同博办公楼室内覆盖系统的设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）同博办公楼室内覆盖系统的设计DESIGNINDOORCOVERAGESYSTEMOFTONGBOOFFICEBUILDING学生姓名学号专业班级移动通信技术指导教师2012年5月作者声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，除了文中特别加以标注的地方外，没有任何剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范的行为，也没有侵犯任何其他人或组织的科研成果及专利。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。毕业设计（论文）成果归武汉工程大学邮电与信息工程学院所有。特此声明。作者专业作者学号作者签名年月日摘要随着社会的发展，人们生活水平的提高，城市建筑越来越密集，结构越来越复杂，对无线信号的阻挡越来越严重，室内无线信号的质量越来越差，这与人们日益追求高品质的无线服务，如高速率数据传输、高清晰手机通话等相悖。GSM网已是很成熟的2G网络，就国内来看，GSM网的大网建设基本完成，室外的信号基本符合要求，室内信号质量差的现状亟待解决。室内覆盖技术就是解决这个问题很好方法。GSM网运用频分多址技术和时分多址技术，承载了话音业务、数据业务、短消息业务等。室内覆盖技术是基于GSM系统建立起来的，主要应用是引入GSM基站信号，进行信号放大并在放大信号输出端有一套独立的室内覆盖系统，这个系统能使经放大后的信号均匀地分布在室内各个角落，保证了室内信号的质量。直放站是室内覆盖技术中的典型应用，它可以解决信号覆盖问题，在扫除盲区，延伸覆盖端的同时还可以调配话务量。在很多需要覆盖的地方应用广泛，比如城市密集区、城市边缘、郊区乡村、室内等。无线直放站是直放站中应用最多的一种，无线直放站建设方便，投资少，见效快；安装容易，无需专用机房，无需传输资源。本文最后即用无线直放站对同博办公楼进行了室内覆盖设计，经计算，满足了改楼宇室内信号的要求。关键词GSM网；室内覆盖；直放站目录第1章绪论111国内外室内覆盖现状及趋势112本论文的研究内容1第2章无线覆盖系统的架构及工作原理221无线覆盖系统设备简介2211直放站简介2212直放站的分类322GSM无线直放站原理323天线及天馈系统的简介4第3章室内覆盖系统的设计规范631系统设计的一般要求6311系统组成6312设计遵循的原则6313系统设计内容732信号源设计7321信号源划分7322信号源选择原则7323信号源设置833室内信号分布系统设计9331系统结构9332系统设计步骤9第4章同博办公楼室内覆盖系统的设计1041同博办公楼建筑结构简介1042设备1043天线1344馈线1345无源器件1546覆盖区场强预测分析16第5章总结与展望17参考文献18致谢19第1章绪论人类进入21世纪之后，信息技术在人们生产、生活中的作用日益突出。庞大的用户群体，庞大的业务量，必然需要依托于一个覆盖全面、信号稳定的网络，因此，单信号的室内覆盖作为大量吸收话务量和提高覆盖质量的系统被运营商大量采用。但是，由于中国国内无线网络的发展较晚，很多技术还不成熟，虽然大网的建设基本完成，室外能满足基本通话的要求，但是随着信息技术的发展和国际市场的介入使得人们对无线网络的要求日益提高，尤其是大城市人口密集，建筑物结构复杂，对信号的阻挡作用显著，室内信号较差，有些地方如地下室基本没有信号，在这种情况下室内覆盖的必要性更加显著，网络全面覆盖势在必行。