室分設(shè)計思路

推薦]3G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計及測試方法研究1、概述

隨著3G腳步的日益臨近，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的緊迫性及重要性越來越突出。首先，室內(nèi)分布系統(tǒng)的話務(wù)量占比很大。根據(jù)DoCoMo的最新統(tǒng)計，室內(nèi)場所占了近80%的話務(wù)量，而在實施了室內(nèi)覆蓋的建筑物內(nèi)話務(wù)量增大了1.43倍。從國內(nèi)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)可以看出，目前2G網(wǎng)絡(luò)60%～80%的移動用戶話務(wù)量也發(fā)生在室內(nèi)。其次，從3G業(yè)務(wù)使用來看，室內(nèi)環(huán)境舒適，用戶大多在室內(nèi)消磨等候的時間，因此，室內(nèi)用戶更喜歡使用3G的豐富業(yè)務(wù)。為了更好地滿足用戶體驗，樹立良好形象，運營商應(yīng)該對3G的室內(nèi)覆蓋建設(shè)給予足夠重視。

從解決覆蓋、容量、質(zhì)量這三個網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化主題來看，室內(nèi)分布系統(tǒng)都是非常重要的解決手段。從網(wǎng)絡(luò)覆蓋來看，室內(nèi)分布系統(tǒng)可以解決室內(nèi)盲區(qū)及干擾區(qū)域；從網(wǎng)絡(luò)容量來看，室內(nèi)覆蓋還可以分散密集區(qū)域的話務(wù)量，從而減輕室外基站的壓力，降低室外基站的數(shù)量和配置；從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量來看，室內(nèi)覆蓋降低了室外系統(tǒng)的負荷，由于3G自干擾的特性，也就降低了網(wǎng)絡(luò)整體干擾水平，從而提高整個系統(tǒng)的質(zhì)量、容量。因此，室內(nèi)覆蓋對于3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有至關(guān)重要的作用。本文從以下三方面對WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、測試方法進行細致分析：

◆做哪里：解決如何選點問題。

◆怎么做：解決選點之后如何進行方案設(shè)計的問題。

◆如何驗證：解決系統(tǒng)實施后的測試驗證的問題。

2、規(guī)劃選點的原則和方法

由于自干擾性、呼吸效應(yīng)、同頻復(fù)用等原因，3G室內(nèi)分布系統(tǒng)與傳統(tǒng)2G室內(nèi)分布系統(tǒng)相比，有很大的差別。對新的移動運營商而言，為了在網(wǎng)絡(luò)運營初期能與先進入者的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可比，必須考慮提前建設(shè)的問題，此問題有兩個重要特點：

◆如果沒有室外網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將無法準確預(yù)測室外基站在室內(nèi)的信號覆蓋及干擾情況。那么，應(yīng)如何進行選點?

◆如果沒有室內(nèi)的標準信源，將無法對系統(tǒng)質(zhì)量進行驗證。那么，如何保證信源接入后的覆蓋質(zhì)量?在設(shè)計階段如何設(shè)定合理的覆蓋標準，以滿足3G各種業(yè)務(wù)的需求?

下面先分析選點的問題，后面章節(jié)將對第二個問題進行分析。

2.13G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃選點應(yīng)遵循的原則

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)選點應(yīng)遵循以下三個原則：

◆統(tǒng)一性：即室內(nèi)室外站點規(guī)劃的統(tǒng)一，在建設(shè)室內(nèi)覆蓋時，要考慮室外信號的影響，同時需考慮對室外干擾水平的提升。

◆差異性：由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)受投資限制，因此要以用戶滿意度為衡量標準，以制定不同建筑物的室內(nèi)質(zhì)量目標。對于不同的區(qū)域及建筑物，可在建設(shè)策略、建設(shè)階段進行差異性調(diào)整。

◆經(jīng)濟性：對于一個特定的建筑物，室內(nèi)覆蓋有多種選擇時，需合理選擇覆蓋標準及設(shè)計方案，以達到性價比最大化。

2.23G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃選點目標

建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)是為了消除建筑物內(nèi)部的信號盲區(qū)、弱區(qū)，解決建筑物內(nèi)部信號雜亂造成的通話質(zhì)量差等問題，以及分擔(dān)室內(nèi)話務(wù)量并改善網(wǎng)絡(luò)擁塞。

表1把3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)目標分為5類，實際建設(shè)時可結(jié)合室外基站對室內(nèi)的覆蓋情況作相應(yīng)的調(diào)整。

表13G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)目標及范圍

2.3選點優(yōu)先級

3G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)覆蓋等級、話務(wù)等級，結(jié)合市場發(fā)展策略，確定建設(shè)優(yōu)先級，分批建設(shè)。對無法利用室外基站信號達到室內(nèi)良好覆蓋以及對業(yè)務(wù)需求大的公共場所，應(yīng)優(yōu)先安排建設(shè)。

