WCDMA室内覆盖工程方案设计流程与规范标准.doc

学习好帮手 WCDMA 室内覆盖分布系统建设 工程方案设计流程及规范工程方案设计流程及规范 武汉邮电科学研究院 武汉虹信通信技术有限责任公司 学习好帮手 目 录 一 方案设计流程图一 方案设计流程图 2 二 方案设计二 方案设计 3 2 1 建网思路 3 2 2 信源 3 2 2 1 信源取得 3 2 2 2 话务量预测 3 2 2 3 信源配置 4 2 3 设备选型 4 2 4 器件 天馈 5 2 5 天线 点位 5 2 5 1 大厅覆盖 5 2 5 2 平层覆盖 5 2 5 3 电梯覆盖 6 三 方案分析三 方案分析 7 3 1 电磁辐射防护分析 7 3 2 覆盖场强分析 8 3 3 信号外泄分析 10 3 4 上下行平衡分析 11 3 5 抑制外系统信号分析 13 3 6 隔离度分析 14 3 6 1 杂散干扰分析 15 3 6 2 互调干扰分析 16 3 6 3 阻塞干扰分析 18 3 6 4 干扰分析总结 18 3 7 切换预测分析 19 3 8 系统扩容性分析 20 学习好帮手 一 方案设计流程图一 方案设计流程图 模测 确定思路 信源选取 设备选型 天线点位 方案设计 方案分析 学习好帮手 二 方案设计二 方案设计 2 12 1 建网思路建网思路 明确目标工程是改造工程还是新建工程 系统中同时存在几个网络 2 22 2 信源信源 2 2 12 2 1 信源取得信源取得 如果局方有要求 则按照局方要求取得信源 如果局方没有做要求 建议按照 2G 信 源来选取 3G 信源类型 2 2 22 2 2 话务量预测话务量预测 由于目前国内 WCDMA 室内覆盖系统没有适用的话务模型 我们可以根据相同地点已 发生的 2G 话务量来推断 3G 话务容量 主要是先基于一些假设及相关的工程项目的数据 对该热点的话务量进行推算 根据以往 GSM 话务量统计资料 我们可以得知 目标工程忙时话务量约 XERL 为了 以后计算更直观 设 X 5 7 取每用户 0 02ERL 可支持的用户数为 5 7 0 02 285 人 1 话务特点分析话务特点分析 3G 联通用户将使用多种类的语音和数据业务 如何计算容量取决于大量参数的调整 其中 3G 终端的渗透率初期难以估计 但它的取值对最终结果影响十分大 暂且认为 3G 终 端的初始渗透率为 15 此数据相对较高 CDMA1X 网络发展初期阶段 CDMA2000 1X 终端 渗透率稍高于 10 采用话费换手机方案 发展两年后超过 20 即 285 0 15 42 75 而根据 MII 测试结果 在无线环境良好的条件下 由于室内分布系统环 境相对封闭 传播损耗很小 可近似认为符合 此时系统容量受限因素主要是 OVSF 码数目 单载频支持语音用户在 122 以上 2 数据流量分析数据流量分析 本系统在设计时 首先按现有用户数据模型及数据传输时的可延时的特性 在现有 QOS 为 2 的配置下可基本满足其需要 当 学习好帮手 用户渗透率 话音视频电话PS 数据 100 20 100 可以计算出不同业务支持的用户数 话音 42 75 100 43 视频电话 42 75 20 8 55 PS 数据 42 75 100 42 75 根据 MII 系统测试结果 ServiceSingle CellMulti Cell CS12 2122118 CS643030 PS64 643030 PS144 641414 PS384 6477 Mixed Service1 PS384 2 CS64 83 CS12 2 1 PS384 2 CS64 83 CS12 2 我们可以看到 本系统的设计使用单载频的 NodeB 完全满足话务需求 实际系统中 容量会减少一些 如果有进一步提高容量的要求 可以通过增加 3G 系统的载频数方便地进 行扩容 待以后进入业务增长期后再用分区或在本扇区增加载频的方式扩容 2 2 32 2 3 信源配置信源配置 局方没有给出信源配置时 就要通过对话务量的预测来推断微蜂窝所需的载频数或者 