再加上3G网络的发展，对室内覆盖提出了更高的要求，未来的无线网络应具有信号稳定，通话质量高，数据传输速度快，保密性高，综合业务多等特点。这些功能的实现都离不开室内覆盖系统的支持1。11国内外室内覆盖现状及趋势国内由于中国无线网络发展较晚，无线网络的大网建设基本完成，室内覆盖系统还不完善，还需要长期的建设。国外欧洲、美洲等发达国家的无线网络发展较早，技术也比较成熟，室内覆盖技术也比较先进。为了解决这一难题，一种名为INTERMOBILE的室内无线综合覆盖解决方案通过对楼宇等建筑物进行一次施工，将多个运营商的商用信号完全覆盖，而且没有制式限制，室内无线综合覆盖建设也在商榷之中2。12本论文的研究内容本论文的研究内容是，无线网络室内覆盖设计的理念与设计图的绘制工具，并针对同博办公楼的无线覆盖系统提出具体设计。其主要内容包括，室内覆盖的概念及重要性；室内覆盖系统组成；信号室内覆盖方式；规划选点的原则和方法；室内覆盖系统设计。第2章无线覆盖系统的架构及工作原理21无线覆盖系统设备简介211直放站简介移动通信直放站是对移动通信信号直接放大的一种同频中继站。它不改变原信号的频率，也不对信号所携带的信息作任何处理。当然它会引起一些波形畸变和相位偏移。在正常情况下这对通信没有明显得影响，但这也正是直放站要避免的问题，尽量使波形畸变更小和相位偏移更小。GSM通信由上行信号和下行信号组成，又因为上行信号和下行信号的频段与方向不同，所要求的信号强度也不同，因此直放机必须具备对上下行信号分别进行处理的能力3。1直放站系统直放站系统分为三个部分，两个接口。图21直放站系统示意图第一部分是基站。第二部分是直放站。第三部分是目标覆盖区域。接口1是基站与直放机的接口。接口2是直放机与目标覆盖区域的接口。2直放站的工作原理施主天线（或通过电缆）接收基站下行信号，然后通过环形双工器送入下行滤波器，下行滤波器将滤除下行信号中的部分带外噪声。之后下行信号进入下行低噪放，下行低噪放具有抑制带内噪声，提升有用信号电平的功能。低噪放具有60DB的增益。低噪放的输出再通过下行滤波器滤除带外噪声后由下行功放放大。如果信号不经滤波器、下行低噪放而直接进入功放放大，则噪声也会一起被放大，导致波形畸变严重，信号误码率上升，通信效果变差。212直放站的分类按制式分可以分为GSM、AMPS、ETACS、DCS、CDMA、3G等；按频选方式分可以分为宽带、带宽选择、信道选择；按传输方式分可以分为射频、光纤。本设计方案选用无线直放站，按无线直放站分为宽带直放站和选频直放站，同样可以作为延伸覆盖系统的信源，有以下特点投资少，见效快安装容易，无需专用机房，无需传输资源；不能提供新的业务信道，无法吸收话务量；输出信号频率和输入信号频率相同，透明信道；不同的型号有不同的输出功率，可以灵活的作为不同延伸覆盖系统的信号源；需要接收其它的基站信号，对原有基站会有一定的影响；信号不纯净，质量相对较差。针对现在同博办公楼的无光纤覆盖的条件，选择GSM无线直放站4。22GSM无线直放站原理1GSM无线直放站原理图图22GSM无线传输直放站结构示意图2GSM无线直放站工作原理在下行方向，施主天线接收的基站信号送入双工耦合滤波器进行滤波后，由一体化模块中的下行低噪声放大器将电平调整到功放模块规定的接口电平，功放模块可将基站信号放大后送至双工滤波器，由重发天线发射出去。同理，在上行方向，重发天线接收的手机信号在经过双工滤波器后，被低噪声放大器将电平调整到功放模块规定的接口电平，一体化模块中的上行功放模块可将手机信号放大后送至双工滤波器，由施主天线发射出去。3系统特点适用于GSM系统。采用无线方式与基站联系；采用高选择性、低插损的腔体滤波双工器，消除上下行串扰；系统的噪声低、线性好、功率大，通话效果理想，对基站及其他无线设备无干扰；有完善的监控、报警功能；信道选频方式和频段选择方式可选5。