联通室内外协同分布式覆盖解决方案v2.0(论文)

1 联通室内外协同分布式覆盖解决方案联通室内外协同分布式覆盖解决方案 摘要摘要 文章主要分析了密集市区 WCDMA 网络覆盖和建设现状 提出了具有创新的 室内外协同 精确覆盖 建设方案 并进行具体分析 给出了解决思路和相关方案 关键词关键词 WCDMA 密集市区 容量 覆盖 干扰 室内外协同 精确覆盖 1 1 前言前言 中国联通 WCDMA 网络为 3G 系统 承载业务包括语音 视频和数据等业务 网络已经升 级到 HSDPA 和 HSUPA 系统 可提供更高速的上下行数据业务 从而为客户带来 3G 时代丰富 多彩的业务体验 据统计 3G 时代 70 的业务发生在室内 尤其是密集市区的话务比重很大 因此密集 市区室内覆盖成为深度覆盖和优化建设的重点 但是由于密集市区的室外基站多 站间距 小 如果室内建筑单独建设室内分布系统 则需要避免室内外网络覆盖的相互干扰 这成 为当前 WCDMA 网络建设和优化的难题 本文通过分析密集市区室内外 WCDMA 网络覆盖现状 根据 WCDMA 系统特点和现有的覆盖 产品 提出在密集市区进行 室内外协同 精确覆盖 的建设方案 为中国联通 WCDMA 网 络的深度覆盖和优化方案提供参考 2 2 密集市区 密集市区 WCDMAWCDMA 网络覆盖现状网络覆盖现状 WCDMA 网络为 CDMA 系统 相对 GSM 系统其频率利用率高 容量大 业务类型多 数据 速率高等优点 但是也具有自干扰 呼吸效应明显 导频污染 软切换比例大等缺点 因 而 WCDMA 网络规划建设不能简单套用 2G 网络建设经验 需要进行更详细的室内外容量评估 业务类型考虑及更精确的覆盖方式 从而最大限度利用 WCDMA 系统特点进行优质网络建设 现阶段 密集市区 WCDMA 网络覆盖包括室外基站和室内分布系统建设 WCDMA 网络建 设周期较短 工程紧张 其特点为 室内外网络单独规划和建设 室内覆盖信源及方式单 一 无线解决方案和设备单调 WCDMA 网络建设更多地关注于网络覆盖 因而不断在室外增加站点和新建室内分布系 统 未能对室内外网络的容量 覆盖和干扰进行统一考虑 目前密集市区存在的主要问题 2 如下 主干道和高层窗边导频污染 室外和室内的软切换比例大 室内覆盖存在弱覆盖或盲区 传输不到位 站点无法开通 物业难协调 站址无法选择 由于密集市区 WCDMA 网络覆盖的质量仍未完善 导致部分场景的接通率低 掉话率 高 数据速率低等现象 从而影响了 3G 用户的业务体验 一定程度上影响了 3G 用户 数量的快速发展 3 3 密集市区 密集市区 WCDMAWCDMA 网络覆盖研究网络覆盖研究 2 12 1 密集市区特性分析密集市区特性分析 大中城市密集市区的典型特征是高楼林立 大多数建筑物高度在 30 米 10 层 以上 区域内有较多二十层以上的高层建筑物 高 中 低层建筑相间其中 部分建筑物庞大 有些建筑物还有一层或多层地下商业设施或停车场 地形较为平坦 道路比较宽 同时 又夹杂着低层建筑 和窄街道 在这些区域 运营商的高端客户较多 对 3G 业务需求量较高 尤其是数据业务需求量 大 因此容量需求较高 并且随着 3G 业务的开展 其后期扩容要求也较高 2 22 2 密集市区室内覆盖特点密集市区室内覆盖特点 密集市区内的建筑楼宇众多 由于楼宇墙体对于 WCDMA 信号衰减很大 为改善室内信 号质量 在楼宇内建设室内分布系统进行 WCDMA 信号覆盖 对于密集市区的室内覆盖 需重点关注高层建筑的信号覆盖 其室内覆盖特点为 楼房高且密集 话务高且分布不均楼房高且密集 话务高且分布不均 楼房层数高 具有不同覆盖场景 话务分布不均 中低层一般为商场超市 餐饮 娱乐场所 用户密集 话务量集中 高层一般为写字楼或宾馆酒店 一般为高档用户 对于数据速率要求高 室内信号外泄严重 干扰室外网络室内信号外泄严重 干扰室外网络 传统的覆盖方式 室内分布单独扰码建设 室外区域基站密集 室内分布系统信 号外泄到室外马路 影响室外网络质量 3 室外基站的越区覆盖 对室内造成干扰室外基站的越区覆盖 对室内造成干扰 室外基站天线挂高较高 选址和天线布放位置不合理 造成室外信号入侵室内 对室内造成干扰 影响网络指标 高层窗边导频污染严重 切换频繁高层窗边导频污染严重 切换频繁 窗边收到较多的室外基站信号 无主导频小区 导频污染严重 用户在此区域起 呼困难 切换频繁 影响了用户的 3G 业务体验 2 