小区数 以 CS12 2 业务为例 由上表可知 单载频单扇区时容量为 122 人 单载频多扇区时容 量 118 人 通过 4 2 2 话务量预测 可以知道预计忙时同时拨打的人数 对照可知所需的 载频数 2 32 3 设备选型设备选型 根据目标工程情况 确定使用哪种类型的直放站 直放站选取时 注意公司直放站功率均为总功率 但是我们方案设计和局方验收时使 用的是导频功率 也就是说 10W 40dBm 的干放 建议导频功率按 1W 30dBm 计算 即回退 10dB 来进行功率预算 具体直放站导频功率的回退值按照运营商的要求来设置 目前我公司 3G 直放站存在三种 无线 光纤和干放 每种类型的设备分别存在以下 学习好帮手 三个功率等级 2W 5W 和 10W 注 以上功率回退值的说明只是针对直放站而言 对于基站的功率 统一按照回退 10dB 来计算 2 42 4 器件 天馈器件 天馈 工程中所有使用到的器件 馈线 天线支持的频段要满足 800M 2 4G 并且不要选用 八木天线 相应的各种器件及馈线 3G 信号损耗列表如下 器件损耗 双频合路器1 0dB 二功分器3 3dB 三功分器5 3dB 四功分器6 6dB 6dB 耦合器1 4dB 10dB 耦合器0 6dB 15dB 耦合器0 3dB 20dB 耦合器0 2dB 1 2 硬馈线1 1dB 10M 7 8 硬馈线0 7dB 10M 2 52 5 天线 点位天线 点位 2 5 12 5 1 大厅覆盖大厅覆盖 大厅高度较高 阻挡物很少 并且在进入大厅后的一定范围内可以接收到来自二楼走 廊天线处的信号 同载频 为了防止泄漏 建议控制天线输出功率在 2dBm 内 将天线安 装在二楼走廊或者使用定向天线覆盖 2 5 22 5 2 平层覆盖平层覆盖 大楼平层高度低 房间密度大 为了保证覆盖场强和防止泄漏 建议在走道 房间门 口 安置全向吸顶天线 采取高密度 低功率的分布方式 进行覆盖 天线安装在平层的 学习好帮手 天花板上 2 5 32 5 3 电梯覆盖电梯覆盖 1 兼项覆盖 在电梯厅放置全向吸顶天线 天线口输出功率 3 5dBm 信号穿过轿厢门进入电梯内 在楼内每一层的候梯厅布放全向吸顶天线 可以同时覆盖电梯和候梯厅 采用全向吸顶天 线覆盖方式 候梯厅的信号强度优于电梯内的信号强度 更有利于电梯和候梯厅之间的信 号切换 覆盖示意图如下 2 平板天线专项覆盖 电梯覆盖采取专项覆盖方式 在电梯井道每隔 4 5 层放置一个定向平板天线 天线输出功率 3 5dBm 信号有上向 下辐射 信号穿过轿箱进入电梯 信号进入电梯轿厢时 主要受到轿厢顶和底的阻挡衰耗 电梯覆盖采取兼顾覆盖方式 在电梯井道每隔 3 层放置一个定向平板天线 天线输出功率 3 5dBm 信号由内向外 辐射 信号穿过轿箱进入电梯 信号进入电梯轿厢时 主要受到轿厢侧壁的阻挡衰耗 学习好帮手 3 泄漏电缆专项覆盖 电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式 在电梯井道内敷设泄漏电缆 末端输出大于等 于 2dBm 泄漏电缆的末端接负载或定向平板天线 覆盖示意图如下 泄漏电缆覆盖时 电梯内接收信号强度比较均匀 其覆盖方式是沿电梯井道垂直方向 安装泄缆 为减小空间损耗 泄缆安装位置尽量靠近候梯区 在一定输出功率的前提下 还可以保证每层候梯区的覆盖 使进出电梯能平滑切换 非常适合于高层住宅楼的电梯覆 盖 三 方案分析三 方案分析 3 13 1 电磁辐射防护分析电磁辐射防护分析 根据中华人民共和国国家标准 电磁辐射防护规定 即国标 GB8702 88 电磁辐射的 限值为 公众照射 在一天 24 小时内 环境电磁辐射的场量参数在任意连续 6 分钟内的平 均值应满足功率密度 0 4 W m2 频率为 30 3000MHz 职业照射 在一天 8 小时工作时间内 电磁辐射功率密度的平均值 连续 6 分钟 应 2W m2 频率为 30 3000MHz 对电磁辐射源豁免的要求为 输出功率等于或小于 15W 