WCDMA网络规划和设计

0 毕 业 设 计 中 文 摘 要 摘 要 随着 3G 标准的不断发展、完善及 3G 设备不断成熟，如何经济合理地建设 3G 网络已成 为急需解决的问题。由于 3G 系统存在自干扰特性和软容量等技术特点，网络规划需要做好 覆盖和容量、话音与数据、用户与业务等方面的综合平衡，做到最有效的利用有限资源，保 证最优的网络质量，为用户提供最好的业务体验和通信服务。本文内容正是在此背景下的一 次积极探索和研究。 本论文首先以 WCDMA 的无线技术特点为线索，概述了 WCDMA 的特点、无线网络技 术特点和相应的网络规划的特点，并结合实际情况，重点讨论无线网络建设情况，如信道分 配、小区数据规划等不同区域的覆盖策略，并具体分析了几种典型情况及规划方法。 最后本文对河东酒店进行了室内覆盖设计，可以为其提供一个良好的 WCDMA 网络服务， 如可视电话业务，中、高速数据业务等。同时，整个网络容量配置可以满足长远的 WCDMA 用户预期业务需求。 关键词：WCDMA，3G，无线网络，网络规划，室内覆盖 1 毕 业 设 计 外 文 摘 要 THE PLANNING AND DESIGN OF WCDMA RADIO NETWORK ABSTRACT With the continuous development and improvement of 3G standards, and the maturity of 3G equipment, how economically and reasonably to build 3G network has become an urgent problem to solve. Because of the self-interference characteristics and soft capacity of 3G systems and other technical features, The network planning needs to think about the comprehensive balance of covered and capacity, voice and data, users and business etc, and the most effective use of limited resources to ensure optimal network quality, to provide users with the best service experience and communication services. The article contents just a positive exploration and research in such background. This thesis with WCDMA radio technology first for clues, summarizes the characteristics of the radio network WCDMA characteristics, technical characteristics and corresponding characteristics of the network planning, and connecting with the actual situation, mainly discuss the radio network construction condition, such as channel allocation, community data planning etc in different areas of the cover strategies, and then concrete analysis of several kinds of typical situation and planning method. Finally this paper has an indoor coverage design for Eastward hotel. This program can provide a good WCDMA network services for Eastward hotel, such as video phone business, medium, high speed data business, etc. At the same time, the entire network capacity