23天线及天馈系统的简介有效地辐射和接收无线电波的装置，称为天线。无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来，并通过馈线送到无线电接收机。1天线类型常用基站天线类型有共线天线、对数周期天线、角反射器天线、偶极子天线、交叉偶极子天线、八木天线等。2天线选型需要综合考虑以下因素的影响有方向图、增益、水平波瓣宽度、垂直波瓣宽度、下倾方式、天线和发射机的匹配程度、驻波比、频带宽度、分集方式、天线的互调、天线尺寸、材质结构、天线安装等。需要根据覆盖区内的地形、地物、基站高度、覆盖半径等。3极化方式基站天线多采用线极化方式并分为单极化天线多采用垂直线极化；双极化天线多采用45度/45度双线极化。4天线的频带宽度发射天线及收发共用天线，对于频段宽度有不同要求。收发共用天线需要更大的频带宽度。5天线和发射机的匹配当天线与其连接的馈线达到阻抗匹配时，传输信号能量的效率最高。应当选择天线阻抗和馈线阻抗相同。避免互调干扰。6天线下倾方式天线的下倾方式分为机械下倾、电下倾。7室内分布系统天线选型天线的选型有吸顶天线、壁挂板状天线、八木天线6。第3章室内覆盖系统的设计规范31系统设计的一般要求311系统组成无线室内覆盖系统主要由二部分组成信号源和室内天馈线分布系统。信号源主要分为两类基站、RRU和直放站；室内天馈线分布系统由有源器件、无源器件、天线、缆线等组成。无线室内覆盖系统的引入不受频段和通信制式的限制，满足各种通信制式建设要求，包含2G和3G移动通信系统、PHS、SCDMA、TRUNK系统。各通信制式室内覆盖系统可单独建设，满足各制式的网络指标要求；也可以多通信制式共室内分布系统建设，多制式合路时，各制式应满足各自的网络指标要求，并保证各制式间互不干扰。312设计遵循的原则（1）系统结构应综合考虑运营商当前网络及未来发展的需求，满足运营商其它制式系统未来的接入要求，并充分考虑系统扩容和其他制式系统合路的可能性；（2）系统配置应满足当前业务需要，同时兼顾一定时期内业务增长的要求；（3）系统设计应满足科学性、经济性、可实施性、可管理性、可维护性的要求；（4）系统设计应根据不同目标覆盖区域的网络指标，合理分布信号，避免与室外信号之间的频繁切换和干扰，避免对室外基站布局造成影响；（5）满足国家有关环保要求，电磁辐射值必须满足国家标准电磁辐射防护规定，即国标GB870288规定的限值，采用设备与材料及产生的物质对环境无污染，同时应达到环保部门在GB917588环境电磁波卫生标准中对噪音指标的要求；（6）系统设计中选用的设备、器件和线缆应符合系统技术要求，各个组成部分接口标准化，便于设备选型和统一维护。313系统设计内容1系统选择方案（1）目标建筑调研综合考虑目标建筑室外无线网络覆盖现状，目标建筑地理位置、周边情况，用户组成和分布情况等；（2）确定室内覆盖目标区域根据不同系统建设质量指标要求和运营商的特殊要求，结合目标建筑特点和建筑用户分布情况，综合确定室内覆盖目标区域；（3）信号源选择根据容量和覆盖需求，综合考虑业务发展趋势，结合建筑内安装条件选择合理的信号源。2室内天线设计方案（1）天线类型的选择根据目标覆盖区特点选择不同的天线类型；（2）天线点位置设置天线点尽量结合目标覆盖区的特点和建设要求，设置在相邻覆盖目标区的交叉位置，保证其无线传播环境良好，同时遵循天线最少化原则。3室内天馈线分布系统结构设计方案确定分布系统结构和分布方式（光分布系统、电分布系统、光电混合系统等）。合理使用各类设备、器件，合理设置天线发射功率，提高系统性价比，并使系统满足网络近期和远期的发展要求7。