硕士论文朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计.pdf

i 03 797 G 学位论文 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统 工程设计 杜晓军 指导教师张淑芳教授 侯志新高级工程师 申请学位级别工程硕士 专业名称电子与通信工程 学位授予单位连海事大学 2 0 0 6 年9 月 中文摘要 摘要 随着移动通信的发展 用户在大型建筑物 尤其是酒店 商务和商业中心 内使用移动电话所产生的话务量日益增加 需传送大量的语音和数据 因此室内 通信质量受到越来越多的关注 而在这些区域的覆盖方面 由于建筑物自身的屏 蔽和吸收作用 造成较大的无线信号传输损耗和弱场强区甚至盲区 在容量方面 这些区域的移动用户使用密度大 局部网络容量不能满足用户需求 在质量方面 由于高层建筑越来越密集 高层间频率干扰严重 多小区信号重叠导致乒乓切换 效应 话音质量难以保证 此外数据业务的应用对接收信号的质量也提出了更高 的要求 移动通信的室内网络覆盖及其容量和质量是运营商获取竞争优势的关键 因素 从根本上体现了移动网络的服务水平 是所有移动网络优化工作的主体 本文针对朝阳特殊的地形地势与建筑结构特点 介绍了当今应用广泛的几种 室内移动网络覆盖的传播模型 为研究室内移动网络覆盖提供了坚实的理论基础 同时提出了有效的解决室内移动网络覆盖的方案 对实际问题的解决有巨大的帮 助 对朝阳移动事业的发展具有深远的意义 该文结合目前国内外室内覆盖的实际情况 对朝阳的室内覆盖及将来的第三 代移动通信 3 G 技术发展趋势进行了分析 从而使文中对室内覆盖的方案设计与解 决在国内外保持领先的状态 而且在未来的3 G 通信中有广阔的发展空间 文中重点介绍了解决室内移动网络覆盖的设计思路 分别采用直放站 宏 微 蜂窝等为信源 以射频 光纤等为载体 引用移频等先进技术 以辽宁朝阳燕都 国际酒店为例详细分析了一个室内覆盖系统的规划设计过程 包括室内覆盖的设 计依据 设备的性能指标 设计的技术指标 对设计方案进行了可行性分析 从 而为此类高话务密集区的网络容量承载能力的提高提供合理的解决方案 目前 该室内移动网络的覆盖系统己经应用在朝阳燕都国际酒店 朝阳商业 城等重点区域 实践证明这些区域的移动网络覆盖得到了良好保障 达到了国内 领先的科学技术水平 关键字 室内覆盖直放站微蜂窝3 G 英文摘要 C h a o Y a n g Y a n d uI n t e r n a t i o n a lh o t e lw i r e l e s sn e t w o r ki n d o o r c o v e r a g ed e s i g n A b s t r a c t A l o n g 析mt h em o b i l ec o m m u n i c a t i o nd e v e l o p m e n t t h et r a f f i c l o a dh a sb e e n i n c r e a s i n gd a yb yd a y w h i c h i sp r o d u c e db yt h eu s e rm o b i l ep h o n e si nt h el a r g e s c a l e b u i l d i n g e s p e c i a l l yi nh o t e l c o n l m e r c ea n db u s i n e s sc e n t e r i n c l u d i n gt h ev o i c e sa n d d a t at r a 伍c s oi n d o o rc o m m u n i c a t i o nq u a l i t yh a sb e e np a i dc l o s ea t t e n t i o nt om o r ea n d m o m T h ef i r s ti st h ec o v e r a g eo fs i g n a l b e c a u s eo ft h es h i e l d i n ga n da b s o r p t i o n f u n c t i o no ft h eb u i l d i n go n e s e l f t h e r ea r eh e a v yw i r e l e s ss i g n a lt r a n s m i s s i o nl o s st o c a u s et h em o v ew e a ki n t e n s i t yo ff i e l dd i s t r i c tc v b l i n da r e ao fs i g n a l I nc a p a c i t y t h e d e n s i t yo ft h em o b i l es u b s c r i b e r so ft h e s ea r e a s i sS Ol a r g et h a ts o m ec a p a c i t yo f n e t w o r kc a n tm e e tt h en s e r sr e q u i r e m e n t s I nq u a l i t y t h es k y s c r a p e ri sb e c o m i n g i n t e n s i v em o r ea n dm o r e a n dm a n yd i s t r i c ts i g n a l so v