浅谈室内覆盖分布系统

浅谈室内覆盖分布系统新疆博州工作站:欧卫强1/室内覆盖分布系统设计室内覆盖分布系统设计方案举例总结室内覆盖分布系统的简述2/1.室内信号覆盖概述：室内覆盖分布系统的简述在现代城市中由于各建筑物间的彼此遮挡或由于建筑物自身结构原因（如高度、深度、建筑材料），在许多建筑物内部形成了弱信号区及信号盲区。在移动通信网络分裂及优化过程中，可能对建筑物内部（特别是建筑物中、高层）引入难以预计的电磁干扰。建筑物室内用户量密集，话务量过高，导致周边基站处于拥塞状态。因此我们必须考虑采用在室内通过分布式天线系统来够解决这些问题，从而达到室内和室外一样的通信质量。密集型小功率多点覆盖2.室内信号覆盖基本特点：室内覆盖主要指标：边缘信号强度大于-75dBm，误码（信号质量）小于3，全向天线VSWR小于1.3，八木天线VSWR小于1.4。3.室内覆盖主要指标3/4.室内信号覆盖的原理所以，设计室内覆盖系统最主要的是，如何对功分器和耦合器进行合理地配置而将信号均匀地分布到室内每个角落，这就需要考虑每根天线的覆盖范围和覆盖要求了。无线覆盖边缘场强值在-85dBm以上；而根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的发射功率要小于15dBm，所以还要结合这两点考虑，来配置功分器、耦合器和室内天线。利用放大及分配网络将基站信号源给出的功率按需分配到室内每个天线上，以实现室内信号均匀覆盖，提高用户室内通话质量。室内分布系统示意图4/5.室内信号覆盖的系统简述滤波合路器室内分布系统GSM/3G耦合器耦合器功分器功分器小天线小天线泄漏电缆负载功分器小天线大范围低密度大功率AP5/6.室内分布的组网分类室内分布系统的组网按照信号源有以下几种接入方式：(1)宏蜂窝作信源接入信号分布系统；(2)微蜂窝作信源接入信号分布系统；(3)直放站作信源接入信号分布系统。分别论述如下：(1)宏蜂窝作信源接入信号分布系统是以宏蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。宏蜂窝作信号源容量大、覆盖范围广、信号质量好、容易实现无源分布、网络优化简单，是室内分布系统最好的接入方式。但宏蜂窝成本较为昂贵，且需有传输通路，建设周期长。宏蜂窝耦合器功分器天线6/是以微蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。由于微蜂窝本身功率较小，只适用于较小面积的室内覆盖，若要实现较大区域的覆盖，就必须增加微蜂窝功放。与微蜂窝相比宏蜂窝成本较低、对环境要求不高、施工方便等，所以微蜂窝作信号源使用也较为广泛。(2)微蜂窝作信源接入信号分布系统微蜂窝+功放接入信号分布系统微蜂窝微蜂窝干放天线功分器耦合器7/(3)直放站作信源接入信号分布系统