的移动无线通信设备 频率为 3 300000MHz 时 电磁辐 泄漏电缆 学习好帮手 射体的等效辐射功率小于 100W 例 例 一室内覆盖系统最强信号电平为 15dBm 0 032W 载波配置为 12 个 天线的增 益为 2 1dBi 计算最强功率密度并判断是否符合国家环境电磁辐射标准 1 天线口总输入电平为 0 032 12 0 38W 25 79dBm 2 天线 EIRP 为 25 79 2 1 27 89 0 615W 3 设人员活动范围距天线一米以外 则最强功率密度为 0 615 4 1 2 0 049W m2 4 9 W cm2 0 4 W m2 可证明电磁辐射满足公众照射防护要求 3 23 2 覆盖场强分析覆盖场强分析 室内覆盖系统覆盖范围主要由天线口功率 天线到手机的传播损耗和系统最大允许的损 耗决定 另外 话务负荷 50 时对场强的影响 隔墙穿透损耗余量 衰落损耗余量等也要 考虑进来 首先计算传播损耗 对于 WCDMA 系统无线传播分析我们仍采用 Okumura Hata 模型 PL dB 69 55 26 16lg F 13 82lg H 44 9 6 55lg H lg D C F PL dB 69 55 26 16lg F 13 82lg H 44 9 6 55lg H lg D C F PL 路径损耗 单位 dB F 频率 单位 MHz 计算取值为 2000MHz D 距离 单位 km H 天线有效高度 单位 m 计算取值为 2m C F 环境校正因子 计算取值为 0 0 城市 C F 2 lgF 28 2 5 4 12 27 dB 郊区 4 87 lgF 2 18 33lgF 40 49 32 52 dB 乡村 代入相关数值得 PL dB 69 55 86 35 4 16 42 93 lg D 151 74 42 93 log D 学习好帮手 隔墙损耗 水泥墙按 10 dB 钢精混凝土墙按 20 dB 算 多径衰落损耗余量 室内按 7 dB 预留 系统负荷 50 时覆盖场强下降 约 3dB 为了方便分析 我们用 Okumura Hata 模型分别计算了室内各种状况下的路径衰耗值 预 测了在各种距离和阻挡情况下的覆盖强度 见下表 2000MHz2000MHz 频段的室内衰耗及覆盖强度预测表频段的室内衰耗及覆盖强度预测表 天线安装高度 2 米 天线软天花明装 天线总发射功率 5 dBm 距离空间衰耗多径衰落负荷衰落 50 负荷 隔墙损耗总路径衰落量覆盖强度 122 95 dB7 dB3 dB 33dB 28 dBm 235 88 dB7 dB3dB 46 dB 41 dBm 343 43 dB7 dB3dB 53 dB 48 dBm 552 96 dB7 dB3dB20 dB83dB 78dBm 656 36 dB7 dB3dB20 dB86 dB 81dBm 759 23 dB7 dB3 dB20 dB89dB 84dBm 861 72 dB7 dB3dB20 dB92dB 87dBm 963 92 dB7 dB3 dB20 dB94dB 89dBm 1065 88 dB7 dB3dB30 dB106dB 101 dBm 1573 44 dB7 dB3 dB30 dB113dB 108 dBm 2078 8 dB7 dB3dB30 dB119dB 114 dBm 2582 96 dB7 dB3 dB30 dB123dB 118dBm 3086 36 dB7 dB3dB30 dB126dB 121dBm 学习好帮手 注 1 室内环境下 1 米之内不考虑隔墙 5 10 米距离考虑 1 堵钢精混凝土墙 10 米以上考 虑水泥墙和钢精混凝土墙各一堵 总路径衰落量为分析方便进行了取整处理 2 室内环境下计算的标准差 10 12 dB 误差主要由多径衰落和隔墙损耗不同造成 Okumura Hata 模型的计算结果表明 室内 30 米处的衰耗即达到 86 36 dB 再综合考 虑其他衰减因素 总路径衰落量达到了 126dB 若要保证手机接收电平为 85 