e r l a pt oc a u s et h eP i n g P o n g h a n d o f fe f f e c t S Oi ti sd i f f i c u l tt og u a r a n t e et h es p e e c hq u a l i t y O nt h eo t h e rh a n d t h e d a t ac o m m u n i c a t i o ns e r v i c e sn e e dh i g h e rq u a l i t y S ot h ec o v e r a g eo fr a d i on e t w o r k t h e c a p a c i t ya n dt h eq u a l i t ya r et h ec o m p e t i t i v ef o c u sf o rw i r e l e s sc a r r i e r s w h i c hc a ns h o w t h es e r v i c el e v e l so ft h en e t w o r k s a n dw h i c ha l es u b j e c t so ft h eo p t i m i z a t i o no fa l l m o b i l en e t w o r k s I nt h i st h e s i s a c c o r d i n gt ot h es p e c i a lt e r r a i nt o p o g r a p h ya n dt h eb u i l d i n gf e a t u r eo f C h a o y a n g s e v e r a lk i n d so fi n d o o rr a d i op r o p a g a t i o nm o d e la r ei n t r o d u c e d w h i c hh a v e o f f e r e dt h es o l i dt h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o rs t u d y i n gt h er a d i oc o v e r a g es o l u t i o n S i m u l t a n e o u s l ys o m ee f f e c t i v e s o l u t i o n sf o rt h ec o v e r a g eo f i n d o o rm o b i l en e t w o r k sa r e i n t r o d u c e dt oh e l pt ot h ea c t u a lp r o b l e ms o l u t i o n S Oi ti ss i g n i f i c a n tt ot h ed e v e l o p m e n t o f t b em o b i l ec o m m u n i c a t i o nu n d e r t a k i n go f C h a o y a n g C o n s i d e r i n gt h ep r a c t i c a lc o n d i t i o n so nt h ei n d o o rc o v e r a g es o l u t i o ni nt h e d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lm a r k e t i th a sa n a l y z e d n ei n d o o rc o v e r a g es o l u t i o no f C h a o y a n gi nt h et e c h n o l o g i c a l d e v e l o p m e n tn n do ft h et h i r dg e n e r a t i o no fm o b i l e c o m m u n i c a t i o n 3 i nt h ef u t u r e A n di tk e e p st h el e a d i n gs t a t ef o rt h ei n d o o rc o v e r a g e s o l u t i o n A n dt h e r ew i l lb eaw i d ed e v e l o p m e n ts p a c ei nt h e3 Gc o m m u n i c a t i o ni nt h e f u t u r e 英文摘要 T h ep a p e ri n 仃o d u c e st h ek e yf a c t o r s i n c l u d i n gt h ec h o i c eo fs i g m al e s o u r c eu s e d r e p e a t e ro rM a c r os i t e t h ec a r r i e ru s e df i b e ro rr a d i of r e q u e n c y t h es h i f tf r e q u e n c y t e c h n o l o g ye t e A n di tt a k e st h eL i a o n i n gC h a o y a n gY a n d uI n t e r n a t i o n a lh o t e la sa n e x a m p