住宅小区无线覆盖优化解决方案[1]

精品文档 1欢迎下载 住宅小区无线覆盖优化解决方案住宅小区无线覆盖优化解决方案 龚南平 中国联通南通分公司移动部 226001 摘要 自无线通信运营商开始室内分布系统建设以来 明显的改善了移动用户在室内通话质量 分 担了室外宏蜂窝基站的话务量 前期的室内分布系统主要围绕着宾馆 写字楼 商业广场等话务 热点的覆盖 随着用户对网络服务质量要求的提高 对住宅小区的深度覆盖成了无线通信运营商 的主要课题 由于无线电波的绕射能力差及穿透建筑物的衰耗大 虽然无线通信运营商对网络进 行了多种多样的优化工作 但城市中大多数住宅小区或多或少的存在弱信号区和盲区 因此 如 何解决好住宅小区的室内信号覆盖问题 满足广大用户的需求 提高网络质量 已变得越来越重 要 也成为网络优化工作的一个重点 本文详细阐述了关于住宅小区深度覆盖的几种解决方案 关键词 小区覆盖 电磁环境 传播模型 1 1 概述概述 随着社会经济的不断发展和城市建设的日新月异 城区密集型居民小区楼宇不断增多 电磁环境 地理环境及建筑环境日益复杂 电磁传播环境发生了很大变化 近年来 中国 联通一直致力于网络覆盖的完善和优化 在针对城市公用高层建筑和地下设施的无线覆盖 系统基本建成并日趋完善的同时 为满足用户越来越高的通信需求 住宅楼和居民生活区 GSM CDMA 无线信号覆盖已日显重要 尤其是现代高档住宅楼群和居民小区将成为网络运 营商的竞争对象 住宅楼群和居民小区的结构 性质和以往我们实施室内分布系统时的那些商业网点和 写字楼有很大区别 工程难度大 技术复杂 解决好住宅区室内信号问题 是中国联通打 造精品网络 提高客户满意度的重要举措 本文旨在通过对住宅楼群和居民小区无线信号 特点的分析 针对实例 提出切实可行的解决方案 并通过实施和实地测试 2 2 理论分析理论分析 2 12 1 实际电磁环境与建筑结构实际电磁环境与建筑结构 移动通信的电波传输是错综复杂的 在设计移动通信系统时 一个最重要的问题是要 知道系统覆盖区内每个接收点接收信号的强度以及它的波动变化情况 由于各个建筑物对 电波的吸收能力是不同的 不同材料结构和楼房层数 其吸收损耗数据都不一样 例如 砖石材料吸收损耗的数据较小 钢筋混凝土的数据大些 钢架结构的数据最大 一般介绍 的经验转播模型都是以街心或空阔地面为假设条件 故如果移动台要在室内使用 在计算 传播损耗和场强时 需把建筑物的穿透损耗也计算进去 即 Lb Lo Lp 式中 Lb 为实际路径损耗中值 Lo 为在街心的路径损耗中值 Lp 为建筑物的穿透损 耗 另外 还有普通玻璃窗的损耗 一般为 3 6db 对于手持机 当位于使用者腰部和肩 部时 接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低 4 7db 和 1 2db 一般人 体损耗设为 3db 一般情况下 Lp 不是一个固定的数值 而是一个 0 40db 的范围 需根据具体情况而 精品文档 2欢迎下载 定 此外 穿透损耗还随不同的楼层高度而变化 损耗值随楼层的增高而近似线性下降 2 22 2 设计所用的传播模型分析设计所用的传播模型分析 从电波传输特性分析可知 从基站到住宅室内信号的传播损耗主要有空中传播的路径 损耗和由室外向建筑物内传播的穿透损耗 市区覆盖距离大于 1km 的基站可用 Okumura Hata 经验模型进行传播损耗的预测 Lo db 69 55 26 16log F 13 82log Hb 44 19 6 55log Hb log D Hm 其中 Lo 为路径损耗 Hb Hm 分别是基站 手机有效天线高度 m Hm 天线高度修正因子 db Hm 1 1log F 0 7 Hm 1 56log F 0 8 D 为到基站的距离 km F 是频率 MHz 是市区建筑物密度修正因子 db 欧洲研究委员会 COST231 传播模式小组根据 计算市区环境的估算结果并结合一些处 理街道走向的修正函数 得出了 COST 231 Walfish Ikegami 模式 也就是所谓的微蜂窝模 式 在这种情况下 基站一般安装得比较低 电波传播由周围建筑物的绕射和散射来决定 也就是主射线在街道组成的峡谷内传播 它的传播特性和自由空间的传播特性是有差别的 街道峡谷传播模型如下 L 42 6 26lgD km 20lgF MHz D 0 02km 式中第一个常数是这样确定的 即 L 等于 D 20m 时的自由空间损耗 我们根据这个理论依据 