dBm 以上 天 线发射功率将需要达到 41 dBm 这在室内环境下是不可能满足的 按照常规的做法 天线 口功率给定 5dBm 天线增益 2 2dBi 天线发射功率为 7 dBm 左右 在室内只有 1 堵墙的情 况下 覆盖半径为 10 米 覆盖距离每增减一倍 覆盖强度增减约 13dB 因此 若覆盖半 径定为 7 米时 隔一堵墙后的边缘覆盖强度可以保证达到 79dBm 因此从下行覆盖强度方 面考虑天线在楼层 楼道 中的覆盖半径定为 7 米 面积约 80m2 较合适 有钢精混凝土墙时 定为 4 5 米 面积约 40m2 比较合适 在无墙的地下室在无墙的地下室 会展厅会展厅 酒店大堂等较空旷的场所酒店大堂等较空旷的场所 覆盖距离可以适当加大 如果不 计算 30dB 的隔墙衰耗 根据上表可知 一只发射功率为 5 dBm 的天线可以覆盖半径为 10 米的区域 面积约 350m2 电梯覆盖策略 电梯覆盖策略 电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式 3 33 3 信号外泄分析信号外泄分析 下面以 1 楼天线实际安装的位置以及覆盖的要求 来分析 GSM 和 WCDMA 系统的外 泄信号的场强 1 GSM 系统系统 根据 Okumura Hata 模型 计算离大楼 10 米远处信号的泄漏情况 PL dB 69 55 26 16log F 13 82log H 44 9 6 55log H log D C F 其中 PL 路径损耗 单位 dB F 频率 单位 MHz 计算取值为 900MHz 学习好帮手 D 距离 单位 km 最远距离为 0 04km H 天线有效高度 单位 m 计算取值为 3m C F 环境校正因子 取 0 有 PL dB 69 55 26 16log 900 13 82log 3 44 9 6 55log 3 log 0 04 69 55 78 48 6 59 44 9 3 13 1 4 82 93dB 大楼外墙损耗取 15dB 从天线口至室外 10 米远处的综合传输损耗为 97 93dB 根据 设计要求 欲使室外 10 米处电平强度小于 90dBm 天线口输出功率均需小于 7 93dBm 本方案设计电平在此范围之内 因此可以较好地控制泄漏情况 2 WCDMA 系统系统 根据 Okumura Hata 模型 计算离大楼 10 米远处信号的泄漏情况 PL dB 69 55 26 16log F 13 82log H 44 9 6 55log H log D C F 其中 PL 路径损耗 单位 dB F 频率 单位 MHz 计算取值为 2000MHz D 距离 单位 km 最远距离为 0 04km H 天线有效高度 单位 m 计算取值为 3m C F 环境校正因子 取 0 有 PL dB 69 55 26 16log 2000 13 82log 3 44 9 6 55log 3 log 0 03 69 55 86 35 6 59 44 9 3 13 1 4 90 8dB 大楼外墙损耗取 15dB 从天线口至室外 10 米远处的综合传输损耗为 105 8dB 根据 设计要求 欲使室外 10 米处电平强度小于 90dBm 天线口输出功率均需小于 15 8dBm 本方案设计电平在此范围之内 可以较好地控制泄漏情况 3 43 4 上下行平衡分析上下行平衡分析 WCDMA 系统中 上行链路和下行链路的平衡并非网络设计目标 基站功率在下行由 学习好帮手 小区所有用户及信令共享 因而不会成为覆盖受限链路 相反 手机发射功率是在规范中 加以定义的 由于手机发射功率有限 上行链路则成为 WCDMA 系统覆盖的受限链路 也就是说 小区的最大半径取决于功率上限最小的一类手机 所以 WCDMA 系统的链路预算通常是指 上行链路预算 即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其他损耗和增益 从而得 到最大允许的路径损耗 再将最大允许的路径损耗值带入传播模型中 