l ei nd e t a i l t h ep a p e ra n a l y z e st h ep r o c e s so ft h ed e s i g n i n g P l a no fai n d o o r m o b i 诅ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m i n c l u d i n gd e s i g n i n gc o n s i d e r a t i o n st h a tt h ei n d o o r m o b i lc o m m u n i c a t i o ns y s t c m sp e r f o r m a n c i n g I n d e xo ft h ee q u i p m e n ta n dt e c h n i c a l i n d i c a t o rd e s i g n e d A n di te x p l a i n st h em e n t a l i t yo fd e s i g n i n go ft h ei n d o o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e mp r o j e c ti nd e t a i l a n di ta n a l y z e st h ef e a s i b i l i t yo ft h ed e s i g n i n g p l a n A n di to f t e nt h er a t i o n a ls o l u t i o nf o ri m p r o v e m e n to ft h ec a p a c i t yo fn e t w o r ki n t h i sk i n do f h i g h 锄ca l e a A tp r e s e n t t h i si n d o o rc o v e r a g es y s t e mo n e s e l f h a sb e e nu s e di nC h a o y a n gY a n d u i n t e m a t i o n a lh o t e l t h eC b a o y a n gc o m m e r c i a lc i t y m a n yk e yr e g i o n sa nS Oo n T h e p r a c t i c eh a sp r o v e dt h a tt h em o t i o nn e t w o r kc o v e ri nt h e s er e g i o n sh a so b t a i n e dt h e g o o ds a f e g u a r d i th a sa l s oa d f i e v e dt h ed o m e s t i cl e a d i n gs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yl e v e l A n di th a sa l s oa c h i e v e dt h el e a d i n gd e g r e ei nt h ew o r d K e yW o r d s I n d o o rs y s t e m R e p e a t e r M i e r o c e l l 3 G 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明 本论文是在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 撰写成硕士学位论文 弱田夔壑国医道厦玉缉囝鳖塞凼蕉羞丕缝王猩遮让 除论 文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在 文中以明确方式标明 本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经 公开发表或未公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 学位论文版权使用授权书 参 年 1 只l f B 本学位论文作者及指导教师完全了解 大连海事大学研究生学位论文提交 版权使用管理办法 同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 也可采用影印 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文 保密口 在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于 保密口 不保密面 请在以上方框内打 一 论文作者签名 导师签名 参腓为 日期 形年 霉玛f fB 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 第1 章绪论 1 1 室内分布系统简介 室内分布系统覆盖 简称室内覆盖 是针对室内用户群 用于改善建筑物内移 动通信环境的一种成功的方案 近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广 泛应用 室内分布系统其原理是采用宏蜂窝 微蜂窝或直放站为信号源 利用有源或 无源同轴电缆 光纤 泄漏电缆等分布式传输介质对无线信号进行室内分配 它是 一种极为灵活的覆盖方式 能够很好地满足大型室内覆盖以及地铁 