移动通信室内多制式合路覆盖工程设计

1、移动通信室内多制式合路覆盖工程设计【摘要】随着城市的建设与发展，解决高层覆盖和深层覆盖已经成为城市移动通信建设中一项越来越重要的内容；即将开展的 3G 业务，其数据业务的使用通常发生在室内。基于此，文章对移动通信室内多制式合路覆盖进行了深入的分析，并提出了解决方案。【关键词】2G 3G 室内分布系统 多制式合路覆盖1 引言提高室内覆盖能力，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 3G 取得成功的关键因素之一。解决高层内部覆盖与深层覆盖，目前主要通过两种方法：一是在周边建设基站，二是建设室内分布系

2、统，本文重点讨论第二种。无线室内分布系统的引入不受频段和通信制式的限制，兼容各种移动通信制式建设要求1，包含 2G（2nd Generation，第二代移动通信系统）、3G（3rd Generation，第三代移动通信系统）、WLAN（Wireless Local Network，无线局域网）和 PHS（Personal Handy-phone System，个人便携电话系统）。各通信制式室内分布系统可单独建设，满足各制式的网络指标要求；也可以采用多制式合路，此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。2 多制式合路室内覆盖系统多制式合路室内覆盖系统是将多个系统无线信号进行合路

3、，共用一套室内天馈线分布系统的方式。如图 1 所示。合路器作为连接无线通信施主信号（各运营商的信源）与分布覆盖信号的桥梁，其主要功能是对各运营商的射频信号分别进行合路及分路，并滤除各频带间的干扰成份。图 1 多制式合路室内覆盖系统示意图室内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。3 设计技术指标及要求很有必要明确分布式布线系统接入的各个移动通信系统的设计技术指标要求，包括布线系统接入的 2G、3G 及 WLAN 等的设计指标要求，特别是 3G 的设计技术指标及要求。3.1 3G 系统主要指标要求23（1）呼损率：无线

4、信道的呼损率小于 2%。（2）无线覆盖区内可接通率：要求在无线覆盖区内 95%的位置和 99%的时间，移动台可接入网络。（3）信号覆盖电平：室内覆盖各分区全部与室外宏基站同频时，覆盖建筑物边缘区域内 75区域的信号电平大于-80dBm，封闭区域和室内纵深区域信号电平不低于-95dBm。室内覆盖与室外宏基站异频时，当建筑物全部采用异频覆盖，覆盖信号强度必须大于-90dBm；当建筑物部分采用异频覆盖，同频覆盖分区边缘区域内 75区域的信号强度大于-80dBm，异频覆盖分区信号强度必须大于-90dBm。（4）室内覆盖信号泄露要求：室内覆盖信号应尽可能少地泄漏到室外。在建筑物周围 10米处，室内覆盖同

5、频分区的泄漏信号应比室外信号低 10dB 以上，且最大不超过-85dBm；室内覆盖异频分区泄漏信号最大不超过-90dBm。（5）在基站接收端位置收到的上行噪声电平应小于-121dBm。（6）根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的导频发射功率为 15dBm 以下。（7）室内分布系统设计时对最小耦合损耗的要求大于 61dB。（8）下行导频信道 Ec/Io（导频强度）应不小于-12dB。（9）软切换成功率：室内外小区之间、室内各小区之间的同频切换成功率大于 98%；硬切换成功率：室内外小区之间、室内各小区之间的异频切换成功率大于 95%。3.2 3G 设计技术指标的讨论通常我们提出类似 CS 64（

6、Circuit Switching，电路交换）业务 95区域连续覆盖这样的设计目标，但据此并不能直接提出设计的具体指标，如导频 RSCP（Received Signal Code Power，接收信号码功率）最低限、EcIo 最低值等4。这是因为：（1）3G 系统中各种业务均有各自所需反映信噪比的 EbNo 值（此值还依赖具体的无线环境、终端速度等条件），只有满足该值需求，才能提供此业务。（2）由此 EbNo 值和该业务的处理增益可以推出满足此业务的参考 EcIo 值，但此 Ec Io 值是不可通过测试手机和测试软件直接测量得到的，测试手机和测试软件得到的是导频信道的 RSCP、EcIo。（3

7、）在 RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）侧可以为下行方向各业务发射功率设置一个最大值，各业务的覆盖范围因此最大值不同而不同。因此，我们应从链路预算角度出发，估算各业务覆盖情况，例如，当天线 EIRP（Effective Isotropic Radiated Power，有效全向辐射功率）导频信道设计为 11dBm、边缘 EcIo 在-15dB以上时，该天线覆盖半径为 59.1 米（自由空间）；而当 AMR 12.2（Adaptive Multi-Rate，自适应多速率）业务最大发射功率设为 7.2dBm 时，该业务覆盖半径为 52.3 米，说明该天线下边

