第九章室内小区规划.doc

山东移动通信有限责任公司第九章 室内小区规划简介安装室内系统有不同的原因。如果室外信号在室内覆盖不好导致质量差，可以通过室内系统解决。在会议中心、机场等高话务建筑内，也可以通过室内系统来分担话务。另一个应用是补充或取代建筑内的固定电话。室内系统规划的目的同传统的频率规划一样，就是：在尽可能将干扰降到最低的情况下，提供良好的覆盖和充足的容量。在这简要描述如何达到。关键是天线和RBS系统、射频设计和天线配置、频率规划、容量估算和话务控制。室内系统规划的工具包含TEMS预测仪、TEMS接受系统、TEMS发射机，以后的章节将介绍在工作中如何使用它们。图9-1 显示了室内系统规划的流程图。覆盖和容量要求容量密度选择天线和RBS系统 射频设计常规天线配置最终天线配置安装频率规划话务控制优化图9-1 室内规划流程图容量密度对一个室内站的话务密度，必须结合实际进行估算，下面两种情况可以区分开来：1 室内公众场所，如商业中心或飞机场。2 室内商务场所，如办公室。在某些应用中，对覆盖、话务、质量的要求比公众场所高。 当建筑内面积太大或话务太高，可以考虑将一个小区分成数个小区。考虑到频率复用，分区至少分成三个以上，并且除非在太低或太长的建筑内，尽可能采用垂直分区而不是水平分区。 图9-2小区的大小，应考虑到复用的距离，建议四层为一小区。天线和RBS系统概述在设计一个室内系统时，为了尽可能使每一付天线提供相同的功率，建议天线配置尽量采用对称结构。建议将RBS 放置在建筑物的中间以缩短馈线到天线的距离。在安装之前，要从覆盖和容量两方面考虑清楚将来扩容的需要。射频链路预算要考虑到将来增加功分器、耦合器等的需要。即使现在规划的室内分布系统为单频网络，设计时最好也考虑到双频网络。直接投资双频设备比将来将单频更新为双频经济的多。在室内分布系统中，下行链路比上行链路差，故无须用分极接收或上行放大器。图 9-3实际上，多天线室内系统正是一种上行分极接收，由于几个天线接受,会提高上行信号强度。见图9-3。天线系统天线在实际应用中，天线可分成如下四种： 一体化天线 天线集成在基站设备中。如RBS2302。 分体天线用同轴连接。 泄露电缆。 分体天线用光纤连接。适合室内分布系统应用的天线有数种类型。两种最常用的是定向天线（图9-4）和全向天线。图9-4两种常用的全向天线被称为“墨西哥帽子”天线和“杆状”天线。见图9-5。这两种天线被装到天花板上而难以被发现。比较这两种天线，“墨西哥帽子”天线因稳定的构造更令人喜欢。“墨西哥帽子”天线安装时通常无须尾缆。馈线弯曲后通过天花板直接连到天线上。 一体化天线如果室内区域可以通过一个位置覆盖，就可以通过将RBS2302安装在墙上来实现。例如体育场、火车站。分体天线用同轴连接。这种天线有着最广泛的应用。有如下优点： 低成本 在覆盖区有遮挡时设计的灵活性 可以用不平衡功分器来控制功率分配 增加天线简单易行且成本低 良好的工艺 天线中的设备无须另外供电和监控同轴电缆下表9-1 列出了室内分布系统常用同轴电缆尺寸。N-型头适合除了7/8”同轴外的下列所有型号。7/8”同轴因柔韧性差在应用中施工不便，其应用时与7/16 接头配套使用。 馈线类型 每百米损耗注释800-900M1800-1900MCF1/4”13.520.5LCF3/8”1014.51/2”Superflex1116.5可用于耦合器间LCF1/2”710.5LCF7/8”46.2在室内不建议使用表9-1功分器功分器用来分裂天馈线网络。有如下两种类型： 等功率均分：等功率均分指在输出端口将功率平均分配，即二分支衰减3dB，三分支衰减5dB等等。见图9-6 不等功率均分：顾名思义，不等功率均分指在输出端口功率非均匀分配。见图9-6。主要应用与高层建筑、小面积区域隧道等。图9-6泄露电缆在汽车或火车隧道内，分布式泄露电缆为不错的选择。当然，泄露电缆也可用于室内。相对与分布天线（同轴）而言，泄露电缆在设备成本和安装成本都较高。图9-7相对于泄露电缆，有两种类型的损耗： 纵向损耗：类似于普通的馈线损耗。