电梯 隧道 的覆盖 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 开辟出高质量的室内移动通信区域 同时 使用蜂窝系统可以 分担室外宏蜂窝话务 扩大网络容量 从整体上提高移动网络的服务水平 室内分布系统主要由三部分组成 信号源设备 微蜂窝 宏蜂窝基站或室内直 放站 室内布线及其相关设备 同轴电缆 光缆 泄漏电缆 光端机等 干线 放大器 以下简称干放 功分器 藕合器 室内天线等设备 1 2 项目背景 移动通信的出现是信息化建设中一次重大变革 使人们真正实现了 在任何时 候 任何地点与任何人通信 的愿望 随着移动通信技术的发展 全球的商家们 为用户提供了短消息 彩信 手机银行 卫星定位 G P R S 等种类繁多的新业务 特别是将要开通的第三代移动通信系统 3 G 将移动通信技术与I n t e r n e t 完美的 结合 向人类提供实时在线的音频和视频功能 你可以在行进的车中浏览网站 坐在房间里完成工作 拥有了一个比传统方式更为灵活和快速通信媒体 这些都 离不开良好的移动网络授盖环境 而用户的各项业务需求多集中在室内 因此室 内移动网络扭盖直接影响了移动网络的覆盖质量 研究室内无线传播及做好室内 移动网络覆盖势在必行 随改革开放 移动通信发展迅速 在早期 为提高网络容量 提高频率复用 度 朝阳采取缩小基站覆盖半径方式 城区内高站降低天线架设高度 造成某些 超高建筑物的高层没有覆盖 朝阳市的商业区 办公区等相对较为集中 仅在双 第1 章绪论 塔区的方圆几公里内 高层建筑内的能收到来自近处 远处多个小区的无线信号 并通直射 折射 反射 绕射等方式进入室内 信号杂乱且忽强忽弱极不稳定 市区部分高层建筑与凤凰山高站隔河相望 同频 邻频千扰严重 手机在这种环 境下使用 未通话模式下小区重选频繁 通话过程中频繁切换 话音质量差 掉 话现象严重 极大影响了移动网络覆盖质量 由于地形地貌的影响 朝阳大多数 地下商场 休闲娱乐场所 地下停车场 电梯 隧道等均为网络覆盖盲区 影响 了联通公司的声誉 以上提及的由于受到地理位景和建筑结构等不同因素影响的 区域内的无线传播模型迥异 给室内移动网络覆盖造成很大难度 在上世纪九十 年代末期 朝阳开始了对室内移动网络覆盖的尝试 当时公局限于通过宽带直放 站解决电梯 地下室的简单覆盖 为用户的服务也仅停留在能接通电话的层面上 截至目前 随着国际移动通信的突飞猛进 作为一家上市公司 为与国际一 流通信行业接轨 就必须提高移动网络的服务质量 实现真正 无缝覆盖 移动 网络 特别是随C D M AW A P 业务及2 5 G 等新业务的开通后 仅简单的覆盖电梯 停车场更不能满足这些业务的需求 同时也为室内移动覆盖提出了更高的要求 目前国内外衡量室内移动覆盖网络要达到的质量目标为 保证在9 5 以上所 需要室内覆盖的地区 不论空闲或是通话状态用户都占用室内信道 9 5 室内用 户占用 保证9 5 以上的信道占用由室内用户产生 并尽可能达到1 0 0 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 2 5 D B M 通常情况 窗口电平应保持在一7 5 8 0 d B m 如果有 干净频段 此范围应在一8 5 7 5 d B m 为实现能满足以上各项严格技术指标室内网络覆盖 就必须对室内网络的电 磁传播模型及移动网络技术有充分的了解 本文针对朝阳燕都国际酒店的实际地 理环境进行了相关传播模型的研究 并制定出合理的方案 即能充分利用有限的 设备资源最大限度地完善网络覆盖质量 又能为后续的网络提供可扩容的空间 才能在提高系统性价比的同时 打造出精品网络 1 3 创新点及经济效益分析 本项目突破了传统的通过宏蜂窝基站解决室内覆盖的模式 而是针对研究对 象特殊的地理环境和移动网络覆盖现状修正了传播模型 并对目前世界先进的直 2 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 放站 光纤分布 移频等分布技术进行了研究 针对酒店提出了具有针对性的解 决方案 真正实现了室内移动网络信号的均匀分布 使该地区网络在覆盖强度和 质量等方面均得到了全面提升 目前 本项目已在朝阳移动通信网络中应用 通过此项目对室内分布系统的 研究 加快了解决朝阳室内网络覆盖的进度 同时引进了先进的分布系统理论 节约了2 0 的投资成本 通过对室内通信网络覆盖的优化与解决 使得目前朝阳联通公司的移动网络 质量己达到国内领先程度 在全省的历次评比中均名列前茅 1 4 论文结构 本文的具体内容将安排如下 第1 章绪论 介绍了室内覆盖系统基本概念 原理 国内外在该方向的研究 现状及该课题的主要研究内容和创新点 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 首先介绍了目前被广泛应用的几 种室内覆盖传播模型 之后介绍了如何评价一个室覆盖系统 第3 章朝阳燕都国际酒店室内覆盖设计 本章为本文重点章节 分析了朝阳 燕都国际酒店室内覆盖的必要性和可行性并做出了具体的工程设计方案 第4 章朝阳燕都国际酒店室内覆盖系统测试分析 工程竣工后对系统进行了 网络优化 通过实际测试数据 对本设计进行分析 得出结论 第5 章室内覆盖在3 G 中的应用 针对3 G 的发展趋势及室内覆盖在3 G 中的 重要意义 提出了有效的利用2 G 资源解决室内覆盖的新方案 第6 章结束语 3 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 2 1 建设室内覆盖系统的目的 进行室内覆盖系统建设的直接理由是 1 