32信号源设计321信号源划分无线室内覆盖系统信号源引入方式主要分为两类基站和直放站。其中（1）基站引入方式含微蜂窝基站引入、宏蜂窝基站耦合信号、射频拉远；（2）直放站引入方式含射频直放站、光纤直放站。322信号源选择原则（1）在信号杂乱且不稳定的室内无线环境中，避免使用室内直放站引入信号，宜选用基站作为信号源。如在开放型的高层建筑中，通常选择微蜂窝基站作为室内分布系统的信号源，抑制干扰，保证主用信号电平及通话质量指标；（2）在室内信号较弱或覆盖盲区的环境中，通过定向天线可以取得较纯净且稳定的主用信号，宜采用射频直放站作为室内分布系统的信号源。如隧道、地铁站、地下商场、酒吧等规模较小、信号屏蔽严重的场所。采用直放站作为室内分布系统的信号源必须考虑施主基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰；（3）对于室外基站话务拥塞的情况，室内覆盖主要解决容量问题，宜采用微蜂窝基站作为室内分布系统的信号源，来分流室外基站的话务量，改善用户通信质量；（4）对于建筑内部话务须求量大的大型场所，如商场、机场、火车站、展览中心、会议中心等，宜选用基站（宏蜂窝或微蜂窝）作室内分布系统的信号源；（5）对于通信质量要求高的酒店、写字楼、政府机构等场所，宜采用微蜂窝基站做信号源。323信号源设置1室内微蜂窝基站的设置室内微蜂窝基站信号经过室内馈线及无源器件均匀分配至各个天线，基站位置应设置在尽可能使多数天线的馈线长度相同的位置，提高基站输出功率的利用率。室内微蜂窝基站设置位置应满足基站工作环境、传输等要求。2宏蜂窝基站耦合信号耦合宏蜂窝基站信号时应采用插入损耗小的耦合器，最大限度的减少对室外发射功率的影响；采用的有源放大设备应设置适当的上下行增益，最大限度的减少对宏蜂窝基站的噪声引入。3射频远端单元的设置部分基站产品能够实现射频远端单元方式，即将基站射频模块与控制部分分开，之间利用光纤连接，RRU安装在合理的位置作为室内分布系统信号源。4射频直放站的设置射频直放站输出信号经过室内信号分布系统均匀分配至各个目标覆盖区域，直放站位置设置合理，既满足直放站与施主天线距离不宜过长，又充分利用直放站输出功率8。33室内信号分布系统设计331系统结构天馈线分布系统由有源放大设备干线放大器、光端机等、缆线（同轴电缆、光缆、泄漏电缆）、功分器、耦合器、室内天线等设备组成。332系统设计步骤1系统设计的步骤（1）确定目标建筑、需求分析；（2）室内无线信号现状测试；（3）确定室内覆盖区域；（4）模拟测试；（5）信号源的选取及配置；（6）室内分布方式的确定；（7）结合模拟测试结果，进行室内覆盖信号传播损耗计算；（8）室内天线分布方案设计、天线类型选择和馈线路由的确定；（9）室内覆盖系统组织结构方案设计；（10）室内覆盖系统设计。2室内覆盖系统设计原则（1）满足国家有关环保要求，应达到环保部门在GB917588环境电磁波卫生标准中对噪音指标的要求，室内天线的发射功率不大于15DBM/TRX；（2）无源器件应满足需引入系统的通信频段要求；（3）应保证覆盖区域信号与周围室外其它基站各小区间进行正常切换，室内信号应保证不对室外信号产生干扰；（4）满足覆盖系统设计指标和各制式通信系统指标的要求9。第4章同博办公楼室内覆盖系统的设计41同博办公楼建筑结构简介同博办公楼位于武汉邮电科学研究院院内，为一两层半建筑，每层面积约为600平米，此次工程覆盖13F，总建筑面积1542平方米，覆盖面积为1028平方米。42室内覆盖设备介绍无线直放站的室内覆盖设备主要为信号源、功分器、耦合器以及各种天线、线缆。如表41所示。