由于泄露电缆的有意泄露，故损耗值比普通电缆高。 耦合损耗：耦合损耗指在距离泄露电缆一定距离（通常为6米）的位置上，偶极子天线接受的信号强度与泄露电缆内信号强度的差值。下表13-2 列出了一些典型值。电缆类型纵向损耗（每百米）耦合损耗800-900M1800-1900M800-900M1800-1900M1/4”23-3232-5269713/8”12-1418-2168741/2”95-1113-1868737/8”55-68-116972表9-2 典型值分体天线用光纤连接在室内系统中采用光纤，将得到与上述不同的结果。主要优点是克服了同轴电缆中的馈线损耗。但缺点是天线终端需另外供电并且需要监控。图9-8图9-8描述了基本配置。一付单独的光纤天线就必须在天线和远端光纤接口单元之间配备一对光纤。普通的天线可以通过光纤天线上的外接单元接入。摘要下表9-3列出了各天线系统的特点：一体化天线 + 容易和便捷的安装 +低成本 - 有限的覆盖分体天线用同轴连接 + 低成本 + 灵活的设计 + 成熟的工艺泄露电缆 +灵活的设计 - 高成本分体天线用光纤连接 + 低损耗 +易安装- 高成本- 设计上不够灵活- 天线需另外供电表9-3RBS系统天线系统可以通过下面任一方式接入基站： 射频放大器 单RBS 多RBS射频放大器（直放站）射频放大器对室内覆盖而言，提供了一种低成本易安装的选择。室外的宏蜂窝必须能提供充足的话务容量。当室内话务增加而超出室外宏蜂窝的容量时，就必须将射频放大器更换成普通RBS。此时为射频放大器设计的室内天线系统，应尽可能的保留。因此当室内话务有潜在增加时，射频放大器可作为临时解决方案。图13-9单或多RBS 单RBS是室内应用中最简单的RBS系统。相对多RBS而言，单RBS有明显的主干结构。然而，在有大量面积需要覆盖的大型建筑中，严重的馈线损耗限制了单RBS的使用。在这种情形下，分布式多RBS是明智的选择。最明显的好处是众多RBS可以放在天线系统的周围而降低了馈线损耗。图9-10除了以上的描述，还可以将几种方法混合应用。示例如图9-11。这种方式集合了光纤式远距离传输损耗低和同轴式低成本、灵活的优点。图9-11多点传送矩阵箱（混合器）作用是将（同频段内）多个RBS的信号混合到一起。（现网内未见使用）一个多点传送矩阵箱包含4个至RBS的RX/TX端口。因此一次可以将4台同频段RBS与室内天线系统相连。并且合成损耗小于0.5dB。如图所示，小巧且易于安装。图9-12图9-13（频段）合成箱合成箱指将不同无线系统或多频段合成到一套室内天线系统中。最多可有四套800/900或四套1800/1900输入，在另一侧有4个天线端口。合成损耗小于1dB。图9-14RBS产品RBS概述爱立信共有三种基站型号供室内应用。微蜂窝RBS2302，宏蜂窝RBS2202和办公室用RBS2401。简述如下。图9-15所有型号RBS都配有14.4kBit/s数据业务，GPRS，HSCSD和 SOLSA。所有型号RBS都可以从OSS操作。图9-16图9-17图9-16和图9-17分别列出了在900M和1800M中不同型号RBS和功率、话务的对应关系。如果室内的话务超过了RBS2202满配置所能提供的话务，有两种扩容办法。一种是用RBS2202扩展架，这样一个站共可达到12个载频。这样的好处是可以得到大的话务容量。另一种办法是在需要的地方安置一个或数个RBS2302或RBS2401。这种解决方式的好处是灵活和成本低廉。由于传输在运营成本中占了一定比例，因次尽可能的采用共站方式。在亚洲的某些地方，因室内没有地方安置RBS，而将室外型RBS2102放在屋顶来解决室内覆盖。下表列出了RBS2401、RBS2302、RBS2202的特性：表9-4射频（无线链路）设计链路预算室内系统的链路预算方法同室外宏蜂窝。在实际情况下，为了保持正常的通话，考虑到瑞利衰落、空间干扰及身体损耗，必须对手机的接收灵敏度进行相应的补偿。