configuration can satisfy the expected business requirements of long-term WCDMA users. KEYWORDS：WCDMA, 3G, Radio Networks, Network Planning, Indoor Coverage 2 目目 录录 1 概述.5 1.1WCDMA 网络规划与设计的目的和意义.5 1.2 本次设计涉及的学科在国内外的发展情况简介.5 1.3 本次设计的总体要求和规划.6 2 WCDMA 标准主要特点.6 3 关键技术 .7 3.1 多用户监测.7 3.2 RAKE 接收机 .7 3.3 多载波设计.6 3.4 智能天线.7 4 WCDMA 无线网络规划 .7 4.1 WCDMA 无线网络规划内容.7 4.1.1 确定无线网络规划大小的准备工作.8 4.1.2 小区规划和频率规划 .8 4.1.3 WCDMA 传播模型.8 4.1.4 移动无线网络传播环境.9 4.2 WCDMA 的规划 .9 4.2.1 WCDMA 覆盖规划 .10 4.2.3 WCDMA 容量规划.10 4.2.3 WCDMA 系统容量估计.11 4.3 基站规划 .12 4.3.1 选站原则 .13 4.3.2 站址勘察 .14 4.3.3 天线选择及其安装 .15 5 河东酒店室内覆盖设计 .16 5.1 室内覆盖理论 .17 3 5.1.1 什么是室内覆盖 .17 5.1.2 为什么要建设室内覆盖 .18 5.1.3 什么地区需要室内覆盖 .18 5.1.4 怎么实现室内覆盖 .18 5.1.5 信号分布基本方式 .19 5.2 室内覆盖设计 .19 5.2.1 覆盖区域 .19 5.2.2 覆盖方案 .21 5.2.3 设计标准 .21 5.3 设计总结 .22 5.3.1 功率分配合理性与设备利用率分析 .22 5.3.2 信号外泄和切换分析 .23 5.3.3 电磁辐射影响分析 .23 6 结束语 .23 7 致 谢 .24 8 参考文献 .25 4 1 1 概概述述 1 1. .1 1 W WC CD DM MA A网网络络规规划划和和设设计计的的目目的的和和意意义义 与第一代和第二代移动通信系统相比，第三代移动通信系统采用了 CDMA 技术，基于全 IP 网络，具有支持更多的用户数量、系统容量，支持多媒体等高速 数据业务等特点。基于 WCDMA 技术标准的第三代移动通信系统已在许多国家 使用，并取得了良好的效果。在不久的将来，WCDMA 将在中国移动市场上将会 占有重要的地位。 规划 WCDMA 网络是一个非常重要和困难的过程，又能为规划的结果直接会影 响到网络运营商的经营成功与否网络规划的不成功会使系统产生很差的服务质量、 相当大的呼叫中断概率和高的阻塞率。规划 WCDMA 网络的目标是满足必须的系统 覆盖和提供足够的高的系统容量。这些关键技术，无论在理论研究方面，还是经 济效益方面，都将是一个重大突破。有必要进行分析研究。 1 1. .2 2本本次次设设计计涉涉及及的的学学科科在在国国内内外外的的发发展展情情况况简简介介 WCDMA 已成为当前世界上采用的国家及地区最广泛的，终端种类最丰富的一 种 3G 标准。距今已有 538 个 WCDMA 运营商在 246 个国家和地区开通了 WCDMA 网 络，3G 商用市场份额超过 80%，而 WCDMA 向下兼容的 GSM 网络已覆盖 184 个国家， 遍布全球，WCDMA 用户数已超过 6 亿。现在经中国联通的努力研究与投入现已可 升级至 HSPA+，4G 制式，已在上海开通试验田，网速可达 21.9MBPS 的传输速率。 移动通信网络演进到 3G 是蜂窝网诞生以来最具有革命性发展的一步。网络 部署完后将面临很多新的挑战，特别是对速率的要求更高和对容量需求更大，将 使系统的小区覆盖面减小，朝着全 IP 网络方向发展，频谱和其他资源的使用更 灵活而要采用自动和动态的网络规划方法等，因此 WCDMA 网络规划及其以后的优 化都必须完全支持未来可能的应用和业务的要求。国外，无论是在应用还是在理 论研究方面都需要我们去努力的学习和研究。 5 1 1. .3 3本本次次设设计计的的总总体体要要求求和和规规划划 本次设计的总体要求如下： 1.了解 WCDMA 的规划技术 2.熟悉 WCDMA 小区规划 3.能够进行对系统性能理论分析 4.掌握容量和覆盖规划及优化，干扰分析和系统优化的技术 2 2 W WC CD DM MA A 标标准准主主要要特特点点 WCDMA 作为 3G 的一个主要标准，具有以下特点： （1） 基站无须同步，摆脱了美国 GPS 系统的控制。 （2） 信道丰富，可以满足各种业务的需求。WCDMA 可以通过公共信道、接入信道和专用 信道等通类型的信道实现不同业务。WCDMA 所承载的业务可以大致分为四类一会话 类、数据流类、互动类、后台类。它们的主要区别在于对时延的敏感程度，会话类业 务对时延最敏感，后台类业务对时延最不敏感。 （3） 容量更大、业务速率更高。WCDMA 的码片速率达 3.84Mchip/s，载波带宽约 5MHz 系统，WCDMA 的带宽能够支持更高的速率，对于话音业务具有更高的扩频增益，接 收灵敏更高。 （4） 功率控制更加完善。WCDMA 采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路没有建立时， 开环率控制用来调节接入信道的发射功率，链路建立之后使用闭环功率控制。闭环功 率控制又包括内环功率控制和外环功率控制，外环功率控制以误码率或误帧率作为控 制的目标。WCDMA 供的上行快速功率控制是它的一个显著的特点，频率为 1500Hz，而 IS-95 上行功率控制只有 800Hz，下行链路为慢速功率控制。WCDMA 的 快速功率控制速度比路径损耗的变化至比低速和中速移动的 LIE 产生的瑞利快衰落的 速度还快，可以有效抵抗链路的功率不平衡现象和 Rayleigh 衰落，能够更好地控制系 统内的干扰，提升网络覆盖、容量方面的性能。 （5） 切换机制更加健全。WCDMA 系统采用软切换方式，降低掉话，但会增加开销。 6 （6） 对于分组数据业务，具有灵活的资源调度机制。WCDMA 借助于不同的承载业务信道 和灵活资源分配机制，能够根据业务类型提供不同的 Qos，适应市场和网络两方面的 要求。 3 3 关关键键技技术术 无线网络的规划必须遵循技术的基本原理，才能有效的发挥网络的性能。要规划设计一 个性能优良的 WCDMA 网络，首先要正确理解 WCDMA 的关键技术。 3.1 多用户检测多用户检测 在蜂窝移动码分多址通信中，干扰大致分为三种类型：加性白噪声、多径干扰、多址干 扰。当小区同时使用的用户数较多时，多址干扰时最主要的干扰。在 CDMA 系统中，引入了 多用户检测技术，它是引用信息论并通过严格的理论分析后提出的一种新型抗多址技术，而 且通过多用户检测既可以抗多址干扰，又可以抵抗远近效应和多径干扰。 3.2 RAKE 接收机 在 CDMA 扩频系统中，信道带宽远远大于信道平坦衰落带宽。不同于传统的调制技术需要用 均衡算法来消除相邻符号间的码间干扰，CDMA 扩频码在选择时就要求它有很好的自相关特 性。这样，在无线信道中出现的时延扩展就可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些 多径信号相互间的时延超过了一个码片的长度，那么它们将被 CDMA 接收机看作是非相关的 噪声，而不再需要均衡了。 由于在多径信号中含有可以利用的信息，所以 CDMA 接收机可以通过合并多径信来改善接收 信号的信噪比。其实 RAKE 接收机通过多个相关检测器接收多径信号的各信号，并把它们合 并在一起。RAKE 接收机的理论基础就是：当传播时延超过一个码周期时，多径信号实际上 可被看作是互不相关的。 3.3 多载波设计 在频率资源允许的情况下，可以通过增加载频提高系统容量。WCDMA 支持多载波术，支持 有效的频率间切换，并且两个载波之间可以平衡负载，增大每个站点的容量，这是提高网络 容量最有效的方法，并且对网络的影响很小。从现有技术上看，几个载波之间共享一个功率 放大器也是可能的。两个载波共享一个功率放大器是功率放大器最有效的使用方法，因为负 载可以在两个载波之间进行划分。 3.4 智能天线 在数字移动通信系统中三种基本的多址接入方式：频分多址(FDMA)、时分多(TDMA)和码分 7 多址(CDMA)，它们分别在频域、时域和码域上实现用户的多而空域的资源尚未得到充分利 用。智能天线正是开发空域资源，解决目前频谱资源匮乏、无线系统容量不足的有效途径。 智能天线采用空分复用(SDMA)方式，利用信号在传播路径方向上的差别，将扩散、瑞利衰 落、多径、信道干扰的影响降低，将同频率、同时隙信号区别开来，和其他复用技术结合， 最大限度地有效利用频谱资源。 基站智能天线是一种有多个天线单元组成的阵列天线，通过调节各单元信号的加权幅度和相 位，改变阵列的方向图，从而抑制干扰，提高信噪比，它可以自动测出用户方向，将波束指 向用户，实现波束跟用户走。 智能天线对抑制干扰有明显的作用，3G 标准指出智能天线应用要求，改善网络容量和性 能，技术上考虑“聚集波束” 、 “自适应波束形成”以及“波束切换” 。 