表41设备清单状况表序号品牌、规格、型号配置情况说明单位数量1无线直放站（900M）台12合路器900M/2200M二合一台13耦合器腔体200W6DB个44耦合器腔体200W10DB个15功分器腔体200W二功分个76室内全向吸顶天线低频806960高频17102500副137馈线1/2“阻燃米1508连接器馈线接头1/2“馈线接头个609连接器馈线接头NJJ双阳转接头个510连接器馈线接头NKK双阴转接头个543天线点位图图41一楼天线点位图图42二楼天线点位图图43三楼天线点位图44系统图INOUTGSM信源01DB/1M二功分PS11F06DB/8M07DB/10M6DBT11F01DB/1M06DB/8M01DB/1M06DB/8MANT11F100DBMANT21F105DBMANT31F102DBM6DBT21F01DB/1MANT41F100DBM06DB/8M01DB/1MANT51F103DBM06DB/8MANT61F98DBM二功分PS21F二功分PS31F二功分PS12F07DB/10M09DB/12M6DBT12F01DB/1M07DB/10M01DB/1M06DB/8MANT12F89DBMANT22F94DBMANT32F92DBM6DBT22F01DB/1MANT42F91DBM07DB/10M01DB/1MANT52F92DBM07DB/10MANT62F86DBM二功分PS22F二功分PS32F01DB/1M02DB/3M01DB/1M02DB/3MANT13F99DBM10DBT32F二功分PS41F图44同博办公楼的室内覆盖设计原理图43天线根据勘测站点的建筑结构平面图，确定天线的点位，天线的布放施工应遵循以下原则（1）应根据勘测结果和结构，设置天线位置和选择天线类型，天线尽量设置在办公楼室内公共区域；（2）对于层高较低，内部结构复杂的室内环境，宜选用全向吸顶天线，宜采用低天线输出功率、高天线密度的天线分布方式，以使功率分布均匀，覆盖效果良好；（3）对于较空旷且以覆盖为主的区域，由于无线传播环境较好，宜采用高天线输出功率、低天线密度的天线分布方式，满足信号覆盖和接收场强值要求即可。如地下车库等区域；（4）对于办公楼边缘的覆盖，宜采用室内定向天线，避免室内信号过分泄漏到室外而造成干扰，根据安装条件可选择定向吸顶天线或定向板状天线；（5）无线直放站的施主天线一般放置在楼顶，与基站主天线之间无障碍10。44馈线本次工程在F106室对面走廊角打通往F2的宽8CM深5CM的电缆槽，在F206室对面走廊角打通往F3的宽8CM深5CM的电缆槽。竖线要直，做到方便检查，布局美观，扎带或线卡每1米一个、剪齐、方向一致。电缆在电缆槽中布放时，可以不绑扎，但在槽内应该顺直，不溢出槽道，尽量不交叉。电缆进出槽道时必须使用开孔器开孔，然后加装锁母保护电缆。对于不在机房、线井和天花吊顶中布放的馈线，应套用PVC管。要求所有走线管布放整齐、美观，其转弯处要使用PVC软管连接。馈线要求走线牢固、美观，不得有交叉、扭曲、裂损情况。当跳线或馈线需要弯曲布放时，要求弯曲角保持圆滑，其弯曲曲率半径不超过表42的规定表42馈线的弯曲半径示意表（单位MM）线径二次弯曲的半径一次弯曲的半径7/8”360MM120MM1/2”普通210MM70MM1/2”超柔120MM40MM3/8”150MM50MM1/4”普通100MM50MM1/4”超柔40MM20MM走线管应尽量靠墙布放，并用线码或馈线夹进行牢固固定，其固定间距如表43表43馈线的固定间距表（单位M）1/2”线径馈线1/2”线径馈线馈线水平走线时10M15M馈线垂直走线时08M10M室外馈线进入室内前必须有一个馈线进出口的墙孔应用防水、阻燃的材料进行密封。如业主有要求的，穿横线要穿PVC管，走线要水平、拉直，不可捆绑在细的线缆上，要做到单独捆绑，在天花板上每15米一个扎带，明线处06米一个扎带，扎带的头要剪齐，做到方向一致。