8、缘区域AMR 业务覆盖受限。因此，我们在设计时应根据链路预算情况确定覆盖区域的导频RSCP、 EcIo 下限值以达到覆盖目标。根据实际经验来看，室内设计指标 RSCP 在-90dBm、EcIo 在-12dB 以上可以满足大部分覆盖需求。3.3 功率匹配多系统共用一个分布系统的最大问题是功率如何匹配，包括信号源输出功率的匹配，不同频段的信号在分布系统中传输产生的损耗影响，边缘覆盖场强的不同要求，不同频段的无线电波空中损耗而产生的影响等。这些问题都需要工程设计人员根据运营商的不同要求和各楼的实际情况综合考虑。（1）覆盖和容量的统筹考虑根据共用分布系统的各自情况，尽量满足覆盖和容量的要求。另外，考虑

9、到 3G 在室内的链路损耗比 GSM900 的要大，所以一般需要增加一定数量的天线点，以满足室内覆盖的要求。（2）共用分布系统的干扰问题各个系统在发射有用信号的同时，在工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号就会对其他系统形成干扰。而产生的无用信号的大小，除和设备本身的质量有关以外，主要与两个因素有关，即自身输出功率和偏离工作带宽的程度。系统对外来干扰的承受能力也和两个因素有关，即本身信号强度和干扰信号的大小。可以通过增加系统间的隔离度、降低干扰源的发射功率等方式来减少干扰。在发送端或接收端配置滤波器也能有效地减少系统间的干扰。另外选用射频性能优良的发射机、接收机以及实施后期网络

10、优化等措施也是降低干扰的有效手段。目前，各通信系统的室内分布合路通过 PoI（Point of Interface，多系统合路器）来实现。根据系统不同的隔离度要求，PoI 可以有两种设计方案：收发共路和收发分路。其中收发共路的典型特点是对外接口少、体积小，主要应用于系统间干扰较小、不需要很大隔离度的室内分布场合。而收发分路虽然接口数量较多，但设计简单，且能实现很高的隔离度6。4 多制式合路室内覆盖系统设计4.1 室内覆盖系统设计流程图 2 室内覆盖系统设计流程图4.2 建筑内覆盖现状测试以测试图方式提供建筑内宏基站覆盖测试结果。 测试层面的选取应能反映建筑从低层到高层各个层面（包括不同的隔断类

11、型）的覆盖情况。同频分区内每 5 层必须选取一个测试层面。每个测试层面的测试应全面体现该层面室外宏基站的覆盖情况。测试图应提供Ec、Ec/Io、激活集内下小区等信息，应标明周围宏站的相对位置和技术参数（包括周围 2 公里内的已建站和已立项的待建站，宏基站信息应具体表述各宏站的位置、距离、站高、阻挡情况等技术参数）。根据建筑特点、线槽位置、覆盖电平要求，选取天线安装位置。对选取的天线安装位置和 2G 室内覆盖天线安装位置进行 3G 覆盖模拟测试，提供模拟测试图。模拟测试应全面反映建筑内无线传播特点。测试点应包括选取的天线安装位置和原 2G 室内覆盖天线安装位置。测试结果应能推测 3G 室内覆盖建

12、成后的覆盖效果。4.3 容量的预测结合建筑特点分区域推测各个建筑功能块的业务类型，考虑是否有大量 PS（Packet Switching，分组交换）业务需求，预测整个覆盖区域的业务量（分别预测语音和数据业务量）。根据业务预测总量，结合建筑特点和 2G 已建布线系统特点，提出改造后 2G/3G 合路覆盖系统的分区方案，并预测各个分区的业务需求（2G 和 3G，语音和数据）。这里重点讨论 3G 系统容量预测。预测有按面积估算和按容纳人数计算两种方法，下面给出常用的按容纳人数计算系统容量的公式：预测 CS 域话务量（Erl）=最大容纳的人数×3G 手机拥有率×CS 域业务人均话务

13、量 预测 PS 域数据流量（KB）=最大容纳的人数×3G 手机拥有率×PS 域业务人均数据流量3G 设备能力应根据提供的预测标准（考虑上下行负载和软切换）测算。3G 室内覆盖的容量规划以上行 30%下行 50%负载，软切换率 30%为前提，应充分考虑各种数据业务需求。系统建设要分区预留，分区数量主要依据容量预测结果。4.4 天线导频 EIRP 设计43GPP（the 3rd Generation Partnership Project，第三代移动通信伙伴组织）规范 UE（User Equipment，用户设备）发射功率范围为-49dBm2ldBm。当 UE 距离天线过近，与

