扰源的发射功率，在发射端和接收端增加滤波器等方法来有效地减少。也就是选用能够满足系统间隔离度要求的合路器和滤波器来完成，图5为基本的合路方案。也可以采用多系统合路平台(POI)代替合路器。POI不仅可以完成合路器的功能，而且可以更好地抑制多系统间的交调，同时可以提供监控功能。图5 减少干扰的合路方案 多系统室内覆盖方案共用天馈线系统也需要考虑系统合路的功率匹配问题。这成为多系统共用室内分布系统的最大挑战。此时需要在合路器前端进行信号强度匹配，对有的系统的信号进行干路放大；或对有的系统的信号进行发射功率限制。采用逐级合路的方式，达到各个系统信号的等效覆盖。分布式基站系统把传统形态的一体化基站分为基带单元BBU和射频单元RRU两部分。射频拉远基站RRU采用室内/室外混合覆盖，室外基站的基带部分BBU可以同时处理室内和室外的话务量。BBU和RRU之间采用光纤连接，这种方式易于扩容，见图6。图6 BBU+RRU室内覆盖系统 中频传输室内覆盖系统 该方案以微功率基站做信号源，以中频传输为技术核心，以网线(小同轴)/光纤作为传输介质进行信号传输和分布。图7为中频传输室内覆盖系统，其由主单元、扩展单元、远端天线单元和天馈线系统组成。主单元和扩展单元之间采用光纤连接，传输距离更远，损耗更小。扩展单元与远端天线单元之间采用5类线传输中频信号，远端天线单元末端可直接接天线或者加无源分布系统进行覆盖。该系统的优点是可以充分利用楼宇的综合布线系统。图7 中频传输室内覆盖系统 3G室内分布系统的设计 在室内分布系统方案设计中，需要考虑三方面的因素： 降低室外信号对室内的影响； 减少室内信号外泄； 室内环境的特殊性所带来的传输与空间衰耗。 由于室外基站会对室内系统造成影响，所以必须对来自室外基站的信号进行测量，以了解室外宏站对室内系统的影响。根据已有的测试结果，室外基站底噪有90%的概率小于-78dBm。如果室内系统信源导频边缘场强大于-85dBm，则有90%概率的区域可以保证归一化信噪比Ec/Io-10dB。 室内分布系统的信号泄漏容易造成对室外信号的干扰，容易导致室外用户选用室内信号，使软切换增多，从而影响室外的掉话率。CDMA网络采用软切换方式。是否进行切换主要根据当前基站能否满足终端的通信要求来判定。当前基站的导频强度掉到T_DROP以下时，移动台启动切换去掉计时器T1。当切换去掉计时器T1到期后(在此期间,其导频强度应始终低于T_DROP)，移动台启动系统的切换过程。影响网络容量的另一个因素就是软切换及其所需的额外开销，并且软切换被选链路过多也会对系统产生额外的干扰。因此，在3G工程设计阶段就需要控制过多的软切换区。减少室内天线的输出电平，以控制信号泄漏电平。室内分布天线口导频功率不超过7dbm。在靠近窗户、门口等边缘区域，应采用方向性较好的定向天线，以减少信号的泄漏从而优化切换关系。 由于频率上的差异，多系统共用室内分布系统不可避免地带来了不同系统间在室内分布系统上功率损耗不一致的情况。在2GHz下，信号的馈线损耗(见表1)，空间损耗和隔墙损耗都有增加。应根据实际情况采用多天线低功率方式进行覆盖，合理布防天线。表1 900MHz频段和2GHz频段下常用馈线的每100m损耗值 在多网合一的室内分布系统的设计中，对系统间干扰的分析和抑制至关重要。系统间干扰的主要类型包括发射机杂散，接收机阻塞，互调干扰等。参考国内现存的移动系统的频谱分配，可明显看出系统之间的干扰主要存在于WCDMA上行与PHS之间，以及CDMA下行和GSM上行之间的干扰。 系统间的干扰可通过不同系统的空间隔离，降低干扰源的发射功率，在发射端和接收端增加滤波器等方法来有效地减少。通常选用能够满足系统间隔离度要求的合路器（POI）和滤波器来完成。另外还需要考虑系统合路的功率匹配问题。此时需要在合路器前端进行信号强度匹配，或采用逐级合路的方式，达到各个系统信号的等效覆盖。 链路预算容量预分析 A地的人流量是2000人/小时，设手机人均使用率为25%，A地移动电话用户数为200025%=500/小时。用户均匀分布，平均每用户忙时话务量为0.02Erl，则A地总的话务量为10Erl，按照20%的余量，最大吸收话务量为12Erl。系统信号源为微蜂窝基站，根据Erlang-B公式表，当呼损率为2%时，两个载频容量为8.20Erl。因此采用4个载频容量足够提供系统使用。 覆盖场强预分析 吸顶全向天线的输出口功率为7dBm，增益为3dBi。距天线的最远覆盖距离约为10m，10m自由空间传播损耗是58dB，贯穿损耗和多径衰落分别是15dB和10dB。则边缘场强=7+3-58-15-10=-74dBm。 覆盖电梯的定向板状天线的输出口功率为11dBm，增益为8.5dBi。距天线的最远覆盖距离约为20m，20m自由空间传播损耗是64dB，贯穿损耗和多径衰落分别是20dB和15dB。则边缘场强=11+8.5-64-