实际需要的信号强度如下：SSreq =MSsens+RFmarg+IFmarg+BLMssens 手机接收灵敏度（-104dBM）RFmarg 瑞利衰落修正值（跳频 0 DB，非跳频3DB） 注：非跳频3dB的值为室外的经验值，在室内应该增加，但现在仍无统计数据。IFmarg 干扰修正值（见表13-5，随环境而定）BL 身体损耗（900M 5dB，1800/1900M 3dB）设计电平在设计过程中，考虑到LOG-NORMAL 衰落，对SSreq 也要进行相应的补偿。根据相应的KEENAN-MOTLEY 模型，参考公式如下：SSdes=SSreq+LNFmargLNFmarg 室内LOG-NORMAL 衰落因子（5dB）BTS输出功率通过修正天线网络的损耗，需要的BTS输出功率计算如下：Pout=SSdes+Lp-Ga+Lf+Lps+LcPout BTS在机架顶端连接天馈线接口处的输出功率。Lp 基站天线到手机的最大传输损耗。Ga BTS天线增益。手机天线增益为0。Lf 馈线损耗。Lps BTS机架内功分器损耗。Lc 外接的合成器、双工器损耗等。（注：CDU的损耗并不是Lc的一部分，因为Pout指BTS在机架顶端连接天馈线接口处的输出功率，已包含CDU的损耗）设计电平在高干扰区域，需要大的冗余量（修正值），在干扰小的区域，冗余量（修正值）可以降低。关键是如何取值。在计算SSdes时，为了避免计算干扰时的复杂化，一个简单的设想被提了出来。将小区周围的环境干扰分成低、中、高三类，根据这个决定需要的信号强度。如表13-5。干扰水平设计电平(SSdes)需要电平(SSreq)低-85 dBm-90 dBm中-75 dBm-80 dBm高-65 dBm-70dBm表9-5根据KEENANMOTLEY模型设计小区时，SSdes是在边界区域至少要满足的。在实际测量中，SSdes并不是一定要测量到的，考虑到测量中存在着LOG-NORMAL FADING，实测中满足SSreq即可。天线配置 在决定室内分布系统的覆盖和信号接收强度的时候，就必须选择合适的天线系统。进行大量的测量，根据覆盖预测选择相应的天线系统。如何降低与周围基站的干扰随着网络的发展越来越重要。应用中表现在如下方面： 尽可能用多个天线。这样每个天线的输出功率将降低。而且在分布式天线系统中增加天线并不会显著增加成本。 不要将天线放在窗户旁。工作流程图如下在纸上建立好天线规划。天线规划包括天线安装位置、型号和馈线的设计。实测，对不适合的天线位置进行调整。如果改动过大，则重新进行规划。因室内规划中包含墙体损耗等不确定因素，因此在规划中必须控制好覆盖范围。 最终决定以后，就可以投入实施。图9-19天线规划天线规划分如下两部： 1、 掌握公众区域、商业区等不同干扰条件、不同建筑类型的天线配置原则。目的是为了对室内天线系统进行了解。 2、估算路径损耗。手算或利用TEMS prediction等软件。天线配置示例： 办公区域内用单天线 图9-20列出了办公区域内的单天线解决方案。图9-20要求：实际情况是本建筑明显高于周围建筑。周围频率复用紧密，对室内干扰严重。为了达到充足的C/I，要求信号强度大于-65dBm。解决：为了解决覆盖，一付全向天线安装在中心区域。天线输出功率30dBm。效果：如图9-20，第6第7层全覆盖。但第5层阴影部分未能覆盖。覆盖边界不能控制。除了设计区域，信号还覆盖到其他几层。覆盖区内信号变化明显，在天线周围信号高达-25 dBm。结论：1、 设备和安装成本比分布式低。2、 解决局部覆盖可能困难。3、 更高的C/I要求。4、 边界难于控制。办公区域内用分布式天线另一套解决方案是在三层中分别安装分布式天线。图9-21要求：同上。解决：分布式天线系统由11付天线组成。分定向和全向天线。天线输出功率6dBm。安装位置都不靠近外墙。效果：全覆盖。信号强度对周围影响较小。结论：分布式天线系统能自由控制覆盖边界。与单天线相比，覆盖效果更好、干扰更低。特别适合于对通信质量要求高的的高层商业建筑。关键是在能观察到室外基站的视距内尽量采用多天线并降低输出功率，以降低相互干扰。