室内分布系统设计与应用.ppt

中讯设计 2006年8月 室内分布系统设计与应用 2 前言 随着移动通信的快速发展 网络规模的不断扩大 基站数量的不断增加 GSM网在城市的室外已基本做到了无缝覆盖 话音质量也得到不断地完善和提高 但随着广大移动用户对移动通信服务质量要求的不断提高 在满足于良好室外移动通信服务的同时 也要求在室内 特别是星级酒店 大型商场 高级写字楼 娱乐场所 会展中心 超市 地下停车场等 能享受优质的移动通信服务 3 内容纲要 存在问题方案设计室内分布系统的优化实例分析小结 系统组成 目标选择 类型选择 设置原则 目标指标 设计指标 电平估算 传输确定 4 通话质量存在问题 由于都市中的建筑物越来越来密 越来越高 再加上全封闭式的外装修 增大了对无线电信号的屏蔽衰减和干扰 使室内覆盖的电平较差 通话质量严重下降 突出表现在以下几个方面 在一些高层建筑的底层或地下建筑物及某些超高层大厦的上部 基站信号通常较弱 存在部分盲区 例如 在大型建筑的低层 地下商场 地下停车场等环境下 基站接收信号十分微弱 导致手机无法正常使用 在一些大型建筑的高层部分 进入室内的无线信号非常杂乱 既有附近几个基站的信号 也有不远处基站的信号通过直射 折射 反射 绕射等方式进人室内 导致室内接收信号忽强忽弱极为不稳定 同频 邻频干扰十分严重 在一些大型建筑的中间楼层 由于基站的设置密度平均小于800米 手机可以接收到周围多个不同基站的信号 使基站信号发生重叠 产生乒乓效应 严互影响了手机的正常使用 在一些建筑物内 虽然手机能够正常通话 但是用户密度太大 信道十分拥挤 手机上线困难 例如有些高级写字楼 人员流动大的商场等 5 通话质量存在问题 上述环境产生的结果是使手机在空闲状态时小区重选颁繁 在通话过程中频繁进行切换 话音质量差 掉话严重 因此 如何解决好室内信号的覆盖问题 满足广大用户的需求 提高网络质量 成为网络优化工作的一个重点 为解决以上所述的室内信号覆盖不理想的问题 最有效的解决方法是在建筑物内设置室内覆盖分布系统 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 再返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 为楼内的每一个移动通信用户提供稳定 可靠的室内信号 确保正常的通信 6 方案设计 系统组成 室内分布系统主要由三部分组成 信号源设备 微蜂窝 宏峰窝基站或室内直放站 室内布线及其相关设备 同轴电缆 光缆 泄漏电缆 电端机 光端机等 干线放大器 功分器 耦合器 室内天线等设备 7 信号源 按信号源的不同 室内分布系统可分为蜂窝室内分布系统 宏蜂窝 微蜂窝 和直放站室内分布系统 峰窝系统的优点 信号稳定 可靠 通信质量好 可以有效地吸收话务量 适用于话务繁忙区域的室内覆盖 缺点是工程一次性投资大 还要解决传输线路等问题 且受宏峰窝基站地理位置条件的限制 因此蜂窝型大多应用于星级酒店 高级写字楼等比较大型的室内建筑 直放站系统是将空闲小区的信号引到室内 实现话务分担 具有投资省 安装方便快捷 可以很快解决信号弱和盲区问题 缺点是需要进行预先频率规划 且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 易造成对其他基站的干扰 不利于网络管理 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 8 设备 按采用设备的不同 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 目前采用较多的为无源系统 无源天馈分布系统为信号源通过耦合器 功分器无源器件进行分路 经由馈线将信号尽可能平均地分配到每一副分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上 从而实现室内信号的均匀分布 解决室内信号覆盖差的问题 其特点是 器件稳定性好 造价较低 成本主要为功分器 耦合器及馈线 为克服馈线远距离传输的损耗 竖井馈线多采用低损耗的1 2馈线 当覆盖范围比较大 馈线传输距离比较远时 需增加干线放大器补偿信号损耗 无源天馈分布系统能有效地将无线射频信号引入室内以及其它宏峰窝所不能覆盖的地方 提供无缝的射频覆盖 从而解决盲点 热点以及由于频繁切换引起的掉话等问题 9 布线材料 按布线材料的不同 室内分布系统也可分为同轴电缆系统 光纤系统和泄漏电缆系统 同轴电缆是最常用的材料 性能稳定 造价便宜但线路损耗大 大型同轴电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作信号放大接力 光纤线路损耗小 不加干线放大器也可将信号送到多个区域 保证足够的信号强度 性能稳定可靠 但在近端和远端都需要增加光电转换设备 