通信學(xué)論文-3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)信號覆蓋解決方案設(shè)計(jì).doc

通信學(xué)論文-3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中室內(nèi)信號覆蓋解決方案設(shè)計(jì)室內(nèi)覆蓋作為3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分,雖然已經(jīng)有為數(shù)不少的3G室內(nèi)覆蓋試點(diǎn)工程在不同城市完成了施工和測試,但是室內(nèi)覆蓋環(huán)境普遍較為復(fù)雜,不同試點(diǎn)工程的測試目標(biāo)和工作重點(diǎn)也不盡相同,為了給后期的3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供一個(gè)有實(shí)際參考價(jià)值的規(guī)劃原則,結(jié)合我們在2G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)和3G系統(tǒng)自身的特點(diǎn),我們制定了一套3G(以WCDMA為主)室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)劃原則。為了驗(yàn)證這套指導(dǎo)原則的合理性,我們按照指導(dǎo)原則組織了一次現(xiàn)場的工程改造,并對改造后的分布系統(tǒng)做了模擬覆蓋效果測試,測試重點(diǎn)是考察工程改造原則是否適用。3G工程考慮因素WODMA系統(tǒng)需要提供給用戶豐富的業(yè)務(wù)類型(如可視電話、多媒體、高速率下載等),高速率意味著高容量的無線網(wǎng)絡(luò),也意味著更高的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平,這又直接和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投入相關(guān)聯(lián)。由于不同的用戶群需要的服務(wù)不一樣,因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃初期就有必要按業(yè)務(wù)需求合理分配資源,以節(jié)省投資,并能加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。所以在WODMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案實(shí)施前,需要對覆蓋目標(biāo)做詳細(xì)的規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)和所需要的服務(wù)等級,結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),一個(gè)合理的3G室內(nèi)覆蓋工程需要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)因素:1.目標(biāo)覆蓋區(qū)覆蓋等級按照不同區(qū)域?qū)I(yè)務(wù)需求不同,根據(jù)需要提供的服務(wù)等級和規(guī)劃目標(biāo)可將目標(biāo)覆蓋區(qū)分為:重要區(qū)域(384kbit/s高速數(shù)據(jù)密集區(qū)域):要求CS12.2K、0S64K、PS384K等業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋；次重要區(qū)域(144kbit/s低速數(shù)據(jù)密集區(qū)域):要求CS12.2K、0864K、PSl28K等業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋；一般區(qū)域(64kbit/s語音電話、可視電話密集區(qū),數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)低發(fā)區(qū)):要求C312.2K、0S64K等業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋,可以考慮補(bǔ)充PS64K業(yè)務(wù)；非重點(diǎn)考慮的區(qū)域(有普通語音電話需求,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)低發(fā)區(qū)):保證CS12.2K業(yè)務(wù)。用信號強(qiáng)度和信號質(zhì)量區(qū)分不同目標(biāo)覆蓋區(qū)覆蓋等級是一種較為簡單有效的策略,這也是目前普遍采用的設(shè)計(jì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn):重要區(qū)域:邊緣導(dǎo)頻功率-85dBm,Ec/Io-8dB；次重要區(qū)域:邊緣導(dǎo)頻功率-90dBm,Ec/Io-10dB；一般區(qū)域:邊緣導(dǎo)頻功率-95dBm,Ec/10-12d8；非重點(diǎn)區(qū):邊緣導(dǎo)頻功率-100dBm,Ec/1o-15dB。