32 3 密集市区室内外网络结构密集市区室内外网络结构 现阶段 WCDMA 网络室内外网络结构及建设模式如下 1 室外基站三扇区覆盖 天线放置在铁塔上 每个扇区单独扰码 单载波设置 2 高层建议楼宇建设室内分布系统 室内外同频规划 室内小区单独扰码 室外站点单扰码覆盖范围较广 室内采用单独扰码覆盖 整个网络结构类似于一张渔 网 室内信号外泄及室外信号进入室内产生大量的软切换 浪费系统资源 F1 SC3 F1 SC1 F1 SC2 F1 SC5 F1 SC7 F1 SC6 F1 SC8 F1 SC9 F1 SC10 F1 SC14 F1 SC11 F1 SC13 F1 SC12 F1 SC4 4 图 1 现阶段密集市区 WCDMA 网络室内外覆盖示意图 由上图可知 由于室内外单独扰码进行网络建设 结合某市现网测试分析 密集市区 内室内小区软切换比例约 40 室外基站软切换比例约 60 70 室内外软切换比例差别较大 主要原因为室外基站和室内分布的重叠覆盖范围较广 而室内窗边区域的话务量较大 从而室外基站的软切换比例过大 其资源利用率低 同时 增加了导频污染的概率 网络质量将下降 3 3 密集市区密集市区 WCDMAWCDMA 网络网络 室内外协同 精确覆盖室内外协同 精确覆盖 方案方案 3 13 1 解决思路解决思路 针对密集市区站点密度大 话务分布不均 软切换比例过高 及导频污染存在 提出 室内外协同 精确覆盖 解决方案 方案要旨在于解决网络覆盖 网络容量 网络质量 和网络资源利用率 密集市区 WCDMA 网络 室内外协同 精确覆盖 示意图 图 2 WCDMA 网络 室内外协同 精确覆盖 方案解决思路 密集市区 WCDMA 网络 室内外协同 精确覆盖 的关键特点如下 1 1 室内外协同规划覆盖建设 降低 室内外协同规划覆盖建设 降低 WCDMAWCDMA 室内外干扰 室内外干扰 室内外容量统一规划 立体分层覆盖 室内信源外引街道站 室外精确覆盖 室内低层和室外同小区 降低室内外干扰 高层楼宇小区合并覆盖 提高载波利用率 5 2 2 信源及有源设备灵活选取 提高 信源及有源设备灵活选取 提高 3G3G 网络建设性价比网络建设性价比 容量需求高 选取基站或 RRU 扩大覆盖区 选取 数字光纤拉远 传输资源 选取 数字微波拉远 小功率覆盖 选取 干线放大器 3 3 室内外覆盖方式多样化 提高 室内外覆盖方式多样化 提高 3G3G 网络覆盖精确度网络覆盖精确度 街道小功率定向天线覆盖 减少软切换区域 室外天线反照射高层覆盖 高层信号覆盖好 高层建筑相互照射覆盖 降低高层导频污染 室内分布系统覆盖建设 提高室内信号质量 4 4 覆盖天线选择多样化 精确覆盖和便于安装 覆盖天线选择多样化 精确覆盖和便于安装 小增益板状天线 隐蔽 街道站址精确覆盖 高增益板状天线 隐蔽 高层建筑穿透覆盖 3 23 2 设计方案分析设计方案分析 3 2 13 2 1 设计原则设计原则 WCDMA 系统为自干扰系统 如何取得容量 覆盖 质量之间的平衡是方案设计的关键 所在 WCDMA 网络存在呼吸效应和软切换 系统设计的负载比例越低 载波数越多 呼吸 效应将大大降低 WCDMA 网络覆盖建设目的是构建少干扰 大容量的精品网络工程 对于楼宇密集区 具有很大的容量需求 增加容量可采用增加扰码小区和增加载波来扩容 直接增加扰码小区进行扩容 或小区裂分 将改变网络结构 单位面积扰码增加 软 切换比例增加 将影响浪费系统资源 同时也增加了导频污染的风险 合理规划室内外网 络扰码小区 通过增加载波来扩容 可有效提高系统容量 降低干扰 增加载波为优选扩 容方案 方案设计充分考虑容量 覆盖 质量之间的平衡 系统上下行负荷规划为 50 软切 换比例规划为 35 左右 覆盖采取多发射点 小功率的方式 有效控制单天线覆盖范围 降低导频污染区 提高网络业务质量 如何保证楼宇密集区 CDMA 网络的容量 覆盖 干扰和切换等性能指标 需要采用创 新的室内外协同覆盖解决方案 其主要特点为 室内容量为主 室内外协同覆盖 室内高室内容量为主 室内外协同覆盖 室内高 6 低层分区 多载波同频组网 多发射点 精确覆盖低层分区 多载波同频组网 多发射点 精确覆盖 思路 按照该解决思路 密集市区 WCDMA 网络覆盖建设的示意图如下 光纤拉远 微波拉远 F1 F2 SC3 F1 F2 SC2 F3 SC5 F3 SC4 F1 F2 SC1 F3 SC6 F3 SC4 图 3 