系统造价高 适合质量要求高的大型场所 泄漏电缆系统不需要室内天线 在电缆通过的地方 信号即可泄漏出来 完成覆盖 泄漏电缆室内分布系统安装方便 但系统造价高 对电缆的性能要求高 通常一般不采用这种方式 10 设置原则 目标选择 建筑高度九层以上 建筑面积大于1万平方米 多话务量的楼宇以及高档住宅小区 实测信号强度在 80dBm 90dBm以下 信号覆盖不均匀 有盲区 弱区 信号较强 但切换频繁 通话质量差 流动人口较多的商场 超市 购物中心 批发市场等 影响面大的宾馆 饭店 写字楼 娱乐场所等 容易产生信道拥塞的建筑物 11 设置原则 设计指标 移动用户忙时话务量0 02er1 用户 话音信道呼损 TCH 2 控制信道呼损耗 SDCCH 1 同频干扰保护比 C I 12dB 不开跳频 C I 9dB 开跳频 邻频干扰保护比 200KHz邻频干扰保护比 C I 9dB400KHz邻频干扰保护比 C I 41dB 12 设置原则 目标指标 根据现场实测和OMC统计 室内通话质量良好 无乒乓切换发生 95 室内覆盖 保证在95 以上所需要室内覆盖的地区 不论空闲和通话状态用户占用室内信道 95 室内用户占用 保证95 以上的信道占用由室内用户产生 并尽可能达到100 无信号泄漏 保证室内信号不对室外网络产生干扰 室内信号在覆盖边界 如窗口 在保证室内通话基础上不会太强 环保性 保证室内信号在规定的最高电平以内 一般规定在人员经常停留地区最高信号接收电平不超过一25dBm 通常情况 窗口电平应保持在 75 80dBm 如果有干净频段 此范围应在 85 75dBm 13 类型选择 在信号杂乱且不稳定的室内无线环境中 避免使用室内直放站引入基站信号 代之以微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源 例如在开放型的高层建筑中 通常选择蜂窝作为室内分布系统的信号源 来达到抑制干扰 保证通话质量的目的 在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中 如果通过定向天线可以取得较纯净且稳定的基站信号的条件下 可以考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引人设备 例如对于隧道 地铁车站 地下商场 酒吧等饮食娱乐场所以及其它信号屏蔽严重的场所 可以考虑用室内直放站引入基站信号 但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰问题 在室内用户集中 话务拥塞的条件下 又不便通过增加室外宏基站的容量和数量的方式来解决 可以考虑通过建设蜂窝室内分布系统来分流话务量 改善用户通信质量 对于话务需求量不大 面积较小的场所 宜采用直放站作信源引入设备 同轴电缆作为信号传送媒介的无源系统方案 既保证覆盖效果 又节约投资 对于话务需求量大的大型场所 如商场 机场 码头 火车站 汽车站 展览中心 会议中心等场所 宜直接选用基站 宏峰窝或微峰窝 作室内分布系统的信号源 对于通信质量要求特别高的高档酒店 写字楼 政府机构等场所 可以考虑采用蜂窝基站做信号源的光纤室内分布系统或是有源电缆方案 来保证高质量的覆盖效果 14 传输确定 根据信源的不同 传输方式可分为以下几种 蜂窝信源的传输方式为吸收话务量或在直放站方式因种种原因不适宜的情况下 采用2载频的微蜂窝或宏蜂窝作为信源 该类型的传输可通过光缆或微波 将BSC与蜂窝基站相连 蜂窝基站信号输出端接到室内覆盖系统的天线输入端 该方式可使用一个2M的传输容量 直放站信源的传输方式由于直放站可分为射频直放站 空间耦合 和光直放站 直接耦合 两种方式 由于需要建设室内覆盖系统的建筑物远离宏蜂窝基站 故采取将宏蜂窝基站某一扇区的信号进行光电转换 通过光纤传至需要的建筑物内 进行反转换后通过直放站进入室内分布系统的输入端 从空中取附近某基站的某一扇区信号作信号源 通过直放站进入室内分布系统的输入端 15 手机接收电平 Po Gt L其中Po是传输信号输出功率 Gt天线增益 L是链路损耗 L Ls十Lz LdLd为多径损耗 Lz为阻挡损耗 Ls为自由空间损耗 自由空间的电波损耗为 Ls dBm 20lg 4 df c 20lg 4 C 20lg f 20lg d 其中 d为传输距离 单位为mf为电波频率 单位为Hz 取890 960MHz 取900MHz c为光速 取3 108m s 电平估算 16 不同距离的损耗如下 电平估算 普通大楼建材和结构的平均阻挡损耗 17 多径损耗取10dB假设无线端口的下行输出功率为6dBm 天线增益为3dBm 则距每个远端天线口lm处近处所对应的场强为 Plm 6dBm 3dBm 31 5dBm 22 5dBm若天线在石膏或木质天花板内 考虑板耗为5dBm 在天线下实际场强约为一27 5dBm 天花板上面空间基本上为净空 