高层建筑室内WCDMA网络优化.doc

第 1 页 高层建筑室内高层建筑室内 WCDMAWCDMA 网络优化网络优化 谭佩良谭佩良 中国联通青岛分公司 中国联通青岛分公司 20090921 第 2 页 摘摘 要要 本文主要是中国联通青岛分公司对香港路周边高层建筑室内 WCDMA 网络 采用了诸多创新性的优化手段 分别从实地测试 理论分析 网络规划 基站 改造 室内分布系统改造 后期优化调整等角度入手 最终成功实现了 WCDMA 网络各项业务的全覆盖 关键词 关键词 WCDMA 高层建筑 室内分布 网络规划 RTWP HSPDA HSUPA 第 3 页 目目 录录 摘 要2 1概述概述 4 2研究背景研究背景 4 2 1城市建设发展 4 2 2高层建筑 4 2 33G 业务市场需求 4 3目前高层建筑室内网络质量的难点目前高层建筑室内网络质量的难点 5 3 1建筑物高层信号复杂 5 3 2进出电梯切换易掉话 6 3 3多系统共用分布系统的干扰问题 6 4高层建筑室内优化策略及优化方法高层建筑室内优化策略及优化方法 6 4 1高层建筑室内信号覆盖的网络规划设计 6 4 1 1链路预算 6 4 1 2 WCDMA室内分布系统信号源选择 7 4 2室内分布系统的设计思路 8 4 3室内分布覆盖优化 9 4 4室内分布系统干扰优化 9 4 5电梯切换优化 12 4 6建筑物高层信号的干扰问题 12 5结论结论 13 6参考文献参考文献 13 附 作者简介附 作者简介 13 第 4 页 1概述概述 09 年 5 月 17 日青岛 WCDMA 网络开始试商用 计划于 10 月 1 日开始正式 商用 为保证 WCDMA 用户的通信感受和服务质量 中国联通青岛分公司基于 现有网络针对香港路周边高层建筑进行优化 提出了专题优化方案 重点解决 高层建筑室内手机用户通话过程中出现的频繁掉话 话音断续 被叫时的无法 接通和数据业务速率低等现象 并结合实际情况制定了相应的优化方案 方案 通过对高层建筑物室内信号的大量理论分析 测试数据总结出了总体优化策略 以及针对不同环境形式多样的优化手段 最终成功的实现了在高层建筑物室内 WCDMA 网络各项业务的全面提升 2研究背景研究背景 2 1城市建设发展城市建设发展 随着城市经济的发展 城市商务区的地价越来越高 地产开发商也将高层 建筑物作为首选目标 在青岛香港中路沿线高层建筑密集 在南京路附近不到 0 5 平方公里的区域 建设了 32 栋高层建筑 研究高层建筑物室内信号的网络 优化是很有必要的 2 2高层建筑高层建筑 高层建筑结构复杂 无线电信号传播损耗也很复杂 高层钢筋混凝土建筑 的结构形式主要有 框架结构 剪力墙结构 筒体结构 框架剪力墙结构 框 架筒体结构和筒中筒结构等多种形式 由于建筑结构的不同 建筑物各种结构 和材料的损耗也不一样 室内分布的设计和室内信号的优化也显得非常重要 2 33G 业务市场需求业务市场需求 与目前 2G 网络主要业务量来自于室外的情况不同 3G 网络的主要业务量 来自于室内 根据香港 SUNDAY 对业务数据的采集结果可知 3G 业务的室内 发话量占总发话量的一半以上 而 NTT DoCoMo 的 3G 商用网络用户分布统计 第 5 页 数据显示 大约 70 的业务量来自于室内 3G 商用网络的用户分布统计分析 见图 1 而其室内话务量明细见图 2 图 1 3G 商用网络用户分布统计分析 图 2 室内话务量明细 因此 提高室内覆盖能力 不仅可以给用户带来更好的业务使用体验 还可以分散过密地区的网络压力 更可以与其他运营商的网络争夺室内话务量 可以肯定的是 室内覆盖的完善是 WCDMA 取得成功的关键因素之一 3目前高层建筑室内网络质量的难点目前高层建筑室内网络质量的难点 3 1建筑物高层信号复杂建筑物高层信号复杂 在东海路和香港路之间高层建筑密集 这些建筑大多数是写字楼和商住两 用楼 建筑物四周的房间窗户较大 外墙对室外信号的衰减较小 因此在这些 楼宇中高层室内接收到的 WCDMA 基站信号往往都不是附近基站的直射信号 多数是反射 绕射信号 或者是远处基站天线上旁瓣信号 用户感受为 信号 不稳 通话质量差 掉话率高 接续困难 在室内临窗区域尤为突出 通过测 第 6 页 试可以发现 