直放站作信源接入信号分布系统是利用施主天线空间耦合(无线直放站)或利用耦合器件直接耦合存在富余容量的基站信号(光纤移频)，再利用直放站设备对接收到的信号进行放大为信号分布系统提供信号源。直放站以其灵活简易的特点成为解决小容量室内分布系统的重要方式。安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动通信直放站中也扮演着重要的角色。直放站作信源接入信号分布系统有以下应用方式：8/无线直放站(通过直放站的施主天线直接从附近基站接收信号)9/2)光纤直放站(用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到欲覆盖区的直放站)10/3)移频直放站BTS近端机远端机11/室内分布系统根据传输媒介分为：（1）射频无源分布系统；（2）射频有源分布系统；3)光纤分布方式4)泄露电缆分布方式射频无源分布系统无源系统主要由分/合路器、功分器、耦合器、馈线、天线组成。无源系统没有有源设备故所以障率低、可靠性高、几乎不需要维护、且容易扩展。但信号在馈线及各器件中传递时产生的损耗无法得到补偿，因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。信源输出功率大时，无源系统可应用于大型室内覆盖工程，如大型写字楼、商场、会展中心等；信源功率较小时，无源系统仅应于小范围区域覆盖，如小的地下室、超市等。如下图：功分器耦合器壁挂天线信源吸顶天线12/2)射频有源分布系统有源系统主要由干线放大器、功分器、耦合器、馈线、天线组成。有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗，从而延伸覆盖范围，受信号源输出功率影响较小。有源系统广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。如下图：13/3)光纤分布方式主机光端机光端机光端机光纤分布系统是采用光纤作为传输介质，由覆盖端机（主单元、接口单元）、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。由于光纤损耗小，适合于长距离传输，该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。如下图：14/4)泄露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。如下图：15/信号分布方式优点缺点1.无源天馈分布方式成本低、无源器件，故障率低、无需供电，安装方便、无噪声累积、宽频带系统设计较为复杂、信号损耗较大时需加干放2.有源分布方式设计简单，布线灵活，场强均匀频段窄，多系统兼容困难；需要供电，故障率高、有噪声积累，造价高3.光纤分布方式传输距离远，布线方便，性能和传输质量好。造价高4.泄漏电缆分布方式场强分布均匀，可靠性高；频段宽，多系统兼容性好。造价高，覆盖半径小。几种信号分布方式的比较：确定了室内分布系统的信源的接入方式和信号的分布方式即完成室内分布系统的组网方案。16/7.室内覆盖使用主要设备及器件直放站微基站BBU+RRU宏基站根据话务量的不同，选择不同的信号源引入室内，可以满足多种室内话务量的覆盖1)信源介绍17/系统频率划分(MHz)TX(下行DL)RX(上行UL)1Trunk851.00-866.00806.00-821.002CDMA800870.00-880.00825.00-835.003GSM900935.00-960.00890.00-915.004GSM18001805.00-1850.001710.00-1755.005PHS1900.00-1920.006WCDMA、CDMA20002110.00-2170.001920-1980.007TD-SCDMA1880-1920；2010-2025；2300-24008SCDMA1785-1805根据目前发展情况，主要涉及以下通信系统：Trunk、CDMA800MHz、GSM900/1800MHz、PHS1900MHz，WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000核心频段，共七种制式。18/2）常用器件－天线品名型号水平波束宽度增益频率范围（MHz）对数周期天线IWH-085/V09-NG85°8.5dBi800～2200MHz微带吸顶天线IXD-360/V03-NW360°2.15dBi820～960MHz

1425～2170MHz板状天线TDJ-SA800/2000-7-9090°4~7.5dBi

800～2500MHz19/3）常用器件－功分器二功分器三功分器四功分器型号RD-52N/NP-F1RD-53N/NP-F1RD-54N/NP-F1阻抗50Ω频率范围800～2500MHz驻波比≤1.25插损≤0.1dB最大输入功率100W20/4）常用器件－耦合器6dB耦合器10dB耦合器15dB耦合器型号RC-5NK/NK/NK–06F1RC-5NK/NK/NK–10F1RC-5NK/NK/NK–15F1阻抗50Ω频率范围800～2500MHz驻波比≤1.25耦合度6dB10dB15dB插损≤2.2dB≤0.7dB≤0.5dB功率容量100W21/项目GSMTD-SCDMA

频率（MHz）890-9602010-2025

带宽（MHz）7015

插入损耗（dB）≤0.6≤0.6

回波损耗（dB）≥18≥18

带外抑制≥50dB@DC～875MHz≥80dB@1710-2025MHz≥90dB@2400～2500MHz≥80dB@885～960MHz≥90dB@2400～2500MHz

功率容量（W）150

工作温度（℃）-10～+55

接口形式N(F)*35）常用器件－合路器22/6）常用器件－馈线900MHz1800MHz2100MHz2400MHz8D馈线14.0dB约22dB约24dB约26dB10D馈线11.1dB约17dB约19dB约21dB1/2〞馈线6.9dB10.1dB11.3dB12.1dB7/8〞馈线3.9dB5.6dB6.3dB7.0dB13/8〞馈线2.4dB3.5dB4.0dB4.2dB线径：线径不同，馈线损耗各不相同弯曲半径：超柔馈线，普通馈线23/7.什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。24/室内覆盖分布系统设计室内覆盖分布系统的简述总结室内覆盖分布系统设计方案举例25/一、设计原则1）满足国家有关环保要求，电磁辐射值满足国家标准《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702-88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GB9175-88《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。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5）满足便于改造，利于升级的要求。室内覆盖分布系统设计26/二.设计流程27/三.工程现场勘测1、勘测前准备工作1）了解目标覆盖楼宇的地理位置以及物业联系方式；2）勘测所需仪表及资料的准备：a、平面图纸：用于核对工程现场与业主提供的平面图纸是否一致；b、测试设备（含测试手机、数据线以及安装有测试软件的笔记本电脑）：用于测试楼宇内的网络状况；c、手持式GPS：用于测试楼宇经纬度，以便于局方的网络规划与优化；d、数码相机：拍摄楼宇外观照片、机房照片等；e、模测设备：用于对现场进行模拟测试，为天线布放提供依据。