4 WCDMA 无线网络规规划划 4.14.1 无线网络规划内容无线网络规划内容 无线网络的规划内容主要包括覆盖规划、容量规划、无线信道规划、频率规划， 在规划的过程中必须考虑小区的大小。 4.1.1 确定无线网络规划大小的准备工作： （1） 网络拓扑 （2） 链路容量 （3） 估算BSC大小 （4） 估算MSC大小 4.1.2 小区规划和频率规划： （1） 市场预测和用户分析 （2） 话务密度预测 （3） 话务增长预测与新业务预测 （4） 原始设计选择 （5） 原始小区规划 （6） 网络扩容规划 （7） 小区复用模式选择 8 （8） 计算机模拟 （9） 局部性能测量 （10）最后确定的网络设计 4.1.3 WCDMA 传播模型 传播模型就是反应无线传播损耗与频率、距离、环境、天线高度等变量的数学关系式。 传播模型是移动通信网小区规划的基础，传播模型的准确与否密切关系到小区规划是否合理， 运营商能否以比较经济合理的投资满足用户的需求。 无线小区规划的首要问题是建立传播模型，来模拟电信号在无线环境中的衰减情况，估 算出尽可能接近实际的接收点的信号场强中值，从而进行合理的小区规划，既满足用户需求 的同时又可以节约投资。 4.1.4 移动无线网络传播环境 移动无线传播环境决定着电波传播的特性，从而影响着无线电信号的传输质量。因此， 研究无线通信的重要问题就是研究无线传播环境对信号的传输质量的影响，也就是研究无线 电信号在空中所经历的路径损耗。 自由空间的定义：指充满均匀理想介质的空间，而且不存在地面和障碍物的影响。在自 由空间里传播的电波不产生反射、折射、散射、绕射和吸收等现象，只存在因扩散而造成的 衰减。 自由空间的基本传输损耗是指位于自由空间的发射系统的等效全向辐射功率(EIRP)与接 收系统各向同性接收天线所接收到的可用功率之比，通常用表示。当收发天线之间的距 bf L 离 d(工作波长)时，可由下式计算： bf L dkmfMHzLbflg20lg20 5 . 32 9 预规划输入 覆盖 开始 定义网络结构及组网策略 网络预规划 站点预布，覆盖规划 信息调查（资源、限制条件） 预规划结果 分析数据 现场信息 现场勘查，数据采集 勘查结果分析 确定站点方案？ 仿真优化 建立站点数据 规划结束 质量 容量 Y N 图 4.1 WCDMA 无线网络规划流程 4.2 WCDMA 的规划 常见的网络规划技术有移动无线网络规划技术、无绳系统网络规划及蜂窝移 动网络规划，其中蜂窝移动通信网络规划为最困难的。蜂窝移动通信网络规划需 要同时考虑系统性能、系统容量、小区覆盖、用户话务量地形环境等多种因素。 通常规划时要考虑多种约束，而在蜂窝网络结构确定后还必须进行小区信道分配。 4.2.1 WCDMA 覆盖规划 WCDMA 覆盖规划起始于链路预算和实测获得无线传播模型的校正。WCDMA 链路预 10 算要考虑基站的设备配置和天线配置。链路预算中还包含了一些 GSM 链路预算中不包含的 新参数。 链路预算的主要目的是在对当前系统模型参数合理取值基础上，分析小区的最大允许路 径损耗，从而得出各种情况下的覆盖半径。WCDMA 系统的链路预算不是一个单纯的线性过 程，它和小区的负荷估算是结合进行的。首先，必须根据在不同移动台速度下每种业务的质 量要求，获得相应的上、下行的 Eb/N0 指标值(一般由设备厂家给出)，由此计算出各种业务 的参考接收灵敏度。参考接收灵敏度与系统热噪声、业务速率和 Eb/N0 有关。然后，在设定 或者已知小区负荷的情况下，上行最大允许路径损耗的计算就变成一个简单的与 GSM 系统 上行链路预算相似的计算过程。而下行链路的预算问题要复杂些，面对的是如何把有限的总 发射功率分配给各个活动终端的问题。鉴于终端位置分布、终端软切换状态等不确定性，必 须建立一个模型，作一些简化性的假设，然后才能计算出一个统计性的结果。 4.2.2 WCDMA 容量规划 数据通信占用的是辅助信道，计算数据通信要占用多少无线空中资源，目前较常用的方 法是在一定的业务模型下，将数据速率要求转换成爱尔兰需求，然后沿用传统话音的计算方 法求出信道需求。 计算流程如下： （1） 估算出小区的覆盖面积，将基站小区的覆盖面积乘以相应的话务密度，得到该小区目 前需满足的话务量。 （2） 根据话务量和指定呼损指标查爱尔兰 B 表，得出该基站小区所需的语音信道数。 （3） 3G 系统有个重要特点是软切换，所以我们在计算信道板时要考虑切换因子。基站语 音信道数乘以切换因子就得到基站所需承载的信道数，再加上公用信道数，得到总信 道数，最后除以每块信道板提供的信道数就可以得出信道板数了。 （4） 如果估算出来的信道数超过一个基站的最大配置，则需要增加新的基站。 