随着楼层的升高 WCDMA 接收到的导频信号越来越多 虽然信 号场强略有提高 但是普遍缺少主导频 Ec Io 越来越差 即产生了导频污染 3 2进出电梯切换易掉话进出电梯切换易掉话 在有些建筑物一楼 室外信号能够覆盖到电梯附近的大厅 电梯内由室内 信号覆盖 在这种情况下 用户从一楼进入电梯上楼 或者乘电梯经过一楼开 关门都有可能出现掉话 也有的建筑物电梯厅靠近窗户 室外信号在电梯厅的 信号很好 电梯内由另外一个小区覆盖 因此也会出现进出电梯的掉话现象 3 3多系统共用分布系统的干扰问题多系统共用分布系统的干扰问题 当前联通公司的室内分布系统都采用多系统共用方式 在联通公司的室内 分布系统主要有以下网络共用 CDMA GSM900 DCS1800 PHS WLAN 和 WCDMA 多系统共用方式存在以下干扰问题 杂散干扰 互调干扰和阻塞干扰 在这种分布系统中发现了 PHS 的带外杂散对 WCDMA 造成的干扰 PHS 和 DCS1800 互调对 WCDMA 造成干扰 分布系统的 WCDMA 干放对 WCDMA 基站 造成干扰 4高层建筑室内优化策略及优化方法高层建筑室内优化策略及优化方法 针对目前高层建筑物室内的信号覆盖存在上述难点 从网络规划设计 室 内分布设计 覆盖优化 电梯切换 干扰及容量的角度入手实施优化 并且制 定了降低干扰 高层主要室内分布信号 合理布置切换区域 提高通话质量和降低干扰 高层主要室内分布信号 合理布置切换区域 提高通话质量和 数据业务速率数据业务速率的总体优化策略 4 1高层建筑室内信号覆盖的网络规划设计高层建筑室内信号覆盖的网络规划设计 4 1 1 链路预算链路预算 在进行链路预算时 首先是链路模型的选择 室内传播模型主要有以下 5 种 衰减因子模型 Motley 经验公式 对数距离路径损耗模型 Ericsson 多重 断点模型及射线跟踪模型 第 7 页 在选择传播模型时需要注意传播模型的适用范围和各参数意义 目前用的 最多的是室内衰减因子模型 计算公式如式 1 所示 1 其中 L do 距离天线口 1 m 处自由空间损耗 不同室内环境的衰减因子 F 隔墙损耗 框架结构 剪力墙结构 筒体结构等建筑结构的隔墙损耗也不一样 剪力墙和筒体 的损耗最大 大约 30dB 以上 d 传输距离 对于 WCDMA 室内分布系统 一般采用导频信号强度和主导频 Ec Io 衡量 网络覆盖情况 WCDMA 室内分布系统设计采用导频功率进行链路预算 CPICH 公共导频信道 SCH 同步信道 和 CCPCH 公共控制物理信道 分配固定的功率 DPCH 专用物理信道 发射功率按需分配 一般情况下导 频功率约为总功率的 10 其他同步信道功率及控制信道功率大约为 10 以 20 W 信源为例 导频功率约为 33 dBm WCDMA 室内分布系统设计时 边 缘覆盖场强的设计需要综合考虑业务覆盖需求和无线环境情况 数据速率越 高 CPICH Ec Io 要求越高 无线环境越复杂 干扰越严重 边缘场强要求 越高 一般情况下 高速数据业务覆盖范围比语音业务覆盖范围要小 为保 证高速数据业务的覆盖 需要更高的发射功率 WCDMA 室内分布设计与室外 规划类似 需要结合业务需求和无线情况决定边缘设计场强 一般情况下 要求目标覆盖区域内 98 以上位置 导频信号强度 85 dBm 导频 Ec Io 10 dB 50 负载 4 1 24 1 2 WCDMA 室内分布系统信号源选择室内分布系统信号源选择 室内分布系统信源的选择主要取决于室内分布系统未来的话务量需求 需 要综合考虑室内分布潜在的话务需求和室外基站的话务余量 如果采用直放站 作为信源 一般情况下忙时室内话务总量不要超过室外施主基站的 1 3 WCDMA 典型区域各种类型业务的容量见表 2 在选择施主基站时需要综合考虑室内外 话务情况 在信源使用上应注意以下几点 第 8 页 采用直放站信源时为降低干扰 在光缆资源许可条件下 优先选用光纤 直放站 考虑到基站小区邻区配置的复杂性 建议施主基站的边缘覆盖 因该与建筑物相邻 对于无线直放站信源 首选主导频所在的基站小区为信源点 一般要求 最强 CPICH Ec Io 7 dB 最强 CPICH RSCP 接收信号码域功率 大 于 65 dBm 