2.信源的選擇由于實(shí)際WODMA網(wǎng)絡(luò)中可能同時(shí)提供CSl2.2kbit/s、OS64kbit/3、PS64kbit/3、PSl28kbit/s、PSl44kbit/s及PS384kbit/s業(yè)務(wù),每種業(yè)務(wù)占用不同的網(wǎng)絡(luò)資源,對信號質(zhì)量的要求也不一樣,要構(gòu)建一個(gè)合理的滿足話務(wù)需求的無線網(wǎng)絡(luò),就需要對業(yè)務(wù)需求做仔細(xì)考察。從外場測試結(jié)果看,WODMA系統(tǒng)的容量較OSM系統(tǒng)大很多,考慮在建網(wǎng)初期網(wǎng)絡(luò)用戶較少,網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵,在此前提下可以多使用直放站代替基站作為信源,這樣不僅能加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度,還可以有效轉(zhuǎn)移大型宏基站的多余資源,能夠降低初期建設(shè)投資；待日后話務(wù)量漸漲的情況下再將其更換為基站。對于業(yè)務(wù)需求大、有條件建設(shè)專用機(jī)房的目標(biāo)覆蓋區(qū),可優(yōu)先考慮采用室內(nèi)宏基站；對于建設(shè)條件有限(如沒有專門的機(jī)房)的場合,則優(yōu)先考慮使用微蜂窩。信號源的選取,我們需要綜合考慮話務(wù)量、覆蓋面積、建筑結(jié)構(gòu)、信號源方式等因素的影響,最終采用既可達(dá)到所需的覆蓋要求又可合理控制成本的分布系統(tǒng)。3.頻率規(guī)劃WODMA系統(tǒng)中每個(gè)載頻內(nèi)的所有用戶共享頻率、時(shí)間和功率資源,用特征碼(擾碼和信道碼)對信號作統(tǒng)計(jì)處理來區(qū)分信道,也即所說的碼分多址技術(shù)。雖然WODMA系統(tǒng)無需進(jìn)行復(fù)雜的頻率規(guī)劃,信道間的隔離完全由特征碼的統(tǒng)計(jì)特性的正交性來實(shí)現(xiàn)。但特征碼的正交性并不理想,造成系統(tǒng)的信道隔離不如FDMA和TDMA好,而且使用的信道越多,其他信道信號對本信道的干擾就越強(qiáng)。如果功率配置、覆蓋范圍設(shè)置不合理,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)頻污染現(xiàn)象。導(dǎo)頻污染是WCDMA系統(tǒng)獨(dú)有的特性,是影響網(wǎng)絡(luò)性能的一項(xiàng)重要因素。導(dǎo)頻污染增加了網(wǎng)絡(luò)的干擾,同時(shí)使得切換算法無法有效地工作,必須嚴(yán)格加以控制。在室內(nèi)覆蓋工程中,因?yàn)橛薪ㄖ锏钠帘?、阻擋作?室外宏基站對室內(nèi)信號的干擾一般較小,所以在大部分場合都可以盡量采用室內(nèi)、室外同頻信號的策略,以節(jié)省有限的頻率資源但是在有較大業(yè)務(wù)需求而無線環(huán)境本來就復(fù)雜的區(qū)域(如密集城區(qū)的高層型建筑物內(nèi)),室內(nèi)、室外采用異頻策略就能很好的解決增加容量和控制干擾的目的。4.合理的切換區(qū)WODMA系統(tǒng)由于軟切換的引入,對抗了陰影衰落,引入了軟切換增益,擴(kuò)大了小區(qū)的覆蓋范圍,同時(shí)減少對于其它小區(qū)的干擾,并通過分集改善性能；但是軟切換也帶來了硬件的額外開銷,基站一般需要多預(yù)留30%的信道單元。在室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中,室內(nèi)系統(tǒng)會(huì)引入了新的信源,這樣肯定要在目標(biāo)覆蓋區(qū)邊緣形成新的切換區(qū)。因?yàn)闊o線信號傳播特性和實(shí)際環(huán)境有很大影響,工程開通后實(shí)際的切換區(qū)可能會(huì)較大,這樣就需要通過大量的測試及優(yōu)化工作,如果采用室內(nèi)、室外同頻策略,需要將軟切換區(qū)控制在我們需要的合理范圍內(nèi)；如果采用室內(nèi)、室外異頻策略,則更需要仔細(xì)設(shè)計(jì)切換區(qū),既要保證有足夠的切換區(qū)間供系統(tǒng)完成硬切換,還不能讓切換區(qū)過大以避免頻繁的硬切換。5.天線的布放及功率分配表1是WCDMA室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中同一天線覆蓋范圍內(nèi)不同業(yè)務(wù)有效覆蓋半徑的測試結(jié)果。因?yàn)?G室內(nèi)覆蓋區(qū)域基本都需要保證CS64K業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋,結(jié)合上表測試數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)的分布系統(tǒng)中室內(nèi)全向天線的有效覆蓋半徑建議控制在812m范圍內(nèi)。