电磁波受阻较小 传播到较远处 衰减较小 各个方向传播途中 电磁波可以反射 绕射和穿透 则距每个天线20m处 综合考虑电波传播中建筑结构的衰减 这里取10 20dBm Lz 计算 则对应的场强为 P20m 6dBm 3dBm 57 52dBm Lz 10dBm 68 52 78 52 dBm 电平估算 18 合理设置邻区关系 假设作为室内分布系统信号源的小区为CELL1 所有与CBLL1有相邻关系的小区都将CELL1设置为其相邻重选小区和相邻切换小区 而CELLl则不设置任何相邻重选小区和相邻切换小区 而仅设置几个在出口处信号较强的小区作为相邻重选小区和相邻切换小区 当手机占用室内分布信号工作时 不允许其进行小区重选和切换 来保证良好的通信质量 当手机选择非室内分布系统信号作为服务小区时 允许其重选或切换到室内分布系统信号 一旦进入 就不可能再出去 从而保证通信质量 室内分布系统的优化 19 调整基站的切换电平 使手机在使用时切入容易 切出难 主要调整功率预算的切换边界 提高功率预算的值 从而阻止相邻小区之间的乒乓切换 提高基站的接入电平门限值 保证通话质量 由于对室内分布的场强要求是建筑面积的95 必须是在 85dBm以上 所以对于基站的接入电平门限的定义和室外型基站是不一样的 接入电平门限值定义的比较高 室内分布系统的优化 20 某一宾馆 楼高九层并设有负一层 每层结构一样 见图4 1 可将基站信号经二功分器分别送至2层和7层的设备间作为两个接点 然后由2层将信号分别引至负一 一 二 三 四层 由7层将信号分别引至五 六 七 八 九层 具体见图4 2 电平计算 馈线采用1 2 馈线 损耗为7 9dB 100m 耦合器 功分器的各参数见图4 2中 天线为吸盖天线 增益为3dBi 则九层104天线入口处的电平为 P 30 0 9 3 5 3 5 l 5 1 5 3 5 60 0 079 10 86 dBm 由于天线是安装在吊顶上部 因此在距离5米的房间内的信号功率为 Po 10 86 3 45 48 5 20 10 66 62 dBm 满足目标要求 实例分析 不同型号的馈线在不同的频段损耗如下 21 图4 1 实例分析 22 实例分析 图4 2 23 设备图片 各种型号天线 功分器 耦合器 合路器 24 天线 八木天线 吸顶天线 板状定向天线 25 这个例子仅针对GSM900M来分析的 实际设计会有很多的其他复杂情况 合路两个网络或者以上更对的网络如 移动的GSM900 DCS1800 联通的GSM900 DCS1800和CDMA800 中国电信 网通的PHS WLAN 数字集群及其他通信系统 可能还有在不久的将来会存在WCDMA CDMA2000 TD SCDMA3G系统 这些不同运营商不同的网络可能会在同一建筑物内建设 这就需要对各个系统进行合路 以期达到理想覆盖效果 干放对于比较大的楼宇 由于馈线长和无源器件等好多损耗 需要在距离信号源较远 衰减很大 信号很差的地方进行信号放大处理 以期合理利用信号源 达到预期的覆盖效果 其他 26 对于生活小区 类似于行例阵的规则小区 可用馈钱从信号源将信号引至各个信号较弱的地区 将小型天线加注在小区内的电线杆 路灯 楼顶等处 从而解决信号地覆盖 隧道及盘山公路 隧道内可采用泄露电缆 也可采用将天线均匀地分布到隧道内 山区公路可将信号同功分器分成多路 用馈线 根据距离这用馈线的程式 引至公路转弯处 加装高增益定向天线进行覆盖 同时加装干线放大器继续布放到下一个弯处 由于噪声的原因 与有线电视一样 不可过多地加注干线放大器 实现全程覆盖 另外 在实际建设过程中 基站输出可将900 1800及C网进行合路 以求得容量的增加 对于信号的传输可采用光缆 干线放大器等手段 传至需要覆盖的室内 室外 从而灵活使用 室内分布系统 的概念 最大限度地发挥室内分布系统作用 其他覆盖方式 27 室内覆盖问题从广义上来讲 不仅仅是对室内盲区的改善 同时也应包括对室内移动通信话音质量 系统容量的改善 除了对诸如地下室 各楼层屏蔽性场所信号的引入外 同时也应对一些建筑物高层部分因接收到来自各个方向的杂乱且不稳定信号而造成的容易掉话 断线 切换不成功等问题进行改善 室内覆盖系统的建设 可以较为全面地改善建筑物内的通话质量 提高移动电话接通率 减少弱信号断线 提高网络指标 增加业务量 开辟出高质量的室内移动通信区域 同时 使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝的话务 增加网络容量 使室内话务在室内吸收 减少同频干扰 从整体上提高移动网络的服务水平 同时 室内覆盖的改善 对于提高工程项目的技术等级 为业主 用户提供更好更完美的随时随地的通信服务 提高市场竞争力和知名度具有重大意义 小结 28 中国移动目前2G已经有一个非常庞大的网络 大概有十九万台的基站 室内覆盖系统大约在五六万台左右 20