施主基站的选择需要兼顾原覆盖小区的容量和覆盖需求 采用宏基站做 信源的室外小区 每个宏基站原则上只为 1 至 2 个室内覆盖站点提供信 源 最多不要超过 3 个 防止施主基站底噪抬升 室外覆盖主要有宏蜂 窝和微蜂窝 如果用于室内覆盖其容量必须有一定冗余 因此 一般情 况下不会在微蜂窝基站下接无线直放站 若室内覆盖站点附近的基站小区话务量均比较高 原则上大于 40 Erl 或已为多个站点提供信源 则考虑选用 RRU 光纤拉远设备作为信 源 在话务量繁忙 如繁华商业区 且欲覆盖站点多的区域 可考虑使用多 个 RRU 光纤拉远站覆盖不同区域 在高层建筑密集区域 由于宏蜂窝基站的同频相邻关系数量受限 建议 室内分布系统基站在使用第二载波或第三载波 为降低今后的维护 运营成本 在满足覆盖质量要求和投资预算的前提 下 尽量减少干线放大器的使用数量 4 2室内分布系统的设计思路室内分布系统的设计思路 室内分布系统的天线布放虽简单但重要 是设计的关键点 一般遵循 小 功率 多天线 的原则 保证信号均匀覆盖整个目标建筑物 采用小功率的优 点是信号易于控制 辐射小 对外干扰小 缺点是会提高整个室内覆盖系统的 总造价 因此需要在布放原则和经济性之间寻找最佳平衡点 由于室内传播环 境的复杂性 所以进行天线布放前进行模拟测试 天线的布放与建筑物结构紧 密相关 需要根据模拟测试效果选择天线布放位置 同时考虑不同楼层结构的 差异性 模拟测试需要重点注意以下几点 若建筑物包含不同类型的楼层 区域结构 应对每一种结构分别进行模拟 测试 第 9 页 每一种建筑结构类型都应给出模拟测试天线的具体位置以及相应的目标 覆盖区域 目标覆盖区内所选的测试点必须具有代表性 目标覆盖区内模拟测试点应包括建筑物边缘及纵深区域 为降低干扰 提高容量 应对相邻天线交叠覆盖区域内的模拟测试点进 行分析 4 3室内分布覆盖优化室内分布覆盖优化 室内分布覆盖优化是验证室内分布厂家施工质量和分布设计是否合格的手 段 是进一步提高室内分布覆盖效果的方法 测试区域是电梯 地下室 一楼 顶楼 裙楼 重点分布系统必须每层测试 其他标准层每 2 层测一层 WCDMA 测试内容 CPICH RSCP CPICH Ec Io BLER UE 发射功率 各扰码使用分布 和室内对室外的泄漏测试 通过测试发现以下问题 1 隔墙损耗过大 导致个别区域的 CPICH RSCP 低于 90dBm 2 上下行不平衡 CPICH RSCP 很好 但是 UE 发射功率较高 3 有些框架结构的房屋存在室内信号泄露到室外的现象 优化措施优化措施 上述问题主要是通过对室内分布系统的整改来进行解决 1 对于弱覆盖区域通过增加分布天线或改变天线的安装位置提高覆盖区域 的 CPICH RSCP 2 对于上下行不平衡问题 主要是通过检查干线放大器的上下行增益是否 设置合理 3 对于信号泄露的现象 需要对建筑物低层分布系统按照 小功率 多天 线 的原则 进行重新设计和整改 降低天线口的输出功率 4 4室内分布系统干扰优化室内分布系统干扰优化 在开通多系统共用的室内分布系统后 发现有些分布系统中的 WCDMA 基站 RTWP 较高 明显存在外部干扰 多系统共用室内分布系统最重要的问题是系统 间干扰的控制 抑制干扰的主要方法是增加频带隔离 降低干扰源功率或增加 空间隔离 对于室内分布系统降低干扰的主要方式是增加频带隔离和增加系统 第 10 页 隔离度 多系统分布中无线通信系统工作频段见表 3 频率范围 MHz 无线通信系统名 称上行下行 CDMA800820 830870 880 GSM900909 915954 960 DCS18001740 17551835 1850 PHS1900 19201900 1920 WCDMA1940 19552130 2145 WLAN24002400 目前 WCDMA 受到的干扰主要有 PHS 杂散干扰 PHS 和 DCS1800 互调干扰 要解决干扰问题需要遵循以下基本原则 1 对于杂散干扰 被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比 它的接收机噪声基底低 10dB 2 对于互调干扰 生成的三阶互调干扰 IMP3 电平应比接被干扰基站收 