室内外协同 精确覆盖 方案示意图 设计方案原则具体体现在如下几个方面 1 容量规划主要考虑室内覆盖的容量 室外容量为辅 2 室内外协同覆盖 室内外小区信源统一考虑 3 室外基站天馈调整或扇区合并 减少室外路面的 PN 码小区 4 室外和中低层楼宇同一小区覆盖 兼顾考虑主干道的覆盖 5 高层建筑高低分层同频覆盖 考虑未来扩容需求 6 灵活选取有源设备进行延伸覆盖 如 数字光纤 微波拉远和干放等 7 路面和街道采用射灯天线美化覆盖 并通过调整下倾角控制覆盖范围 8 高层补弱覆盖 通过调整天线上仰倾角覆盖 9 为减少物业投资 尽量利旧站址进行覆盖改造 建议采用美化天线 以降低 物业谈判的难度 7 3 2 23 2 2 容量分析容量分析 对于密集市区内每栋室内分布和室外道路的用户数情况 可采用两种方式进行估算 根据 GSM 网络话务量 估算出该片区的人流量情况 通过初步摸查每个片区建筑物内和室外人流量情况 预计出每个片区人流密 度 根据实际勘测的用户量和 GSM 网络估算的人口密度 选取最大值作为该覆盖区的最大 用户数 参考联通 WCDMA 手机用户比例 未来 3 年用户增长率 从而可估算出室内外协同 覆盖区域的相关话务容量 再根据客户等级 业务类型 业务比例 系统负荷等情况进行 室内外协同覆盖的小区划分 3 2 33 2 3 扰码规划扰码规划 从 WCMDA 网络综合性能考虑 设计方案以控制扰码覆盖范围 室内外协同规划为主 这 样既保证了网络的容量 也保证了网络的质量 并提高了网络的资源利用率 同时网络结 构也变的简单 扩容容易 维护成本也降低了 下图说明了网络容量和扰码规划的流程 如下 图 4 室内外协同 精确覆盖 方案的容量和扰码规划示意图 3 2 43 2 4 覆盖模型覆盖模型 密集市区集区室内外协同覆盖方案与以往传统的覆盖方案有所不同 本方案室外采用 美化天线和密集覆盖模式 因而 链路预算不能套用 HATA 模型 LEE 模型 WALFISCH IKEGAMI 等模型 8 本方案采用自由空间损耗传播模型 考虑无线环境的不稳定性及损耗和其它余量 具 体的覆盖模型定义为四类 一 街道站覆盖模型 二 天线对打覆盖模型 三 上仰天线 覆盖模型 四 住宅小区覆盖模型 1 1 街道站覆盖模型街道站覆盖模型 将现网室外基站天线降低 天线挂高尽量控制在 15 米以下 改造现网天线位置 从而 满足控制分区覆盖要求 利用多种覆盖手段进行街道站天线设计 街道站示意图如下 图 5 街道站覆盖模型 覆盖模型定向天线增益取 9dBi 天线挂高位于 4 层楼以下 天线口功率在 10dBm 15dBm 导频功率左右 天线下倾角 20 30 度 主要覆盖街道 100 200 米 信源来自室内分布系或该片区域同扰码小区的光纤拉远 是 小功率 密集覆盖 协 同规划 的重要思路 2 2 天线对打覆盖模型天线对打覆盖模型 在这种覆盖模型下 打入室内的信号和原室内分布系统为同一扰码 同时落在地面的 信号和分区扰码一致 避免发生软切换浪费系统资源 由于该种模型需信号穿透墙壁 因此天线口功率需在 25 30dBm 导频功率 从而保证 信号在室内覆盖的信号强度 9 图 6 高层天线对打模型 3 3 上仰天线覆盖模型上仰天线覆盖模型 在这种覆盖模型下 天线需按照在高层楼宇对面的裙楼或低矮楼顶 小于 7 层 天线 的上仰角度和天线安装位置 高楼覆盖的高度等有关 需选取定向天线 其增益取 11dBi 天线口功率在 25 30dBm 导频功率 从而保证信号在室内覆盖的信号强度 图 6 上仰天线模型 4 4 住宅小区覆盖模型住宅小区覆盖模型 对于住宅小区的覆盖 需在住宅小区周边楼宇楼顶建设覆盖天线 选取 11dBi 的定向 天线 天线口功率约 25 33 导频功率 由下往下对住宅小区的中低层楼宇进行覆盖 场景 举例如下 10 BTS BTS 覆盖单元 图 7 住宅小区覆盖模型 3 3 结束语结束语 密集市区的 WCDMA 室内外网络建设和优化 需重点考虑 WCDMA 网络容量 覆盖 干扰 和质量之间的平衡 需满足密集市区里用户对于 3G 业务的高性能要求 本文从导频污染 容量规划 软切换比例等方面进行分析 同时以 WCDMA 网络建设现 状进行分析 提出了密集市区 WCDMA 网络 室内外协同 精确覆盖 策略方案 并解决思 路 方案分析 工程实施进行了简要叙述 WCDMA 网络建设是一个不断动态更新的过程 网络结构的稳定性和扩容的便利性显的 尤其重要 本方案规划时 预留