14、接收机之间传输损耗过小时，即使 UE 以最小功率发射，仍不能满足功控目标。此时上行功控已不起作用，该 UE 发射功率过大而淹没其它 UE 信号，影响其它 UE 上行信号的正常接收。在室内分布系统方案设计中，我们按照上下行天馈系统损耗相等考虑。天线导频 EIRP 设计应根据 MCL（Minimum Coupling Loss，最小允许耦合损耗）隔离要求设置其上限值，由边缘覆盖强度设置其下限值。（1）上限值由于 3G 室内覆盖系统须满足 MCL 值要求（通常取 65dB），因此天线导频 EIRP（包含天线增益）输出功率应满足下列不等式：PIndoor -EIRPant+LsMCL特殊场景下（部分吸

15、顶天线可能裸露安装，与用户距离很近），因此我们需要根据离用户最近的天线距离从理论上推导出该天线的EIRP 上限值。（2）下限值为满足导频覆盖强度设计要求，我们需要找到覆盖边缘区域（穿透损耗最大，信号覆盖最弱）的天线，计算其导频 EIRP 下限：EIRP = PIndoor +Ld +Lw+U 其中：Ld=32.44+201gD+201gFD 为传播距离，F 为电磁波频率；L 为隔墙损耗，需根据墙体材质、厚度估算； U 为多径衰落余景，室内环境常取 10dB。4.5 同频和异频选择各个分区的同频、异频选取应考虑建筑物本身的结构（建筑高度、出入口数量等），并满足网络质量的要求（包括切换的要求，Ec

16、/Io，建筑外室内覆盖的信号泄露）。如 3G 宏基站在建筑内的覆盖场强测试结果显示可以满足宏基站与室内覆盖间的异频切换条件，室内覆盖应全部采用异频分区覆盖方式；即 3G 覆盖场强在建筑门口到电梯厅的信号衰减达到 25dB 以上（如 3G 宏基站未建，要求 GSM1800 覆盖场强在建筑门口到电梯厅的信号衰减达到 25dB 以上）时采用全部异频覆盖。如采用同频分区+异频分区结合的组网方案，同频分区可覆盖裙楼楼层，最大覆盖 30 米以下楼层。应尽可能扩大同频分区的覆盖区域（达到单个分区的功率或业务容量上限）。4.6 切换区设置（1）同频软切换区：软切换区内信号电平 Ec 应不小于-100dBm，且

17、 Ec/Io 应不小于-12dB。同频软切换过渡区满足 0.5 秒（区域内平均终端移动速度）。（2）异频硬切换区：异频硬切换区内 2 个小区信号电平 Ec 应不小于-12dB。采用盲切方式的硬切换区满足 1.5 秒，采用压缩模式的硬切换区满足 5 秒。室内覆盖各异频分区间及室内覆盖向宏基站可采用盲切换，宏基站向室内覆盖必须采用压缩模式切换。当室外宏基站的信号电平从进出门口到底楼电梯厅衰减大于 25dB 时，可在底层大厅设置宏基站到室内覆盖的异频切换区。当不满足以上条件时，必须采用同频分区覆盖建筑物底层。室内覆盖异频分区间的切换区应设置在人流较少的区域， 硬切换区内 2 个室内覆盖小区的设计电平

18、应满足最低电平要求，硬切换区大小满足硬切换时延要求。根据建筑内部结构和建筑内人流分布特点，提出切换区设置方案。 根据切换区的人流特点说明此切换区满足切换过渡区（软切换或硬切换）要求，并提出推荐切换方式（软切换，异频盲切换，异频压缩模式切换）、异频测量启动门限（如采用异频盲切换和异频压缩模式切换）和切换判决门限（如采用异频压缩模式切换）。同一室内覆盖分区的异频测量启动门限应相同。硬切换区应提供异频小区覆盖电平图（标明过渡区的天线安装位置和二个小区的覆盖电平变化情况），并结合覆盖电平图描述推荐切换方案的切换过程。5 组网参考方案5.1 全同频方案图 3 所示方案适用于高度较低的建筑，终端进出建筑发生同频软切换，方案设计应避免室内覆盖泄露信号对室外宏基站的干扰。图 3 全同频方案示意图图 4 全异频方案示意图5.2 全异频方案图 4 所示方案适用于室外宏基站信号在建筑内快速衰减的场景（室外 3G 宏基站在建筑内的衰减达到 25dB 以上），终端进出建筑发生异频硬切换，方案设计重点是测试室外 3G 宏基站在建筑底层的覆盖。5.3 同频+异频方案图 5 同频+异频方案示意图图 6 过渡小区方案示意图图 5 所示方案适用于建筑底层室外宏基站覆盖较好的情况，不满足直