得到预期的小区覆 盖半径和覆盖面积 由于 WCDMA 的覆盖区域不像 GSM 那样由信号电平的绝对值来决定 它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关 加入负载和邻近小区干扰后 小区半径会作相应 的收缩 在 WCDMA 的链路预算中 要引入一个参数称之为负载因子 一般建议取 50 来 作为覆盖设计的负载余量 在网络设计中给所有小区均匀加入负载余量 使得系统在实际 上非均匀的负载运行状态下仍然能通过小区呼吸调整维持平衡 而在 WCDMA 系统中 引入了多媒体业务和每种业务所具有的不同的 QoS 的概念 多业务环境和 WCDMA 系统本身的特点使得在规划 WCDMA 系统时有许多不同于 GSM 系统规划的地方 其中特别要注意的是在规划 WCDMA 系统时 小区的覆盖和负荷要相互 结合起来考虑 由于限制了移动台的最大发射功率 这样在上行链路限制了小区的覆盖范 围 而在下行链路由于干扰而限制了小区的容量 另外在 WCDMA 系统中 功率控制 TPC 由于软切换和更软切换产生的增益 上下行链路的功率预算不同等因素在做规划 时都要加以考虑 一般负载因子取 50 时上行链路噪声恶化量为 3dB GSM 系统的无线网络规划是在小区的容量和覆盖两者间求得最佳点 而 WCDMA 系 统无线网络规划要在容量 覆盖 不同服务质量三者间寻求最佳点 我们在进行网络规划时 对覆盖规划时集中于上行链路 采用成熟技术来提高上行链 路的覆盖 如通过增加天线数量和增益 减小基站射频部分的基站噪声系数 减小天线和 基站低噪声放大器间的电缆损耗等方式来实现 而对容量规划 如果系统还远没有达到系 统理论容量的极限值时 可以通过增加下行输出功率来扩大覆盖范围 以达到充分利用 WCDMA 系统大容量的特点 由于基站在空载和满负荷时输出功率变化较大 所以在直放站调试时必须考虑基站下 行输出功率和直放站下行输出功率匹配的问题 当基站空载时导频功率为 33dBm 输出 加 上其它控制信道的功率共 36dBm 为其满载功率的 20 这是直放站输出功率也应该为其 最大输出能力的 20 才能与基站匹配 但是由于考虑 WCDMA 基站的一般高负荷为 75 负 载情况 高于这个负载 基站开始进行一些降载策略 平衡与其它基站之间的负载不平衡 学习好帮手 所以 可以将基站的 75 负载输出功率作为干放的最大输出功率匹配点 基站 75 负荷输出功率为 41dBm 左右 所以采用 5W 干放设备可以将其空载输出功率 开到 28 5dBm 3 53 5 抑制外系统信号分析抑制外系统信号分析 1 对于下行信号对于下行信号 干放设备受到的 3G 频带外的信号干扰由双工滤波器和选频的带外抑制来实现 现在 GSM 信号与 3G 信号合路 为最大可能的干扰 但是由于 3G 干放设备对于 GSM 信号的带外 抑制大于 150dB 可以不考虑 对于 3G 频带内部不同系统信号的抑制主要考验设备的 ACRR 指标 我公司设备 ACRR 指 标都超过了 3GPP 规范的要求 详见下表 邻道抑制比是指直放站工作频率范围内的载波信号信道增益与邻近信道增益的比值 直放站邻道抑制比指标 2 对于上行信号 对于上行信号 我们很清楚 各种形式的干扰都要计算其落在受害系统工作频道内的值 实际上归结起 来还是以同频干扰的形式来干扰受害系统的 我们通过精密的计算和有效的工程措施可以 最终控制其影响 但是 对于同样工作在 WCDMA 频带内的两个或两个以上运营商的同类系统 其 相互间的影响就要难控制得多了 对于我们来说 很难做到在每一时间每一地点我们的信号 都比其他运营商的强 WCDMA 干扰发射机发射的带内波可以直接进入受害系统 此时 强干 扰信号通过改变接收机前端的工作状态 对弱的有用信号形成抑制作用 影响接收机对弱信 号的接收灵敏度 甚至可使系统工作完全失败 这就形成了阻塞 由于接收机前端的低噪声放大器的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来 