室内移动通信环境有太多需要完善的地方 2 覆盖方面 由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用 造成了无线电波较大的 传输衰耗 形成了移动信号的弱场强区甚至盲区 3 容量方面 建筑物诸如大型购物商场 会议中心 由于移动电话使用密 度过大 局部网络容量不能满足用户需求 无线信道发生拥塞现象 4 质量方面 建筑物高层空间极易存在无线频率干扰 服务小区信号不 稳定 出现乒乓切换效应 话音质量难以保证 并出现掉话现象 I J 2 2 室内覆盖系统的应用对象 1 室内盲区 新建大型建筑 停车场 办公楼 宾馆和公寓等 C 2 话务量高的大型室内场所 车站 机场 商场 体育馆 购物中心等 增加微蜂窝建立分层结构 3 发生频繁切换的室内场所 高层建筑的顶部 收到多个基站的功率近似的信号 2 3 室内覆盖的定义 室内覆盖是针对室内用户群 用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的 方案 近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用 室内覆盖系统为上述问题提供了较佳的解决方案 其原理是利用室内天线分 布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落 从而保证室内区域拥有理想 的信号覆盖 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 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 担室外宏蜂窝话务 扩大网络容量 从整体上提高移动网络的服务水平 4 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 2 4 实现室内覆盖的方法 实现室内覆盖的技术方案可分为三种 宏蜂窝无线接入方式 微蜂窝有线接 入方式 直放站C R e p e a t e r 翻 2 4 1 宏蜂窝无线接入方式 是以室外宏蜂窝作为室内覆盖系统的信号源 即无线接入方式 适用于低话 务量和较小面积的室内覆盖盲区 在市郊等偏远地区使用较多 3 l 宏蜂窝方式的主要优势在于成本低 工程施工方便 并且占地面积小 其弱点 在于对宏蜂窝无线指标尤其是掉话率的影响比较明显 目前 采用选频直放站并增加宏蜂窝的小区切换功能可以缓解这一矛盾 当对 应的宏蜂窝频率发生交化时 直放站选频模块需要作相应调整 2 4 2 微蜂窝有线接入方式 是以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源 即有线接入方式 适用于 覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内 在市区中心使用较多 解决覆盖和 容量问题 传统的蜂窝系统是由宏蜂窝小区构成的 然而宏蜂窝系统通常存在着两种特 殊的小区 一是 盲点 指由于电波在传播过程中遇到障碍物而造成的阴影区域 该区域通信质量严重恶化 二是 热点 指由于客观存在商业中心或交通要道等 业务繁忙的区域 该区域会造成空间业务负荷的不均匀分布 4 以上两 点 问题 的解决 往往需要依靠设置直放站 小区分裂等办法 除了经济方面的原因外 从原理上来讲 这两种办法也不能无限制地使用 直放站实质上是一个宽带放大 器 设置不合理 包括选址及安装等 或设置的过多 都极容易造成对周围信号 的干扰 小区分裂的实质就是采用是宏蜂窝小区半径变小的办法来增加系统的容 量 但当蜂窝半径小到一定程度时 由于干扰和基站接入等问题 这种办法将难 以再进行 特别是近几年来 随着移动通信的迅速发展的业务需求的剧增 这些 方法更是难奏其效 这样便产生了微蜂窝小区 M i c r o c e l l 技术 微蜂窝小区的覆盖的半径为3 0 3 0 0 m 基站天线高度低于屋顶高度 信号传 播及覆盖主要沿着街道的视线范围进行 绕过屋顶的信号很小 微蜂窝小区最初 被用来加大无线电覆盖 消除宏蜂窝小区中的 盲点 由于微蜂窝基站的发射功 5 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 率较低 频率复用距离较短 随着单位面积信道数的增加 业务密度得到了巨大 的增长 且射频干扰很低 将它安置在宏蜂窝小区的 热点 上 可满足该微小 区域质量与容量两方面的要求 在实际蜂窝设计中 微蜂窝可作为无线覆盖的补充 主要用于两种情况 第 一种是宏蜂窝覆盖不到又有较大话务量的地点 如地下会议室 娱乐室 地铁 隧道等 第二种是话务量比较集中的地区 如购物中心 娱乐中心 会议中心 商务楼 停车场等地 但在话务量很高的商务街道等地区则可采用多层网形式进 行连续覆盖 即分级蜂窝结构 不同尺寸的小区重叠起来 不同发射功率的基站 紧密相邻并同时存在 使得整个通信网络呈现出多层次的结构 相邻微蜂窝的切 换都回到所在的宏蜂窝上 宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成是宏蜂窝上层网络 并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的 安全网 而大量的微蜂窝则构成微 蜂窝下层网络 微蜂窝的使用有两种情况 一是为改善覆盖盲区 例如边远地区或室内 二 是鳃决高话务热点地区的问题 5 J a 传统的宏蜂窝和微蜂窝的主要差别在发射功率和 天线安装的位置上 宏蜂窝的天线一般都高于屋顶 而微蜂窝的天线的安装则因 地制宣 可安装在大楼的墙上 街道上或是建筑物的内部 