覆盖预测 就象OKUMURA-HATA模型已发展成宏蜂窝的覆盖预测模型一样，KEENAN-MOTLEY模型已发展成室内覆盖的预测模型。此模型已被COST231（估计为爱立信的软件名）所采用，并包含一个在图13-22中看不到的3D界面。此工具计算天线和预测点之间的墙体损耗并加上自由空间损耗。下面列出了不同墙体的损耗参数： 办公室等的石膏墙 2dB 楼梯井和停车场等混凝土墙 5dB设计者分布好天线、馈线、BTS等，程序即可快速计算出信号强度。预测图如图9-22。图9-22此模型计算出的强度在特定的位置可能偏低。在远离天线的走廊尽头就可能如此。原因在于此模型仅考虑到墙体的损耗而未考虑到沿着走廊的反射和衍射。手动估算路径损耗对900M而言，KEENAN-MOTLEY模型可写成如下形式： L 天线间的路径损耗（dB） d 收发间的距离。（m） Nw 收发间墙的数目 W 墙的损耗因子（dB）对1800M而言，以上公式中自由空间路径损耗增加6dB，此图也适用于1900M。自由空间路径损耗与距离对应关系如图9-23图9-23 墙体总的损耗为穿透的墙体总数与墙体衰减因子的乘积。图9-24更详细的模型是考虑到楼层损耗和特定距离后因衍射、散射、障碍物阻挡、干扰等而造成损耗增加，计算公式如图9-24。图9-25图9-25 列出了墙体损耗和距离的经验公式。（注：经验公式，与上页的计算公式不相关）图9-26 列出了不同楼层损耗的简单对应关系。图9-26室内系统的分布天线 室内如果话务低采用单基站，天线安放位置尽可能使信号平衡，如图9-27。图9-27当室内配置数个基站时，为了避免同频干扰必须保证足够的距离。推荐为4层。为了平衡信号强度，复用层间天线建议采用锯齿状安装方式（同上）。然而，采用图9-28将使频率规划和安装更容易。图9-28当室内配置数个基站且采用紧密复用时（1或2层间隔），为了取得良好的C/I，建议复用层间天线安装在相对统一位置上。此种频率复用方式不建议在室内系统中采用。建筑内同层水平复用不建议使用。射频电磁辐射爱立信已对900M和1800M的室内天线进行了电磁辐射的测量和计算。测量方式是测量沿天线最大辐射方向，在距天线表面5厘米处的输出功率。结果显示辐射能量低于WHO，IRPA/ICNIRP，CENELEC，IEEE/ANSI，FCC等安全标准。因此，对天线的电磁辐射并不存在特殊的要求。安装和维护人员在天线周围工作不会造成任何伤害。尽管如此，仍建议不要将天线安置在易接触到的地方或人周围，因为这样会影响天线性能。同时，将天线分开放置将减少人们对天线的关注。理论上的位置不一定适合安装。如天线安装位置靠人体太近、障碍物影响天线方向图、无法安装天线。需要注意的是业主经常提供天线安装位置。在安装前确保这些位置适于安装。这将节省很多工作。考虑其他非推荐位置也是必要的。注意不要将天线安装在馈线施工困难的地方。例如，在天线和馈线井之间有承重墙。通常全向天线安装在屋顶、定向天线安装在墙上。模拟覆盖区测量模拟覆盖区测量用于验证天线系统能否提供满意的覆盖。一次可以测量一个或数个天线点。测试方法为将发射机连到天线上用移动接收机接收。如图9-29。发射设备为了产生需要的测试信号，可灵活安装一个或数个TEMS发射机。TEMS发射机是一种发射频段为GSM下行频段的小设备。输出功率在20至27dBm（GSM900/1000）或22至27dBm（GSM1800）之间可调。如外加衰减器，输出功率范围为2至27dBm（GSM900/1900）或4至27dBm（GSM1800）。可选择BCCH频率（其他时隙内为未调制载波）。接收设备推荐接收设备采用轻型TEMS。一个TEMS手机连到手写掌上电脑。掌上电脑内置简化的TEMS PC 程序，但具有在扫描图上设定（天线）位置点的功能。LOG FILE中的信息可以在扫描图上以特定窗口显现出来。测量结果可以输出到TEMS中进行特殊建筑内的预测模型计算。如果没有轻型 TEMS，可采用标准TEMS设备或TMR。快速覆盖预测可以采用TEMS POCKET。这是一种带有某些TEMS功能的手机，但不能连接电脑。可以通过在TEMS POCKET上锁