设定的 强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后 直接将放大器推入到非线性工 作状态 导致放大器对有用的弱信号的放大倍数大大降低 甚至弱信号被完全抑制掉 为 直放站最大发射功 率 距离信号带宽内第一个 5MHz 信道或最后一个 5MHz 信道的频偏 3GPP 规范要求的 ACRR 值 我公司产品 ACRR 值 5 MHz33dB35dB P 31 dBm 10 MHz33dB35dB 5 MHz20dB22dB P 90dBm 同频 异频方案根据施工难度 切换区间选取有以下几种策略 下面结合各自优缺点单 独分析 策略 1 如下图所示 建筑物低层采用与室外同频 高层采用异频的覆盖方式 电梯全部使用 高层异频信号覆盖 楼内切换是发生在低楼层终端进出电梯过程中的异频硬切换 室内 室外切换是终端在建筑物出口处室内 室外同频小区间软切换 该策略施工较容易 不过电梯轿箱对信号衰耗大 容易造成快衰落引起切换掉话 且 切换区多 优化困难 策略 2 如下图所示 建筑物低层采用与室外同频 高层采用异频的覆盖方式 电梯全部使用 异频切换策略1 低层采用与室外相同频点 高层采用异频 电梯引用 高层信号覆盖 特点 施工容易 保证用户在进 出大楼时的切换成功率 还能够解决高层导频污染 及业务需求等问题 缺点 用户在低层出 入电梯时 发生的异频硬切换不容易 控制 切换参数设置较苛 刻 学习好帮手 高层异频信号覆盖 在低楼层电梯厅加装引用高层信号的天线用于迎合低层在电梯厅和电 梯内的切换 终端进出建筑发生室内 室外同频同频小区间软切换 从低层到高层在进入 电梯时发生异频小区间异频盲切换 从高层到低层在离开电梯厅时发生异频小区间压缩模 式切换 该策略施工较难度大 虽然可以避免进出电梯的硬切换掉话 但是加装的过度天线覆 盖区内要求发生异频硬切换门限值较高 容易引起其他楼层终端长期处于压缩模式工作状 态 且切换区多 优化困难 策略 3 如下图所示 建筑物低层采用与室外同频 高层采用异频的覆盖方式 电梯采用各自 所在楼层信号覆盖 楼内切换是发生在电梯运行于高 低层间的异频硬切换 室内 室外 切换是终端在建筑物出口处室内 室外同频小区间软切换 异频切换策略2 低层采用与室外相同频点 高层采用异频 电梯引用 高层信号覆盖 为了迎合 低层在电梯厅和电梯内的 切换 重新拉线将高层小 区信号引入到低层的每个 电梯厅 特点 解决了策略1中用户在低层 出入电梯时因为信号快衰 落出现掉话的问题 缺点 施工难度大 低层切换区 域多 切换参数设置苛刻 在平层人为引入异频硬切 换 学习好帮手 该策略施工较难度不大 且切换区少 优化较简单 策略 4 如下图所示 建筑物主体采用异频覆盖方式 仅在建筑物出口处增加一个与室外同频 的过渡信号覆盖 异频切换策略3 低层采用与室外相同频点 高层采用异频 电梯采用 各自所在楼层信号信号覆 盖 特点 施工简单 切换区域小 避免策略1 2中出现的问 题 缺点 需要经过多次测试及调整 天线入口功率 结合测试 结果合理设置切换区域和 切换参数 需要基站方配 合 不适用于高速电梯 学习好帮手 本方案适用于建筑低层室外宏基站覆盖较好 不满足直接切换至室内异频分区条件的 高层建筑 高层分区采用异频 底层分区采用同频 异频同时覆盖 终端进入建筑发生同频软切换进入过渡小区 进入过渡小区后马上触发异频硬切换进 入室内小区 终端离开建筑后直接从室内异频小区硬切换到室外宏基站 本策略施工容易 切换简单 不过采用的过渡小区由于不用于覆盖需要额外提供 3 8 23 8 2 硬切换区设置参考方案硬切换区设置参考方案 3G 系统的切换分为软切换和硬切换 发生软切换时由于终端同时接受多个 NODE B 的 信号 切换速度非常快 且始终与 NODE B 保持无线链路连接 切换成功率非常高 而硬切 换的成功率较低 特别是在室内覆盖环境下 由于建筑隔断 电梯等因素易产生信号的快 速跌落现象 如切换过渡区设置不佳 非常容易产生切换掉话 在此