另外,WCDMA系統(tǒng)是白干擾系統(tǒng),理論分析UE發(fā)射功率的動(dòng)態(tài)變化量會(huì)造成小區(qū)內(nèi)的干擾,其原因是在室內(nèi)WODMA覆蓋系統(tǒng)中,如果手機(jī)接收的信號強(qiáng)度足夠強(qiáng),由于功率控制會(huì)使手機(jī)的發(fā)射功率達(dá)到最低,如果這個(gè)時(shí)候用戶的發(fā)射功率達(dá)到最低而用戶還是離天線越來越近,那么就會(huì)對其它手機(jī)造成干擾,使其它手機(jī)不得不抬高發(fā)射功率。從圖1的仿真結(jié)果可以看出,當(dāng)最小耦合損耗MOL(MinlmumCouplincLoss,可以認(rèn)為是手機(jī)在位于離天線最近時(shí)候的路徑損耗)為45dB,它引起了約9dB的噪聲抬高,這意味著基站端所需要的功率的升高9dB,或者保證服務(wù)的最小比特率的降低；當(dāng)MOL高于65dB時(shí),由uE最小發(fā)射功率所引起的噪聲電子的抬高將忽略不計(jì)。經(jīng)測試,普通全向吸頂天線空間耦合損耗大約為2530dB,為了保證MOL65dB,則從基站到天線入口的鏈路損耗需要35dB以上,即天線入口導(dǎo)頻功率應(yīng)不大于33-35=-2dBm?？紤]到樓內(nèi)天線安裝高度普遍在2.2m以上,而用戶實(shí)際持手機(jī)高度不會(huì)超過2m,所以建議實(shí)際天線入口導(dǎo)頻功率不超過3dBm,以控制天線的最大覆蓋半徑不至于太小。6.干擾在3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中,因?yàn)橐M量共用室內(nèi)分布系統(tǒng),各系統(tǒng)的有源設(shè)備在發(fā)射有用信號的同時(shí),在它的工作頻帶外還會(huì)產(chǎn)生雜散、諧波、互調(diào)等無用信號,這些信號落到其他系統(tǒng)的工作頻帶內(nèi),就會(huì)對其他系統(tǒng)形成干擾。通過理論分析,對于整個(gè)系統(tǒng)的各種干擾信號的抑制,只能通過多頻合路器的通道隔離度來實(shí)現(xiàn)。在無源器件的使用上,需要嚴(yán)格選取。7.其他在GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)中,上下行增益平衡是比較重要的問題。若下行增益遠(yuǎn)大于上行增益,會(huì)導(dǎo)致手機(jī)接收到場強(qiáng)很高,卻打不通電話；若上行增益遠(yuǎn)大于下行增益,導(dǎo)致覆蓋范圍縮小。WCDMA系統(tǒng)中,上行鏈路和下行鏈路的平衡并非網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo)?；竟β试谙滦杏尚^(qū)所有用戶及信令共享,因而不會(huì)成為覆蓋受限鏈路。相反,手機(jī)發(fā)射功率是在規(guī)范中加以定義的。由于手機(jī)發(fā)射功率有限,上行鏈路則成為WCDMA系統(tǒng)覆蓋的受限鏈路。也就是說,小區(qū)的最大半徑取決于功率上限最小的一類手機(jī)。所以WODMA系統(tǒng)的鏈路預(yù)算通常是指上行鏈路預(yù)算,即從最大允許的上行損耗中除掉路徑損耗以外的其他損耗和增益,從而得到最大允許的路徑損耗,再將最大允許的路徑損耗值帶入傳播模型中,得到預(yù)期的小區(qū)覆蓋半徑和覆蓋面積。由于WCDMA的覆蓋區(qū)域不像GSM那樣由信號電平的絕對值來決定,它的覆蓋與系統(tǒng)的負(fù)載或干擾水平相關(guān),加入負(fù)載和鄰近小區(qū)干擾后,小區(qū)半徑會(huì)作相應(yīng)的收縮。在實(shí)際工程中,這些問題都還需要經(jīng)過大量的測試及優(yōu)化工作才能有效控制。試點(diǎn)工程測試內(nèi)容為驗(yàn)證以上思路的合理性,對審計(jì)署大樓的室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行了改造和模擬測試,本次測試場景是比較典型的辦公環(huán)境,單層面積約600m2。測試的主要目的是驗(yàn)證整個(gè)室內(nèi)分布系統(tǒng)按前述方案改造后是否能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。信源:AgilentE4438C,輸出64信道WODMA信號,導(dǎo)頻信號占總功率的10%,Ec/Io=-10dB；路測儀:TSMU(ROHDE&SCHWA2Z)&Notebook(已安裝ROMES)。測試結(jié)果每個(gè)天線入口導(dǎo)頻功率約5dBm,3副天線都接入分布系統(tǒng)中的測試圖和測試結(jié)果總結(jié)從測試結(jié)果看,改造后的工程基本能夠達(dá)到3G信號覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的要求。但在3G工程改造中還應(yīng)注意以下兩點(diǎn):首先由于原GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)普遍采用大功率、少天線的設(shè)計(jì)思路(這種設(shè)計(jì)方式在20網(wǎng)絡(luò)中基本都