因此宏蜂窝和微蜂窝 具有不同的电波传播特点 适用于宏蜂窝的O l u m u r a 模型将不适用于微蜂窝 6 而 微蜂窝要更多地考虑到街道建筑物对电磁波的影响 在服务区范围内 有的地区 由于存在障碍物的阻挡而出现局部盲区 或是因为建筑物的穿透损耗比较大导致 大楼内信号很弱而影响通话 另一些地区是话务特别集中 如机场 市区的购物 中心等热点地区 这些地区手机用户特别多 造成局部的高话务量分布 对于这 两类地区采用微蜂窝进行覆盖是一种有效的解决手段 与微蜂窝技术相结合 在G S M 系统中采用了分层或分级的蜂窝结构 如图2 1 在增加G S M 网络的容量时 通常采用使宏蜂窝变密的方法 即将覆盖面大的基站 分裂成覆盖面较小的基站 但当基站小到一定程度时 由于干扰和基站接入的等 问题 这种办法将难以再进行 G S M 技术为此提供了一个新的解决的办法 一个 分层或者说分级的网络结构如下图所示 包括伞状蜂窝 宏蜂窝 微蜂窝 微微 蜂窝 每种蜂窝执行早已定义好的不同功能 通过在宏蜂窝下引入微蜂窝和微微 蜂窝以提供更多的 内含 蜂窝 使容量的增加成为可能 6 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 图2 1 分级网络结构图 F i g 2 1H i e r a r c h i c a ln e t w o r ka r c h i t e c t u r e 最高层的伞状蜂窝一般为大范围覆盖的9 0 0 M H z 小区 主要用于处理快速移 动车辆的业务 中间层由9 0 0 M H z 或1 8 0 0M H z 的宏蜂窝构成 是系统的主要覆盖 区 集中了大部分的用户和话务量 7 1 再下面一层的微蜂窝 多用于覆盖商场和办 公区等热点或盲点区域 微蜂窝的大小受天线的定位方式所限 典型的做法是置于相对低的地方 如 在屋顶下方 高于街面5 1 0 m 蜂窝的半径在1 0 0 1 0 0 0 k m 之间 微微蜂窝天线装 于建筑物内业务集中的地点 将负载按这种方式分层的原因与切换功能有关 车载电话在微蜂窝间快速移 动产生频繁切换 加重网络的负担 从网络管理出发 将产生频繁切换的业务转 移到较小切换的宏蜂窝 将提高网络效率 慢速移动的车辆 由于它穿过蜂窝边界需花较长的时间 产生切换的可能性 较小 因此由微蜂窝来处理这类业务 分级蜂窝结构能用于G S M 是由于 即使蜂窝覆盖区重叠 每个蜂窝也可以独 立于其他蜂窝运行 即使邻近有信号更强的信道 G S M 也能将通话连接在某一个 特殊信道上 由于使用不同的频率和时隙 信道间不会干扰 系统根据信号强度和容量为 某一呼叫选择最好的蜂窝 宏蜂窝或微蜂窝 层间切换与普通的蜂窝切换一样 切换点由系统决定 由G S M 移动台自动辅助切换测量来完成 切换过程还取决于 7 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 当时各级的容量 如果微蜂窝和微微蜂窝已饱和 业务将切换至更高一级的蜂窝 如果能够提供无线网络的一些关键的基础设施 分级蜂窝结构很容易完成的 这包括高容量基站控制器 处理分级蜂窝结构的软件 能够在网络中灵活调度的 微蜂窝基站 根据运营者的实际需求 分级网络可由许多不同的办法构成 在任何时候 为提高密集区的容量 微蜂窝只能用于业务 热点 也可以建成重叠网络 这不 仅可提供冗余覆盖 也能增强对快速移动台的处理 然而 在频率紧张的地区 如 只有5 M H z 可能只用一个微蜂窝结构来建立整个G S M 网络 改善高话务量地区的室内信号覆盖 微蜂窝是最佳解决方案 与宏蜂窝方式 相比 微蜂窝方式是更好的室内系统解决方案 微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝 方式要高出许多 对宏蜂窝无线指标的影响甚小 并且具有增加网络容量的效果 但微蜂窝在室内使用时 受建筑物结构的影响 使其覆盖受到很大限制 对 于大型写字楼等 如何将信号最大限度 最均匀地分布到室内每一个地方 是网 络优化所要考虑的关键 且微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵 需要进行频率 规划 需要增建传输系统 网络优化工作量大 因此 对宏蜂窝方式亦或微蜂窝 方式的选取 需要综合权衡移动网络和运营商的多方面因素才能定夺 微蜂窝具有以下优点 1 设备体积小 安装简单灵活 可快速解决热点地区的容量与覆盖问题 2 无须改变网络结构 无须特殊手机 3 采用微蜂窝后 容量可明显提高 微蜂窝也具有以下一些缺点 1 为解决大城市的连续覆盖 需要大量的微蜂窝 投资十分巨大 2 采用分层结构时 网络结构复杂 增加了频率规划的难度 2 4 3 直放站 R e p e a t e r 在室外站存在富余容量的情况下 通过直放站 R e p e a t e r 将室外信号引入 室内的覆盖盲区 直放站 中继器 属于同频放大设备 是指在无线通信传输过程中起到信号 增强的一种无线电发射中转设备 直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 器 直放站在下行链路中 由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号 通过带通滤 波器对带通外的信号进行极好的隔离 将滤波的信号经功放放大后再次发射到待 覆盖区域 在上行链接路径中 覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方 式由上行放大链路处理后发射到相应基站 从而达到基地站与手机的信号传递 8 直放站有很多类型 