对于小区需要信道数的计算，可以通过可用频谱、用户数预测，话务密度信息来衡量， 计算条件是给定拥塞率，若硬件引起拥塞，由查 B 表可以得出结果。若最大容量是由干扰限 制造成，其容量定义为软容量。对于软容量受限系统，不能通过爱尔兰表计算，总信道容量 大于平均每小区信道数。由于相邻小区共享一部分干扰，在相同拥塞率条件下，服务更多话 务量。来自邻区干扰越少，在中间小区内可用信道就越多。 当小区具有少的信道，高比特率实时用户出现时，平均负荷必须降低，以保证低的拥塞 率。由于平均负荷降低，有附加的容量提供给邻区利用。这部分容量是从相邻小区借用，因 11 此干扰的共享提供软容量。对于高比特率的实时数据用户，例如图像连接，这是重要的。 如果相邻小区用户较少时，在 WCDMA 系统中被认为增加软容量。软容量定义为在软拥 塞的条件下爱尔兰容量的增加。当平均每个小区具有相同的最大信道数时，软阻塞与硬阻塞 相比的爱尔兰容量增加量为： 1- 爱尔兰容量（硬拥塞） 爱尔兰容量（软拥塞） 软容量 由于在 WCDMA 系统中所有用户共享在空间信道上干扰源，分析就不能分开进行，各用 户互相影响，引起发射功率改变，这些改变再引起改变，如此往复，相互影响，预测处理是 一个反复的过程，直到稳定为止。 软容量的大小也依赖于传播环境。如果相邻小区负载量较低，只有当无线资源管理算法 在一个小区能实现较高容量时，才可获得软容量。如果这种算法是基于宽带干扰，而不是吞 吐量或连接数，就能实现软容量。 4.2.3 WCDMA 系统容量估计 3G 系统是宽带 CDMA 系统，其网络组织继承窄带 CDMA 特点，由于采用码分多址方式 频率复用不是一个重要的方面，网络干扰来自自身系统，与一时间通话用户数量有关。 WCDMA 的频率复用系数是 1，系统是干扰受限系统，容量的实质是对干扰量的估计。 对于下行负荷的估计，一个重要方面是对于基站发信功率的估计。这里所说的功率为平 均功率，而不是小区边沿峰值发射功率。对于每个用户所要求的最小功率，由基站到移动台 平均衰耗及移动台灵敏度决定，条件是不存在多接入引起的干扰(包括小区内和小区外)。由 干扰引起的噪声提升使得移动台所需最少功率比原来有了一个提高，最后使得系统能接入的 用户数必然减少。 对于上行负荷的估计，在全话音业务的情况下，负荷因子的关系可以简化为 1 / / 0 vN RW NEb UL 上式中各参数意义如表所示: 参数表 12 在 UMTS 中下行容量被看成比上行容量更重要，是因为话务的不对称，与下载类型业务 较多有关。在 3G 中容量考虑下行比较多，影响上下行不同的因素为正交码和基站发分集。 WCDMA 用扩展码在下行链路区别小区，在上行用来区别用户。下行用 218 的 gold 码，被截 成周期为 10 的帧，可甩扰码 512，分成 32 个码组，每组有 12 个码。下行正交码对容量的影 响，考虑用不规则短码，在一个路径的条件下是正交的，在多经的条件下部分正交性将消失， 且引起小区内各用户之间相互干扰。 WCDMA 的频谱效率与链路性能有关，理论分析与仿真表明上行链路的容量是下行链路 容量的 2-2.5 倍。除了基站采用了天线分集外，主要是因为上行链路用了多用户信号检测技 术，与一般接收机比较几乎提供了两倍的容量。但在下行链路，两个基站向同一移动台发射 信号，而它们并不正交，只能起到多径分集的作用。 通过分析可以得出结论：下行覆盖比上行更依赖于负荷，原因是基站总发射功率被下行 所有用户共享，650kbit/s 以下覆盖由上行决定。WCDMA 谱效率定义为一定比特率下同时呼 叫数，或在 3G 中更直接用每小区 5MHz 上吞吐量表示，单位是 kbit/s/cell/载波。它由很多因 素决定，变化很大，系统模拟需要规定一些条件。 一般情况下，窄带 IS95 单载频全向基站的话务信道数可达 23 个，2呼损条件下支持 15.76Erl；单载频三扇区基站每扇区的话务信道数可达 20 个，2%呼损条件下每基站支持 39.54Erl。对于 WCDMA 系统， 单载频提供信道由 OVSF 码与扰码共同决定。工程设计时应 根据实际话务分布需求合理设置载频数量及合理配置各基站的话务信道数。 WCDMA 本身是一个宽带系统，不可能会有较大的保护频带。因此，如何避免邻频干扰， 13 也是网络规划中需要重点考虑的问题。 当本系统内部同一基站采用双载波或多载波时，因为两载波用相同的基站天线，邻道干 扰可以完全避免。即此时不存在邻频干扰的问题。邻频干扰常出现在使用相邻频率的两运营 商之间。目前，由于只有中国联通拿到了 WCDMA 牌照，因此国内暂时不会出现使用两个紧 邻频段的 WCDMA 运营商。 