28/1)室内分布系统站点行政位置（行政区域，街道门牌号码，周边道路）尽可能标示附近较大的建筑或单位名称。楼栋数，层高大楼外观拍照2)经纬度定位（用GPS）3)向业主询问原有覆盖系统的效果4)询问大楼各层用户情况，以便于对用户数和用户群体进行数据分析5）机房必须查看，并记录下尺寸及面积，拍下现场环境照片；6）平面结构图纸完整核对一遍（包含楼宇栋数、楼宇层数、电梯数目、电梯运行区间等），特殊区域，需用相机记录下来（譬如:无吊顶需走明线区域、有防火门无法走线的区域等）；7）典型区域包含：楼宇主要出入口、楼宇低层、楼宇中层、楼宇高层、电梯间及低层楼梯间、窗边等。2、工程勘测注意事项29/3.设计阶段(1)、信号源及分布系统的选取在确定信号源及分布系统前，设计人员需熟知电信省公司，甚至集团公司的一些指导意见，根据指导意见，再考虑大楼内的已有的客户量以及潜在的客户量，来确定信源及分布系统的配置。目前的选取原则如下：覆盖区域描述信源及分布系统的选取覆盖面积在5000㎡以下光纤直放站+天馈系统覆盖面积在5000㎡以上中、小型办公楼和住宅楼、小型商场及超市等BBU+RRU（9234）+天馈系统大、中型办公楼、商住楼及酒店、大型商场BBU+RRU（9234）+干放+天馈系统大、中型住宅小区BBU+RRU（9234）+光纤直放站+干放+天馈系统超大型酒店，话务非常集中区域以及超大型小区2套BBU+RRU（9234）+光纤直放站+干放+天馈系统30/(2)、功率设计与传播模型理论覆盖范围分析场强预测所使用传播损耗模式为自由空间附加损耗模式。 Lt=Lbs(自由空间损耗)+C(附加损耗) 其中：Lbs=32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km) 式中，Lbs称为自由空间的路径传播损耗。它与收发天线增益Gr、Gt无关，仅与传输路径有关。 边缘场强：P=Pt+Gt-Lt 式中：Pt为AP输出功率dBm，Gt为天线增益dBi 例如： 天线输出口发射功率：20dbm 天线增益（Gt）：5dBi（普通室内天线） 20m空间衰减为：66dB（32.45+20×lg2400+20×lg0.02） 遮挡损耗：20dB（例如承重墙） 多路径损耗：10dB（如果周围环境比较复杂，不空旷） 最低信号场强估算如下： 接收功率=AP输出功率+天线增益-20m空间损耗-遮挡损耗-多路径损耗 =20dBm+5dBi-66dB-20dB-10dB =-71dBm>-75dBm31/1.设覆盖区边缘场强定为40dBuV即-67dBm2.天线安装点至覆盖区边缘距离为10m3.10米自由空间损耗：LP=25.9lgd+43.9d:距离(Km)LP=25.9lg10+43.9≈69.8dB4.室内隔墙的损耗及多径衰落余量LM：10dB5.室内全向吸顶天线增益GANT:2dB~4dB6.天线应馈功率：PRX+LP+LM-GANT=-67dBm+69.8dB+10dB-3dB=9.8dBm(3).天线应馈功率32/(4).自由空间衰耗68.0166.0754.0340.052400M(dB)66.8564.9152.8738.892100M(dB)59.4957.5645.5131.53900M(dB)25m20m5m1m自由空间损耗自由空间衰耗一览表