圖2建筑物室內(nèi)的室外基站底噪測試圖

從圖2可知，底噪Io有90%的概率小于-78dBm。又從圖1可知，如果設(shè)定Ec＞-85dBm，則有90%概率的區(qū)域可以保證Ec/Io＞-10。從3G實際測試結(jié)果可得：只要Ec/Io＞-10，且RSCP＞-90，則能夠保證95%以上的概率業(yè)務(wù)速率＞384kb/s。從鏈路預(yù)算的角度分析，-85dBm的邊緣場強可以保證384kb/s的業(yè)務(wù)速率要求。綜合考慮業(yè)務(wù)覆蓋需求及Ec/Io要求的最大值，即可得到邊緣場強覆蓋標準。

（3）設(shè)計標準

根據(jù)以上理論分析及實際測試的結(jié)果，對于WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計目標，可按以下標準設(shè)計。

◆電磁環(huán)境較差區(qū)域（RSSI＞75dBm的區(qū)域）以及重點覆蓋區(qū)域：要求導(dǎo)頻信號強度≥-85dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-10dB。

◆一般區(qū)域：要求導(dǎo)頻信號強度≥-90dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-12dB。

◆地下層、電梯：導(dǎo)頻信號強度≥-95dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-12dB。

3.2設(shè)計原則

下面對室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計中可遵循的幾個原則進行分析。

（1）多天線小功率設(shè)計原則

在室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計中，考慮到室內(nèi)環(huán)境的特殊性（如隔墻損耗）、減少信號外泄、降低室外信號對室內(nèi)的影響三方面因素，也為了保證系統(tǒng)均勻、有效覆蓋，可根據(jù)模擬測試結(jié)果，采用多天線小功率原則，合理布放天線，保證室內(nèi)分布效果。具體如表2、表3所示。

表2增加天線數(shù)量得到的增益（分裂增益）

表3增加天線數(shù)量得到的增益（隔墻增益+分裂增益）

從表2、表3的數(shù)據(jù)可知，合理增加天線數(shù)量，可有效節(jié)約信源功率，達到良好的覆蓋效果。

（2）MCL（最小耦合損耗）原則

◆MCL取值原則

MCL定義為基站和手機之間的最小耦合損耗。MCL=手機到天線的自由空間損耗+天線到基站接收機的天饋系統(tǒng)損耗。

手機到天線的最小空間損耗，例如通常取值1米的空間損耗為38.4dB。

天饋系統(tǒng)損耗主要包括饋線傳輸損耗、器件分配損耗等。

考慮到基站噪聲系數(shù)，WCDMA基站底噪聲為-105.1dBm，由于UE的最小發(fā)射功率為50dBm，那么，當(dāng)MCL小于-50-（-105.1）=55.1dB時，由于快速功率控制機制已經(jīng)沒法讓UE降低功率，這時UE的業(yè)務(wù)將抬高基站的底噪，以降低基站的靈敏度，如表4所示。

表4WCDMA基站噪聲分析

一般取MCL≥65dB（UE為-50dBm發(fā)射時，到達基站的底噪-50-65=-115dBm），基站的靈敏度下降≤0.4dB。

當(dāng)UE離天線口為1m時，假設(shè)基站發(fā)射導(dǎo)頻功率為33dBm，則室內(nèi)天線口發(fā)射功率必須滿足以下要求：

MCL=38.4dB+（33-天線輸出功率）≥65dB，

天線口功率≤6.4dBm。

◆MCL實驗

為了驗證MCL對天線口功率要求，用UEA/B2個終端在某地進行了MCL試驗。表5所示的情況1～3中，逐漸降低MCL（UEA逐漸靠近天線）。

表5MCL現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

從表5的測試結(jié)果可知，B發(fā)射功率隨著A離天線的距離越近而越大。A接近天線，手機與基站接收機的上行鏈路損耗減少，等同于在A手機不移動時天線口的導(dǎo)頻功率增大，這時終端對基站靈敏度的影響也逐漸增大，系統(tǒng)的底噪增大。

◆小結(jié)

天線口功率過大可能會引起手機相互干擾，以及帶來遠近效應(yīng)，而離天線近的手機會阻塞覆蓋邊緣手機的接入，進而影響分布系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。另外，國家電磁輻射標準規(guī)定室內(nèi)天線口功率小于15dBm（總功率），在WCDMA系統(tǒng)中，一般導(dǎo)頻功率占總功率的10%，因此3G室內(nèi)天線口導(dǎo)頻功率不能超過5dBm。綜合考慮MCL的影響及國家電磁輻射標準，建議建議室內(nèi)分布天線口導(dǎo)頻功率不超過5dBm。

（3）天線布放密度原則

一般情況下，如果已有2G分布系統(tǒng)，則可以根據(jù)頻段損耗的差別對3G的信號進行預(yù)測。理論上，3G和其它系統(tǒng)的空中傳播損耗相比，差別如表6所示。