4.3 基站规划 基站规划是在连接覆盖和容量纽带，合理的利用地形设计基站及天线能大大的节省成本。 4.3.1 选站原则 由 WCDMA 网络特性的分析可知，在 WCDMA 网络设计选择基站位置时，站址的设置 应该尽量依照下列原则。 尽量采用接近六边型的蜂窝结构。这样做的好处有： （1） 使前向链路干扰均匀分布； （2） 简化对软切换带给优化工作的复杂度； （3） 使天线可以设置下倾角，以控制基站的覆盖区域； 14 （4） 充分利用 2G 基站站址资源，尽可能与原 GSM 基站共点设置； （5） WCDMA 工作在 2GHz 频段，具有较高的传播损耗，站点周围阻挡少； （6） 核实站点的基带传输能力，以便给 3G 基站提供足够的 2M 端口数量； （7） 结合业务密度的预测做好基站的选址工作。因为不同的业务有不同的覆盖半径，速率 越高的数据业务其覆盖半径越小，所以在基本满足蜂窝结构的前提下，基站应该选在 数据业务密集的位置，这样有利于提供更高速有效的数据服务。 4.3.2 站址勘察 对于基站站址的选择、确定，通常按如下步骤进行： （1） 初始设计，在确定了建网目标后，应根据链路预算及容量估算的结果，估算出所需的 站点数目； （2） 确定候选站址，收集现网所有 GSM 基站数据，将其输入规划软件中，进行可用基站 甄选，在没有合适的现有基站可用时，可以考虑挑选新站址，并在规划软件中确定合 适的站高、天线方向、下倾角等参数； （3） 基站勘察，基站勘察应根据不同的项目采用不同的组织方法，但仍有一些典型的要求。 工程师应带着初步设计资料，如天线方向、天线类型来进行实地观测。在勘察表格上 画出天线放置位置的草图。然后，对该基站周围环境的全景按照每 45 度拍摄一张， 完成拍照勘查。基站勘察时需注意表所涉及的内容。 基站勘察主要内容 工作内容注释 检查周围是否有明显阻挡物， 此阻挡物在候选评估时并未 提及的。 首先，确认阻挡物是否为相邻的楼房。接着，根据周围的 环境观察该站点的建筑物高度是否足够。 确定天线位置及方向 画出房顶或发射塔的草图，并确认以下内容： 天线位置及方向 房顶大小及离边缘距离 楼顶外墙，空调设备或其他房顶障碍物的位置 在房顶拍照，以获得该站的总体轮廓 检查以下项目： 天线位置和高度是否足够，不被房顶边缘阻挡 天线水平方向没有阻挡 满足共站要求的最小隔离度 记录现有通信 系统的详细资料 在草图上记下其他天线的位置方向，尽量记下天线类型： 中国联通GSM系统；中国移动和其他系统 15 确认机柜/机架位置 记下机柜设备即将放置的位置，房顶或在楼房里。建议的 机柜位置能进出方便，允许日后扩展。在共站情况下，还 应考虑有否足够的空间安装新机架，或考虑是否能扩大机 房。 防雷现有的防雷设备安装是否完好?工作状况怎样? 传输 如准各安装新的微波传输设备，应记下其位置和天线数目， 方便与WCDMA设备连接。否则，应确定与现有传输设备 的连接点。 4.3.3 天线选择及其安装 天线对于移动通信网络来说，起着举足轻重的作用，如果天线的选择不好，或者天线的 参数设置不当，都会直接影响到整个移动通信网络的运行质量。 由于 CDMA 系统是自干扰系统，因此控制干扰是网络规划中的重要内容，同时要控制网 络的软切换比例，减小系统资源的开销。除了调整功控和切换参数外，做好天线的设计也是 获得好的网络性能的重要条件。尤其在基站数量多，站距小，载频数量多的高话务量地区， 天线选择及参数设置对网络的干扰，覆盖率，接通率及全网服务质量有很大影响。 在市区话务量密集的地方，以三扇区站型为主，选用窄波瓣、中等增益天线，一般选用 65 度水平半功率角、增益 16dBi 左右的定向天线。避免扇区之间彼此干扰，避免越区覆盖。 在一般市区或城市边缘及乡镇等，有一定的话务量并且需要良好覆盖的地方，以三扇区站型 或两扇区站型为主，一般选用 90 度水平半功率角、增益 18dBi 左右的天线。增大基站的覆盖 范围，减少盲区。 除了水平半功率角需要仔细选择外，在密集城区和市区，天线的垂直半功率角也在很大 程度上影响小区的覆盖及干扰控制。宽波瓣角能更好地覆盖周围区域及高大建筑物，而窄波 瓣天线则可以较好地控制干扰，需要根据实地情况，根据覆盖区域的特点，灵活选用天线类 型。在偏远地区、农村等地区以提供覆盖为主要目的，应选用全向天线。充分利用硬件资源， 提高设备利用率。 尽量选用 d=度极化方式的双极化天线。因为它组合了+45 度和-45 度两副极化方向45 相互正交天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量和架设空间； 同时由于度为正交极化(其极化分集增益约为 5dB)，有效保证了分集接收的良好效果。