以小区室外信号最差处设计 如果该处 F 800MHz H1 21m H2 1 5m D 0 2km 得到 L db 83 5 db 加上当地的附加损耗 从而算出从发射机到移动台的传输损耗 以此来作为预测的依 据 3 3 住宅小区分类和不同覆盖特点住宅小区分类和不同覆盖特点 居民住宅小区无线覆盖既不同于城郊结合部的室外直放站 也不同于公用高层大楼的 室内覆盖 由于小区类别的不同 它们又有各自不同的覆盖特点 3 13 1 城市高档别墅区城市高档别墅区 城市高档别墅区一般位于市区或市郊 小区占地面积大 房屋间距较大 对信号衰减较 小 一般来说 如果小区附近建有基站 小区内的信号覆盖一般较好 3 23 2 城市高档住宅区城市高档住宅区 城市高档住宅区一般位于市区或市郊 小区内房屋以多层和高层建筑为主 存在的问 题主要是由于乒乓效应引起的中高层的通话质量和电梯内的信号覆盖 而多层住宅由于房 屋间距较小 信号衰减较大 室内覆盖较差 尤其是小区内低层的信号覆盖较差 用户投 诉较多 3 33 3 城市密集型住宅区城市密集型住宅区 城市密集型住宅区一般位于市区老城区 小区内房屋以多层建筑为主 存在的问题主 要在于多层住宅房屋密集 多层建筑间距小 信号衰减大 室内覆盖较差 特别是小区内 低层室内的信号覆盖差 造成用户投诉较多 精品文档 3欢迎下载 3 43 4 城郊及农村居民住宅区城郊及农村居民住宅区 城郊及农村居民住宅区位于市区老城区 城郊和农村 房屋一般不超过三层 房屋密 集程度极高 间距很小 对无线信号的衰减大 室内信号差 用户投诉也较多 同时 这 类房屋一般附近没有高大建筑 解决覆盖难度较大 3 53 5 农村高档别墅区农村高档别墅区 农村高档别墅区位于农村 一般为三层以下建筑 房屋密集 对信号衰减较大 室内 尤其是底层的覆盖较差 由于农村高档别墅区的住户一般是当地比较富裕的私营业主或比 较富裕的人 这些人往往是手机话费较高的大客户 因此做好这类小区的覆盖有比较重要 的意义 4 4 解决城市密集型住宅区覆盖的主要技术方案解决城市密集型住宅区覆盖的主要技术方案 4 14 1 光纤耦合室外分布方案光纤耦合室外分布方案 此方案特点是 信号纯净 通话质量好 对基站无干扰 能实现点对多点小区覆盖 前提条件是小区到信源耦合接入基站之间有光缆传输 分布覆盖借用小区已有的线缆通道 到大楼的现状设计实施 因而其投资较少 覆盖效果良好 但也正因为在小区到信源基站 之间敷设传输光缆和在小区内要借用地下线缆通道 故而建设工期较长 难度相对较大 此方案可彻底解决整个小区的室内覆盖 精品文档 4欢迎下载 4 24 2 无线引入光纤室外分布方案无线引入光纤室外分布方案 光纤无线引入室外分布覆盖同光纤耦合引入室外分布覆盖方式在远端覆盖设备及工程 上保持一致 它是光纤分布的另一种引入方式 做法是在覆盖小区边缘群楼楼顶选择一个 信号质量相对较好的位置 同时考虑隔离度确保系统正常 在此位置架设一施主天线接收 基站信号 通过局端设备滤波放大后将射频信号转换成光信号 光信号通过在小区内敷设 的光缆传输到每一个远端设备 转换成射频信号放大后进行覆盖 此种接入方式是在宏蜂窝基站与覆盖区之间没有光缆时或敷设光缆施工困难时采用 它的优点是信号源选择较为灵活 光缆施工比宏蜂窝基站耦合接入工程量小 施工容易 光缆只在小区内敷设 协调相对简单 20m20m 精品文档 5欢迎下载 4 34 3 无线直放站覆盖方案无线直放站覆盖方案 此种方式的特点是 在光缆施工中如果存在较大的困难 导致光缆无法施工 满足要 求时 在小区内光缆敷设及在小区内楼顶安装设备较难实现的情况下 可以采用 无线直 放站覆盖方式 此方案在小区内作业范围小 对小区总体影响不大 较易协调 且工程量 小 施工容易 工期短 可以从不同宏蜂窝基站接入信号 容纳的用户数较多 无线直放站 GSM 双 频 合 路 器 无线直放站 CDMA 1 2 功 分 2 1dB 30m 25 6dBm 2 8dB 40m 双 频 合 路 器 29 5dBm 2 1dB 30m 无线直放站 GSM 无线直放站 CDMA 26 3dBm 40m 40m 40m 40m 33dBm 33dBm 33dBm 33dBm 精品文档 6欢迎下载 5 5 城市密集型住宅区覆盖覆盖解决方案实例城市密集型住宅区覆盖覆盖解决方案实例 5 15 1 概述概述 南通市学田南苑住宅小区位于南通市工农路东侧 学田南路 东经 120 52 387 北纬 32 00 532 学田南苑由 52 栋 2 至 4 单元多层组成 