表6不同系統(tǒng)空中傳播損耗差別

在某地選取典型建筑物進行WCDMA覆蓋能力測試，不同性質(zhì)區(qū)域WCDMA的典型天線覆蓋半徑如下（取邊緣Ec＞-90dBm）：

◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，典型地下停車場天線覆蓋半徑為15米；

◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，酒店的天線可覆蓋前后左右四個房間（四個房間對門）；

◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，有貨架的超市覆蓋半徑為12米；

◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，利用壁掛天線（增益6dBi）水平方向打覆蓋電梯井和電梯廳，可以覆蓋3層（上下各一層）；

◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，板狀天線（增益11dBi）垂直向下打覆蓋電梯，主瓣可覆蓋4層，后瓣可覆蓋1層。

4、提前建設(shè)如何驗證系統(tǒng)可行性的問題

在3G信源沒有開通前，如何驗證分布系統(tǒng)建成后的系統(tǒng)效果，這是與2G系統(tǒng)最大的區(qū)別（2G系統(tǒng)先建外網(wǎng)后建室內(nèi)分布系統(tǒng)，且有信源接入室內(nèi)分布系統(tǒng)來驗證實際通話效果）。所謂提前驗證系統(tǒng)效果，是指目前的系統(tǒng)建設(shè)需保證3G信源開通后，要調(diào)整的工作量達到最少。

對于室內(nèi)分布系統(tǒng)本身，如果沒有信源就沒有辦法進行實際的撥打測試；對于整個網(wǎng)絡(luò)，如果沒有信源就沒有辦法準確了解室外基站在室內(nèi)的信號情況。而對于CDMA系統(tǒng)，室外信號在室內(nèi)實際上降低了室內(nèi)系統(tǒng)的Ec/Io。本節(jié)探討對室內(nèi)分布系統(tǒng)本身的驗證方法。我們在某室內(nèi)分布系統(tǒng)站點分別采用實際信源與導(dǎo)頻發(fā)射機作為信源進行比較測試，測試的內(nèi)容包括：導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io的差別。實際WCDMA信源的導(dǎo)頻功率33dBm，模擬導(dǎo)頻發(fā)射機導(dǎo)頻功率30dBm，差別3dB。下面是測試結(jié)果。

4.1場強分布情況的比較

場強分布情況的比較如表7、圖3、圖4所示。

表7CPICH-RSCP統(tǒng)計平均值比較表

圖3實際信源測試圖

圖4模擬信源測試圖

從表7、圖3、圖4的數(shù)據(jù)可以看出，考慮到2個信源導(dǎo)頻輸出功率3dB的差值，導(dǎo)頻強度的分布路線在方向和趨勢上基本是一致的。

4.2Ec/Io比較

從表8的數(shù)據(jù)可以看出，考慮到2個信源導(dǎo)頻輸出功率3dB的差值，以及Io的差別，導(dǎo)頻強度的分布在趨勢上基本是一致的。

表8Ec/Io統(tǒng)計平均值比較表（dB）

4.3小結(jié)

從實際信源和模擬導(dǎo)頻信源的比較測試可以看出，采用模擬導(dǎo)頻信源進行系統(tǒng)開通前的驗證是可行的。采用模擬導(dǎo)頻信源代替實際3G信源接入到室內(nèi)分布系統(tǒng)中，可以對開通后的室內(nèi)系統(tǒng)覆蓋效果進行驗證，驗證內(nèi)容可以包括導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io、室外信號泄露情況、天饋系統(tǒng)的駐波比等。從這些角度驗證后，結(jié)合上述理論及試點確定的設(shè)計標準，可以較好地保證3G室內(nèi)分布系統(tǒng)接入信源后的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

5、總結(jié)

無線規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域?qū)儆诮?jīng)驗性科學(xué)，3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)是無線規(guī)劃領(lǐng)域一個全新的課題，很多經(jīng)驗需要在實際建設(shè)、試點時進行分析和總結(jié)。本文提出的方法和得出的結(jié)論需要在實際的3G網(wǎng)絡(luò)運營成熟后，進行進一步的驗證和完善。TD-SCDMA頻率配置議如下：

（1）使用15MHz頻段的城市配置建議如下

F1～3作為微蜂窩頻點，F(xiàn)4～9作為宏蜂窩頻點，F(xiàn)3/F4之間預(yù)留0.2MHz的保護間隔，頻段上下界預(yù)留0.2MHz的保護間隔，如下：

頻點號

下界

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

上界

中心頻點（MHz）

2010.0

2011.0

2012.6

2014.2

2016

2017.6

2019.2

2020.8

2022.4

2024.0

2025.0

保護間隔

0.2

0.0

0.2

0.0

0.0

0.0

0.0

0.2

（2）使用10MHz頻段的城市配置建議如下

F1～3作為微蜂窩頻點，F(xiàn)4～6作為宏蜂窩頻點，F(xiàn)3/F