45 由于在 WCDMA 网络中，通过改变天线方向和天线倾角的方式来改善网络的干扰情况是 常用的方法，而采用机械下倾角方式虽然能控制主波瓣方向的干扰，但由于这种下倾导致了 天线形状的畸变会增大旁瓣方向的干扰等，并且不能适用于全向基站，因此应该尽量选用电 子下倾角的天线。利用赋形天线(上旁瓣抑制、下旁瓣零值填充)，可以降低其它基站带来的 16 干扰及彻底解决“塔下黑”的问题。共用馈线会引入干扰和损耗，若工程条件允许，建议 WCDMA 基站采用独立馈线系统。 在 WCDMA 系统中，为了获得更好的抗干扰效果，同时增强上行链路的覆盖，可以采用 多发收天线，以取得更好的分集效果。因此，在进行天线安装设计时，要注意满足本系统内 天线间的隔离距离，以保证分集效果。 基站的三扇区天线之间要保持 120 度的隔离，以给各个方向提供覆盖并保持扇区之间相 应的重叠区域，避免过多软切换。但工程实际中，常需根据实际需要进行相应调整。这时需 要注意的是，对两扇区间超过 120 度的要避免产生覆盖盲区。 在与现网 DCSl800 共站情况下，要尽量保持天线之间的隔离，以避免系统间干扰。为了 确保天线的垂直波瓣不被房顶的边缘阻挡，需要计算房顶边缘到天线的安全距离以及天线的 高度。如图所示，这时可利用下式来计算从房顶边缘出发的天线安全高度 h 和距离 d：Tan( /2)=h/d =天线的垂直波瓣宽度 2/ d=到屋顶边缘的距离 h=天线高度 天线覆盖示意图 天线与馈线的连接，最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗，这时馈 线终端没有功率反射，馈线上没有驻波，天线的输入阻抗随频率的变化平缓。天线的匹配工 作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量，使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的 优劣一般用驻波比来衡量。在移动通信中，一般要求驻波比小于 1.5。 5 5 河河东东酒酒店店室室内内覆覆盖盖设设计计 本章在前几章的基础上，以河东酒店为规划覆盖目标，讨论了无线网络规划室内设计的 具体方案，并分析了其覆盖质量与可行性。 5.1 室内覆盖理论 5.1.1 什么是室内覆盖 17 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。 微蜂窝基站 天线 天线 天线 天线 功分器 功分器 干放器 图 5-1 室内覆盖模型 5.1.2 为什么要建设室内覆盖 进行室内覆盖系统建设的直接理由是：室内移动通信环境有太多需要完善的地方： （1） 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； （2） 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； （3） 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； （4） 对于较高的楼层还易产生“孤岛效应” ，导致手机无源登录网络。 5.1.3 什么地区需要室内覆盖 （1） 室内盲区：新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等； （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。 5.1.4 怎么实现室内覆盖 18 实现室内覆盖的技术方案可分为三种： （1） 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； （2） 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） 直放站接入方式：在室外站存在富余容量的情况 下，通过直放站(Repeater)将室外信号引入室内 的覆盖盲区。 5.1.5 信号分布基本方式 （1） 无源天馈分布方式：通过无源器件和天线、馈线，将信号传送和分配到室内所需环境， 以得到良好的信号覆盖。用于中小型地区； （2） 有源分布方式：通过有源器件(有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等) 和天馈线进行信号放大和分配； （3） 光纤分布方式：主要利用光纤来进行信号分布。