机噪声基底低 10dB 以 PHS 三洋 500mW 1C3T 设备为例 PHS 基站自身杂散发射测试 有 2 6 用户时 结果如图 第 11 页 试验条件基站输出功率基站锁定频段范围 PHS系统 24dBm 1900 1910MHz 此时基站已开通 并且有 2 6 个终端在实际拨打测试 该基站的杂散发 射信号落在 1920 1980MHz 的平均大小为 Ic 70dBm 10KHz WCDMA 基站热噪声密度为 174 dBm Hz 基站接收机噪声系数为 5 0 dB 干扰余量为 3 0 dB 所需 Ec Io 为 5 dB 合路器隔离度为 A WCDMA 系统能允 许的最大杂散干扰 Iw max 计算过程如下 根据参考文献 1 杂散规避准则可以表述为 为保证良好的系统性能 不 同系统应有一定的隔离度 对于杂散干扰 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机噪声基底低 10 dB 那么被干扰基站的接收灵 敏度下降低于 0 5 dB 如式 2 所示 Iw max Lc A 2 其中 Iw max 为 WCDMA 系统所允许的最大杂散干扰 Lc 为接收机噪声基底 A 为杂散隔离度要求 一般为 10 dBm 处理增益为 10lg3 84 Mbit s 12 2 kbit s 25 dB 3 接收机噪声功率为 174 5 169 dBm Hz 4 3 84 MHz 带宽内接收机噪声功率为 169 10lg3 84 60 103 2 dBm 5 WCDMA 接收机的灵敏度 即无干扰条件下接收机噪声基底 为 103 2 25 3 5 120 dBm 6 所允许的最大杂散干扰为 Iw max 120 10 130 dBm PHS 信源频带外杂散干扰为 70 dBm 100 kHz 则其在 WCDMA 频带内的杂散 干扰为 70 10lg38 4 54 2 dBm 因此 所需隔离度为 54 2 130 75 8 dB 优化措施优化措施 上述分析可以看出 在 PHS 和 WCDMA 的分布合路的分布系统中 更换端 口隔离度大于 76dB 的合路器 如果合路器端口隔离度满足不了条件 可以通 过安装 PHS 滤波器 降低带外 PHS 的杂散 通过上述方法可以排除多系统共 第 12 页 用室内分布系统中 WCDMA 网络的外部干扰 除此以外还需要考虑合路器的无源 互调抑制指标 避免 PHS 和 DCS1800 产生的互调信号干扰 WCDMA 4 5电梯切换优化电梯切换优化 在香港路金光大厦 1楼电梯大厅由室外丝绸大厦291扰码覆盖 电梯内使 用室内分布的信号432扰码覆盖 用户从一楼进入电梯上楼 出现掉话 在 1 楼电梯门厅扰码 291 的 RSCP 在 65dB 左右 室内分布的扰码 432 的 RSCP 在 87 的 B 左右 手机主用扰码 291 然而进入电梯在关门时电梯内的扰 码 432 是主导小区 在 1 楼电梯开关时采到的信号变化如上图 从图中可以看 出关门时的信号急剧变化 关门时扰码 291 小区的信号迅速衰弱 扰码 432 小 区的信号迅速升高 如果软切换不及时就会出现掉话 优化措施优化措施 软切换不及时问题有两种解决思路 1 调整切换参数 让软切换更快更容易发起 2 通过射频调整改变软切换区域 避开可能导致软切换不及时的场景 为了保证网络参数的一致性 不建议采用修改切换参数的方法 同时各种 手机测量和上报能力不一 即使做了参数调整 某些手机还是可能出现掉话 因此我们采用第二中方式 适当调整室外宏站扰码 291 的天线方向或倾角 降 低在电梯厅附近扰码 291 的 RSCP 通过增加室内分布天线 将室内分布扰码 432 的信号延伸到电梯厅 扰码 432 的信号在电梯厅已经进入激活集中 这样 进出电梯都不会掉话 第 13 页 4 6建筑物高层信号的干扰问题建筑物高层信号的干扰问题 WCDMA 网络是自干扰系统 缺少邻区是用户掉话 通话质量差 数据业务 速率慢的主要原因 在室内分布开通后的工程优化期间 邻区关系优化是高层 建筑物室内分布系统优化的重点 由于远处的基站信号能够覆盖到建筑物高层 的四周的室内 邻区优化是解决高层干扰的主要手段 优化措施优化措施 在一些高层建筑物较