按传输信号分有G S M 直放站和C D M A 直放站 按传输 方式可分为光纤直放站和无线直放站 无线直放站又分为无线同频直放站和移频 直放站 移频直放站按所移频率值又分为带内移频直放站和带外移频直放站 按 直放站功率放大器可放大的信号带宽又可分为宽带直放站和选频 选信道 直放 站 在诸多直放站类型中 无线同频直放站的使用需要考虑的问题最多 也最复 杂 使用好了无线同频直放站 就可以采取类似的方式对其他类型的直放站进行 设计和应用 光纤直放站与移频直放站都不存在同频直放站施主天线与重发天线 之间的隔离度问题 不用考虑施主天线所取信号的单纯性 但是光纤直放站由于 其光在光线中传输时延的特殊性 需要特别重视基站搜索窗的设置 同时由于施 主站与基站耦合的特点 需要注意反向底部噪声对基站的影响 以及上下行链路 的平衡 有一种观点认为光纤直放站对基站的影响比较小 指上行链路 但是从 引入上行干扰的角度看 直放站都存在着这样的风险 而且如果设计不合理 光 纤直放站底部噪声对基站的影响可能比无线同频直放站还大 因此 必须针对具 体的环境来选择可应用的直放站类型 同频直放站由于成本低 安装容易 在需要用直放站来解决覆盖问题时应优 先考虑使用 直放站与基站不同 没有基带处理电路 不解调无线信号 仅仅是双向中继 和放大无线信号 因此利用直放站只能扩大无线覆盖范围和提高覆盖质量 而不 能增加系统容量 微蜂窝也是用于提高覆盖范围和覆盖质量的一种设备 而微蜂 窝实际上是缩小化的基站 相对于直放站仍然十分昂贵 无线同频直放站是众多直放站中最常用的一种 它主要的特点就是将收到的 信号经过放大处理后再重新发送出去 施主天线接收到的信号与重发天线再发射 的信号在频率上是一致的 因此也称为无线同频直放站 无线同频直放站设备主要由放大器和滤波器组成 C D M A 网络采用了频分双 9 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 1 F D D 的双工方式 基站的收发频率相差4 5 M H Z 无线同频直放站相应分为 上行和下行两个通道 无线同频直放站主要由如下模块电路组成 施主天线端双工器 含滤波器 下行通道低噪声放大器 L N A 上行通道功率放大器 下行通道低噪声放大器 L N A 下行通道功率放大器 重发天线端双工器 含滤波器 电源 监控单 元 无线同频直放站工作时 首先是经过施主天线接收来自基站的信号 该信号 进入双工滤波器滤除带外的无用信号后 再由低噪声放大器将信号放大 为了能 够得到比较纯净的信号 有时还可能对接收信号进行变频 最常见的是变至 7 0 M H Z 在中频频率上再次滤波 中频带宽多为1 2 3 M H Z 也可以是1 0 M H Z 带 宽 经中频放大后 又变回到原来的频率 进入功率放大器 放大至所需要功率 由重发天线输出 9 1 上行信号同下行信号的处理过程相似 但只是频率不同 移动台信号经由重 复天线接入并经相应的放大处理后 再由施主天线送到施主基站 如果采用的射频双工滤波器具备较好的滤波特性 也可以不采用中频处理技 未 采用无线同频直放站具有以下优点 1o 设备价格低 一套无线直放站设备的价格只有宏蜂窝基站价格的1 1 0 或更少 与移频直放 站和光纤直放站相比价格也较便宜 配套要求低 无线同频直放站体积小 耗电低 室外机可保证设备再野外恶劣环境下正常 工作 配套设施要求简单 特别是在直放站和基站之间无需提供专用传输链路 适合于传输资源紧张的地区 建设周期短 无线同频直放站安装方便 快捷 一般一个无线直放站从勘测设计到安装 调试开通仅需2 3 天时间 使用灵活 直放站安装灵活 搬迁方便 在基站条件暂时不具备的站点 先利用直放站 1 0 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 作为过渡手段完成覆盖 等用户发展起来后再更换基站 替换下来的直放站还可 以重复使用 同时 使用无线同频直放站存在的危险 C D M A 网络是同频自干扰系统 基站接收机灵敏度高 由于C D M A 网络自身 的特性 使得无线同频直放站的调试指标要求更加严格 干扰问题成为C D M A 无 线网络建设和维护中必须考虑的主要问题 使用无线同频直放站将面临以下风险 自激的风险 无线同频直放站如果隔离度设计 调测不当 可能会导致设备产生自激 直 放站自激时 轻则时直放站的覆盖区通话音质变差 接通率下降 掉话率上升 严重时使施主基站和周围的基站产生瘫痪 网络无法正常通信 施主基站灵敏度降低的风险 直放站的使用会给其施主基站引入一定的噪声 噪声引入量由直放站的反向 噪声系数 反向增益和施主链路的有效路损决定 若直放站的反向增益设置过高 则会引起施主基站的灵敏度大大降低 导致其反向覆盖范围减小 用户容量降低 扩大导频污染的风险 若施主天线的位置选在导频污染区 施主天线的选择和调试不当 会使直放 站的覆盖区变成一个新的导频污染区 影响网络的性能 l 综上所述 尽管使用直放站存在这些风险 但通过合理的设计 安装的调测 可以使这些风险降至最低 有些甚至可以消除 由于各地环境和条件的要求不同 所需的C D M A 直放站的类型也不同 对于 用户数不多的边远城镇 要架设基站成本太高 基础设施也较复杂 而具有小型 基站功能的经济有效的设备 C D M A 光纤直放站可以很好地解决此类问题 使 用光纤直放站作为实现 小容量 大覆盖 目标的必要手段之一 主要是由于在不增 加基站数量的前提下保证网络覆盖 而且其造价远远低于有同样效果的微蜂窝系 统 因此 光纤直放站是解决边远城镇区移动通信的最经济有效的手段 它能最 大限度地满足用户对于通话服务的要求 