适合于大型和分散型室内环境的主路 信号的传输； （4） 泄漏电缆分布方式：信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口， 在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当 于一系列的天线起到信号的发射和接收作用。它适用于隧道、地铁、长廊等地形或高 层导频干扰非常严重的区域。 5.2 室内覆盖设计 5.2.1 覆盖区域 室内覆盖的目的是在建筑物内部需要场强覆盖，而基站信号又无法辐射的区域提供理想 的信号覆盖。因此，工程设计的首要工作是勘测确定哪些区域已被基站所覆盖，哪些区域还 需室内分布系统增强信号。在勘测时，应特别注意话务繁忙地带，即用户最经常使用移动电 话的地方，往往这一区域要设计一个分布天线。 19 图 5-2 河东酒店正面图 图 5-3 河东酒店剖面图 本工程为部分覆盖。覆盖面积为去除游泳池设备区的地下室部分，约为 2400 平方米，具 体区域如图 5-4 粗实线绿色部分。 游泳池设备区 电影院宴会厅 酒吧宴会厅 超市 宴会厅 60米 55米 15米 11米 4米 5米 10米 3米 5米 卡拉ok小包间卡拉ok小包间 卡拉ok大包间 卡拉ok中等包间 图 5-4 河东酒店 B1 层平面图 5.2.2 覆盖方案 本室内覆盖系统工程采用微蜂窝有线接入方式的覆盖方式。该室内覆盖系统工程设计兼 容 GSM900MHz 和 WCDMA2100MHz 两个系统。GSM900MHz 和 WCDMA2100MHz 信源用 双频合路器合路后，通过无源双频器件及馈线把信号合理地分配到目标覆盖范围，两网共用 20 一套室内覆盖系统。具体设计如图 4-5。 60米 55米 11米 4米 5米 10米 3米 5米 15米 WCDMA基站 GSM基站 合路器 33dBm 2.2dB/20m -3dB 20dB耦 合器 7.5dBm -2.5dB 30dBm 29.2 dBm -1.2dB 8dBm 8.9dB m 28.3dB m 7.5dBm7.2dBm5.5dBm 5dBm 4.4dBm 15dB耦 合器 15dB耦 合器 21.5dB m 26dBm 5dB耦合 器 20.5dBm 5.5dBm 10dB耦合器 4.6dBm3.8dBm3.9dBm4dBm 4.2dBm 8dBm 5.4dBm 5dBm 4.9dBm 20.5dBm 5.2dBm 7.4dBm 8.2dBm 6.4dBm 6dBm 7.1dBm 8.1dBm 7.2dBm 15.5dBm 5.1dBm 5.4dBm 21dBm 7.5dBm 16.8dBm 图 5-5 覆盖方案 5.2.3 设计标准 （1） 边缘场强分析 严格按照室内覆盖系统的技术指标设计，室内覆盖的边缘场强大于-80dBm，可以保证各 系统终端语音和数据业务的良好通信效果； 路径衰耗： (5-1)d()log(10)()( , dd BFAF d d NdBPdBP sfLL ， 为距天线 1 米处的路径衰减，典型值 35dB , Ld P 为同层衰减指数，取 3.25，FAF 为不同层路径损耗附加值。 sf N 根据天线设置情况，要求每面天线覆盖半径为 15 米，天线口功率按 10dBm 计算，同楼 层距天线 15 米处的路径衰减： (5-2)(2 .73)d(15log25 . 3 1035)( 15 dBBdBPL 吸顶天线增益 G 为 2dBi： 21 (5-3)(80)( 2 . 612 2 . 7310)(dBdBGPPdBP Ltr 可以满足覆盖要求。 （2） 设计标准 表 5-1 设计标准 掉话率：小于 1% 阻塞率：小于 1% 接通率： 大于 95%(95%以上的 地方可接通) 边缘场强：大于-80dBm 上行噪声电平：小于-120dBm 天线口功率：5-15dBm 室外溢出信号：小于-85dBm 切换成功率：大于 95% 5.3 设计总结 5.3.1 功率分配合理性与设备利用率分析 各天线输出功率均在 8.5dBm 左右，并符合天线口输入功率低于+15dBm 的国家关于电磁 环境卫生标准的相关规定，可使得覆盖区域内达到良好、均匀的室内覆盖效果，通过分析计 算可验证本系统完全满足覆盖要求，预期覆盖区域内边缘场强值在-61.2dB 以上。 在系统中尽可能使用主机的输出功率进行功率分配，减少有源设备的使用，且充分利用 功分器进行功率分配，同时保证了天线口功率的平均分配。 5.3.2 信号外泄和切换分析 本室内覆盖系统仅针对河东酒店的地下 B1 层，信号不会有任何外泄，不会对室外信号 造成影响。所有天线使用同一信源，因此不会产生频繁切换现象，而因为信号不会传到室外， 所以在出口也不会产生切换失败的现象。 5.3.3 电磁