小区楼宇较为密集 均为 6 层结构 附 1 为车库及杂物间 1 至 6 层为住房 学田南苑总占地面积约 135 亩 总建筑面积约 30 万余平方米 其建筑为钢筋混凝土 砖混 结构较为复杂 对信号衰减较大 楼宇室内相 当一部分区域手机信号较弱且出现脱网 联通 G 网 C 网 用户通信困难 用户强烈要求 改善网络通信质量 该小区约有住户 1800 户 每户以 3 人估算 共有人口 5400 人 小区工作人员约 80 人 小区总人口数量达 5480 人 拥有手机人数以 70 估算 中国联通用户占比例以 50 估算 小区中国联通用户总数量达到 1918 部 每用户的估算话务量约为 0 013 爱尔兰 总需求容 量 24 934 爱尔兰 5 25 2 现场示意图现场示意图 精品文档 7欢迎下载 5 35 3 小区覆盖实施前电测环境说明小区覆盖实施前电测环境说明 经现场测试 覆盖区域周围楼宇密集 小区室外 G 网信号强于 85dBm 的覆盖面积为 82 41 通话质量优于 4 级的覆盖面积约为 67 66 小区室内 G 网信号强于 85dBm 的覆盖 面积为 16 24 通话质量优于 4 级的覆盖面积约为 29 9 小区室外 C 网信号强于 85dBm 的覆盖面积为 96 1 Ec Io 9dB 的覆盖面积约为 67 7 FER 9dB 的覆盖面积约为 52 5 FER 1 的覆盖面积约为 58 54 在小区西北方向大约 300 米处有联通基站 但基 站到小区之间有较高层建筑阻挡 根据现场勘测 小区过道 社区绿化带及公共室外健身 场所的信号基本能正常通信 而在小区楼宇室内 大部分区域信号弱 通信质量差 切换 频繁 无法建立正常通信 网络质量不能满足用户需要 5 45 4 设计思路设计思路 精品文档 8欢迎下载 根据学田南苑现场勘测结果及周围环境因素 在信源的引入方式上 我们首选为光纤 引入 因为整个学田新村住宅区整体规模较大 学田南苑仅为其中的一部分 考虑到今后 整个小区的网络优化及建设方面 每个园区之间不能相互影响 产生干扰 保证整个网络 稳定 可靠运行 常规的引入方式还有移频微波 无线接入两种方式 移频微波虽然有不 需敷设光缆之优势 但作为城区 干扰源较多 网络间会产生相互干扰 使得网络的整体 指标下降 一般情况我们建议在城郊 用户不太密集 基站相对较少的区域使用 只需要 做单网覆盖时使用 无线引入的方式 由于他对建设点的特殊要求 只有在满足足够隔离 度的情况下方可实施 一般无线引入多用于小范围覆盖 且不会对周围基站产生干扰的情 况下采用 结合以上各项因素 本次方案采用光纤引入的方案实施 即方案 4 1 信源选择有两种 一种为微蜂窝直接接入 另一种为宏蜂窝耦合引入 在两种信源的 选择上 微蜂窝接入一般用在用户数量较多 业务量比较繁忙 且用户较集中的区域 如 地铁 写字楼 大型公共场所等 设计时应尽量不使微蜂窝信号外泄 以免产生切换 掉 话 宏蜂窝基站耦合引入 作为小区覆盖来讲比微蜂窝接入合理 其一 它可使宏蜂窝基 站空闲信道得以充分利用 其二 对于整体网络优化不需对作过多的调整 耦合扇区只需 与覆盖区同一方向即可 不需对周边基站做相邻切换关系 所以本次工程方案首选宏蜂窝 基站耦合引入 分布方式上 考虑到整个小区没有架空线缆 馈线架设时不能影响小区整体环境 且 在满足覆盖要求的同时节省覆盖天线的数量 结合以上要求 我们采用在架设点楼顶四角 安装板式定向天线进行覆盖 5 55 5 天线分布平面图天线分布平面图 精品文档 9欢迎下载 5 65 6 电磁兼容设计电磁兼容设计 精品文档 10欢迎下载 由于小区内没有移动公司的基站 故联通不会对移动网络造成干扰 采用基站耦合 及光纤传输 避免了信号源引入 C 网和 G 网之间的无线干扰 同时所用设备在设计阶段 就已经解决了 C 网和 G 网之间的电磁干扰 指标较高 采用高性能的双频合路器和高性 能的基站天线 保证了整个系统的电磁兼容 5 75 7 边缘场强计算边缘场强计算 每个天线的覆盖半径约为 120 米 每个天线出来的信号穿透 1 堵墙 每堵墙衰减取 20 dB 地面 墙壁及天花等物体反射的多径传输衰落储备取 10 dB 路径总衰减 L L自由 L墙 L多径 L功 114 其中 L自由为传播 120 米的空间自由衰耗取 74dB L墙为信号穿透墙的衰减 20dB 900M L多径为多径衰落 10 dB L功为功率储备取 10dB 预测点场强 覆盖天线有效发射功率 路径总衰减 L 33 114 81dBm 根据以