光纤中继移动通信直放站由靠近基站侧的近端机及覆盖区侧的远端机两部分 组成 适用于在基站拟建直放站区有惯山阻挡或两者相距甚远 同时基站和覆盖 区之间具备光缀隋况下建站 光纤直放站兼备宽带 选带 选频等功能 传输距 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 离可达2 0k m 由于空间隔离度好 不产生同频干扰 重发方向可采用全向天线覆 盖 以提高覆盖效果 光纤直放站通过光纤进行传输 采用光信号接收器和转换器连接偏远的区 域 他具有工作稳定 覆盖效果好 设计和施工更为灵活 避免了同频干扰 可 全向覆盖 干扰少 单级传输距离长达5 0k m 以上 可提高增益而不会自激 及 有利于加大下行信号发射功率等特点 因此 其信号传输不受地理条件限制 扩 大了覆盖范围 特别适合边远城镇或地形复杂的山区 光纤直放站主要由光近端机 光纤 光远端机 覆盖单元 几个部分组成 光近端机和光远端机都包括射频单元 R F 单元 和光单元 无线信号从基站中耦 合出来后 进入光近端机 通过电光转换 电信号转变为光信号 从光近端机输 入至光纤 经过光纤传输到光远端机 光远端机把光信号转为电信号 进入R F 单 元进行放大 信号经过放大后送入发射天线 覆盖目标区域 上行链路的工作原 理一样 手机发射的信号通过接收天线至光远端机 再到近端机 回到基站 光纤直放站工程设计原理 1 2 在设置一个光纤直放站的覆盖区域时 要掌握1 个基本原则和3 个相互制约 的要素 原则 设法使上行和下行信道的系统余量相等 从而保证上 下行信道的通 信距离 话音质量和通信概率大体相同 要素 覆盖半径 话音质量 通信概率 可靠性 除上述三要素外 还应考虑传播环境 地形地物特征 的系统参数等因素 因此有以下设计方程 S M S G S L S G P t G t G r P m i l l S L L a L t L r P m i n P r d 其中 S M 为系统余量 d B S G 为系统增益 d B S L 为系统衰耗 d B P t 为发射机输出功率 d B w 1 2 使用频段以及可利用 2 1 2 2 2 3 2 4 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 o t 为发射天线增益 d B G r 为接收天线增益 d B d 为恶化量 P m i n 为接收机输入端最低保护功率电平 d B m L a 为实际路径衰耗中值 d B L t 为发射端附加衰耗 d B L r 为接收端附加衰耗 d B P r 为接收机的噪声门限电平 对于移动通信的电波传播 其衰落特性由下列已知公式表征 自由空间的传播衰耗 1 3 1 L f s o 3 2 4 4 2 0 1 9 d k m 2 0 l g f M H z 2 5 式中d 为传播距离 f 为传播频率 准平滑地形市区路径传播衰耗中值 L f s p L f s o A m f d H b H b d I I m t l m f 2 6 其中 A m f d 为基本衰耗中值 H b H b d 为基站天线高度增益因子 H m H m f 为移动天线高度增益因子 直放站的应用场合主要有以下几种 1 扩大服务范围 消除覆盖盲区 2 在郊区增强场强 扩大郊区站的覆盖 3 沿高速公路架设 增强覆盖效率 4 懈决室内覆盖 5 将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内 实现疏忙 使用微蜂窝和直放站的比较 第2 章室内覆盖系统模型研究及基本理论 表2 1 微蜂窝与直放站的比较 垫 丛i 垡 鲤鱼望 堕 塑P 堑 坚 使用微蜂窝基站使用直放站 2 4 4C D M A 直放站的特性 问题和解决办法 干扰严重 1 C D M A 直放站对9 0 0 M H zG S M 系统的干扰问题 干扰是一个相互作用的问题 由于C D M A 系统是一个扩频系到1 4 1 所以抗于扰能力 很强 一般情况下G S M 系统对其干扰很小 所以问题主要集中在C D M A 系统对G S M 系统的干扰上 C D M A 系统的8 8 0 M H z 与G S M 系统的8 9 0 M H z 频点最为接近 也最具 有代表性 三种主要的干扰为杂散干扰 阻塞干扰和互调干扰 三种干扰中 杂散干扰与 C D M A 直放站 或基站 目前在8 9 0 M H z 附近的带外发射有关 这是接收方 G S M 系 统 自身无法克服的 将导致G S M 系统信噪比下降 服务质量恶化 阻塞干扰与 1 4 朝阳燕都国际酒店无线网络室内覆盖系统工程设计 G S M 接收机的通带外抑制能力有关 涉及到C D M A 的载波发射功率 接收机滤波器 特性等 G S M 系统的接收机将受影响因饱和而无法工作 互调干扰与c D 姒使用多 载频 系统的非线性有关 结果主要表现为G S M 系统信噪比下降和服务质量恶化 克服干扰的解决方案 1 5 1 为了克服干扰 则需要遵守三条隔离准则 被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比它的接收噪声限 低l O d B 在被干扰基站生成的三阶互调干扰 I 肝3 电平应比接收机噪声限低l O d B 受干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的I d B 压缩点低5 d B 根据以上条件 计算隔离距离 宰C D 姒直放站的频带外杂散 3 7 6 5 2 8 d B m 3 0 K B z G S M 系统能允许的最大杂散干扰 一1 0 4 9 1 0 一1 2 3 d B m 乖