自由空间中，不同频率信号在自由空间中的衰耗不同，反映在dB数值上的差异只与信号的频率有关，与传输距离无关。在工程应用中我们取3G比GSM衰耗大7-8dB。在分布系统设计时需以此考虑天线覆盖区边缘场强的差异。33/(5).阻挡损耗7dB1.4~9dB11.5dB14dB2400MHz5dB1~8dB10dB13dB2100MHz2dB1~2dB4dB5dB900MHz金属楼梯天花板混凝土楼板混凝土墙阻挡损耗阻挡损耗一览表

由于不同频率信号的穿透特性不同，经过相同阻挡时的损耗也不相同。所以在进行多网合一室内分布，特别是天线覆盖区内隔档较多时需考虑损耗的差异，对这一差异可采用小功率、多天线的方式或者适当提高天线输入功率以保证覆盖区能满足要求。34/全向吸顶天线增益为3dBi，若要保证楼层覆盖最弱接收电平在-75dBm以上，则需要天线口输入导频功率电平应该保证在6dBm以上。当然，对于天线入口电平的设计，还需要考虑当前的电磁环境（包含现网的场强及导频污染情况）。目前省公司及设计院的指导意见认为，一般情况下，室内吸顶天线的入口电平应保证在7-9dBm，电梯内的对数周期天线的入口电平可略高一些。1.建议天线间距一般在8-10米，商场一般在12-15米，在地下停车场等开阔地带可放宽至20-30米。2.每个天线输出口的场强建议在10-15dbm之间，尽量不要低于10dbm。3.根据以往经验，一个500mw的大功率AP，所带天线数量一般在3-5个左右。PoE供电：

1.如果使用PoE交换机供电，必须了解PoE交换机最大PoE功率是多少。2.由于网线也会消耗电力，因此网线越长，消耗的功率也越多。因此网线供电尽量不要太长，最长距离不要超过80米。3.由于所有无线覆盖的AP需要通过水平以太网线传输电源和数据，所以水平敷设的以太网线严格要求打线规则按照568A/568B的规范。(6).室内分布系统的一些建议：35/(7)、天线的布放位置及天馈拓扑方式1）几个典型区域的天线布放原则地下室的布线原则：有阻挡区域重点覆盖（如楼梯间、电梯间、设备机房、办公室等）；空旷区域补盲覆盖为主；由于该区域大多为盲区，网络较纯净，只需要室内信号强度达到边缘场强即可，天线入口电平一般控制在7dBm左右；低层布线原则：考虑信号泄露，在临近道路的玻璃幕墙及窗子附近尽可能不放天线或者布放定向吸顶天线；同时又要保证重点区域的覆盖（楼梯间、电梯间、卫生间等）；中高层布线原则：要考虑干扰、导频污染的影响，尽可能增大天线密度，根据网络状况适当增强天线入口电平；酒店套房、大会议室，天线要进房间；保证全面覆盖；对于有WLAN需求的地方，考虑到WLAN的频段较高，空间损耗大，布放天线时需增大天线密度，原则上是C网天线密度的2倍

36/热点区域用户规模业务需求AP数量覆盖目标覆盖方式上联方式政府机关/行政单位一般中等一般室内室内分布合路ADSL/LAN/EPON宾馆/酒店/饭店较大高多室内室分合路+独立APLAN/EPON医院/软件园区一般中等多室内室内分布合路ADSL/LAN/EPON学校大高多室内+室外室分合路+独立APLAN/EPON交通枢纽较大高多室内室分合路+独立APLAN/EPON电子卖场/电脑商场较大高多室内室分合路+独立APLAN/EPON休闲场所一般中等少室内独立APADSL/LAN/EPON商务楼宇/写字楼一般中等多室内室内分布合路ADSL/LAN/EPON露天广场/步行街少低少室外独立APADSL/EPON(8)WLAN不同覆盖场景建设方案建议37/4.几种设计思路对于独立的中小型建筑一般采用信号源加无源天馈分布系统的方式功分器耦合器壁挂天线信源吸顶天线38/BTS干放……对于独立的中大型建筑一般采用信号源、干线放大器加无源天馈分布系统的方式39/主机光端机光端机光端机对于有多个建筑组成的建筑群建议主干路采用光纤分布方式，支路采取无源天馈分布方式。40/空旷、密闭的地区如地下停车场、地下超市、酒吧等，由于不存在泄漏问题，为降低造价应采用少天线、大功率的方