注意走线的美观，经过白墙时要穿PVC管。在墙上固定时使用塑料管卡。所有7/8的馈线要用粗扎带捆扎,没有用PVC管的地方要用黑色扎带，有白色PVC管的地方用白色扎带。两条以上的馈线要平行放置，每条线单独捆扎。电缆在电缆槽（线槽）中布放时，可以不绑扎，但在槽内应该顺直，不溢出槽道，尽量不交叉。电缆进出槽道时必须使用开孔器开孔，然后加装锁母保护电缆11。45无源器件无源器件分为功分器与耦合器，功分器属于能量分配器件，可将馈线中传输的信号进行功率等分，对于基站下行信号，功分器为功率分配器，对于基站上行信号，功分器为功率合成器。耦合器属于可将能量按任意比例分配，其规格根据耦合端输出信号电平的大小划分12。1同博办公楼的天线设计由于同博办公楼为一个“一”字长条形完全中心对称的3层楼建筑，由于信号的分配必须均匀分布，且3楼面积不大，所以在建设中可以把同博办公楼分成两部分来完成。第一部分为一楼，应为左右对称，所以将信号平均分配给左右，左侧单条走廊长约30米，可以设置3副室内全向天线。3副天线的功率需平均分配，所以可以选择适当的无源器件来均分信号。右侧走廊同左侧走廊。第二部分为二，三楼，二楼部分同一楼，但是因为三楼面积很小，只需1副天线覆盖足已，而二楼共有6副天线，所以需使用耦合器来分配功率。根据上述原则，一楼共用6副天线，在一楼的02室04室06室08室09室11室门口的走廊上分别安装，室内全向吸顶天线各1副，共6副。二三楼共用7副天线，在F2层的02室04室06室08室09室11室门口的走廊上分别安装，室内全向吸顶天线1副，共6副。在F3层的走廊中心区域，安装室内全向天线1副。2各支路功率的确定在室内分布系统支路中，根据现场勘测的情况选择合适的无源器件，将支路内的天线合理的连接，在图纸中标注连接电缆长度并计算损耗。设计天线口功率时注重考虑信号的外泄控制，各支路天线功率应在10DBM1DBM之内。3干线功率设计根据勘测的现场情况合理的确定干线的路由并分配支路口功率，尽量控制各支路口功率在所需功率的1DBM之内。考虑到各种损耗，信号源计算约为24DBM。4设备的安装因为此楼主层为2层，所以在一楼信号源的初始端，接二功分PS41F在F1连接二功分PS11F，在F2连接10DB耦合器T32F。因为若在二楼的接入口使用二功分会导致三楼的整体功率过大和F2的功率过小。所以在二楼的接入口使用耦合器6DBT11F。在一楼，二功分PS11F分别连接6DB耦合器T11F6DB耦合器T21F，6DB耦合器T11F6DB耦合器T21F直通端再分别连接二功分PS21F二功分PS31F，因为若把6DB耦合器T11F6DB耦合器T21F换为三功分，会导致末端天线功率过低所以在此位置使用6DB耦合器T11F6DB耦合器T21F。在二楼，10DB耦合器T32F直通端连接二功分PS12F。二功分PS12F分别连接6DB耦合器T12F6DB耦合器T22F，6DB耦合器T12F6DB耦合器T22F直通端再分别连接二功分PS22F二功分PS32F，因为若把6DB耦合器T11F6DB耦合器T21F换为三功分，会导致末端天线功率过低所以在此位置使用耦合器6DBT11F6DB耦合器T21F。在F3，耦合器T32F10DB耦合端连接天线ANT13F。46覆盖区场强预测分析功率分配合理性分析由自由空间链路损耗公式（41）102102453DKMLOGFMHZLOGLS根据公式（41）得出天线输出最小功率为86DBM，距离10米外的信号为304DBM能满足覆盖要求。第5章总结与展望本文对室内覆盖的现状和存在的问题从室内覆盖的概念、室内覆盖的组成和规划选点的原则和方法进行了分析研究