室分設(shè)計(jì)思路

推薦]3G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及測(cè)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(jì)，室內(nèi)場(chǎng)所占了近80%的話務(wù)量，而在實(shí)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(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，目前2G網(wǎng)絡(luò)60%～80%的移動(dòng)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(shí)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(yàn)，樹立良好形象，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該對(duì)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(gè)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(fù)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(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量、容量。因此，室內(nèi)覆蓋對(duì)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(duì)WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、測(cè)試方法進(jìn)行細(xì)致分析：

◆做哪里：解決如何選點(diǎn)問題。

◆怎么做：解決選點(diǎn)之后如何進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的問題。

◆如何驗(yàn)證：解決系統(tǒng)實(shí)施后的測(cè)試驗(yàn)證的問題。

2、規(guī)劃選點(diǎn)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(duì)新的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商而言，為了在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)初期能與先進(jìn)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(gè)重要特點(diǎn)：

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

◆如果沒有室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信源，將無法對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。那么，如何保證信源接入后的覆蓋質(zhì)量?在設(shè)計(jì)階段如何設(shè)定合理的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，以滿足3G各種業(yè)務(wù)的需求?

下面先分析選點(diǎn)的問題，后面章節(jié)將對(duì)第二個(gè)問題進(jìn)行分析。

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

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)選點(diǎn)應(yīng)遵循以下三個(gè)原則：

◆統(tǒng)一性：即室內(nèi)室外站點(diǎn)規(guī)劃的統(tǒng)一，在建設(shè)室內(nèi)覆蓋時(shí)，要考慮室外信號(hào)的影響，同時(shí)需考慮對(duì)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(biāo)準(zhǔn)，以制定不同建筑物的室內(nèi)質(zhì)量目標(biāo)。對(duì)于不同的區(qū)域及建筑物，可在建設(shè)策略、建設(shè)階段進(jìn)行差異性調(diào)整。

◆經(jīng)濟(jì)性：對(duì)于一個(gè)特定的建筑物，室內(nèi)覆蓋有多種選擇時(shí)，需合理選擇覆蓋標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到性價(jià)比最大化。

2.23G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃選點(diǎn)目標(biāo)

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(hào)盲區(qū)、弱區(qū)，解決建筑物內(nèi)部信號(hào)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(biāo)分為5類，實(shí)際建設(shè)時(shí)可結(jié)合室外基站對(duì)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(biāo)及范圍

2.3選點(diǎn)優(yōu)先級(jí)

3G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)覆蓋等級(jí)、話務(wù)等級(jí)，結(jié)合市場(chǎng)發(fā)展策略，確定建設(shè)優(yōu)先級(jí)，分批建設(shè)。對(duì)無法利用室外基站信號(hào)達(dá)到室內(nèi)良好覆蓋以及對(duì)業(yè)務(wù)需求大的公共場(chǎng)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(cè)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(shí)際測(cè)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。

（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以上理論分析及實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，對(duì)于WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可按以下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

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

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

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

3.2設(shè)計(jì)原則

下面對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中可遵循的幾個(gè)原則進(jìn)行分析。

（1）多天線小功率設(shè)計(jì)原則

在室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，考慮到室內(nèi)環(huán)境的特殊性（如隔墻損耗）、減少信號(hào)外泄、降低室外信號(hào)對(duì)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(cè)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(dá)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(jī)之間的最小耦合損耗。MCL=手機(jī)到天線的自由空間損耗+天線到基站接收機(jī)的天饋系統(tǒng)損耗。

手機(jī)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(shí)，由于快速功率控制機(jī)制已經(jīng)沒法讓UE降低功率，這時(shí)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(shí)，到達(dá)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(shí)，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(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證MCL對(duì)天線口功率要求，用UEA/B2個(gè)終端在某地進(jìn)行了MCL試驗(yàn)。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(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)

從表5的測(cè)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(jī)與基站接收機(jī)的上行鏈路損耗減少，等同于在A手機(jī)不移動(dòng)時(shí)天線口的導(dǎo)頻功率增大，這時(shí)終端對(duì)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(huì)引起手機(jī)相互干擾，以及帶來遠(yuǎn)近效應(yīng)，而離天線近的手機(jī)會(huì)阻塞覆蓋邊緣手機(jī)的接入，進(jìn)而影響分布系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。另外，國(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)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(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)3G的信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)。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(jìn)行WCDMA覆蓋能力測(cè)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(chǎng)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(gè)房間（四個(gè)房間對(duì)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(yàn)證系統(tǒng)可行性的問題

在3G信源沒有開通前，如何驗(yàn)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(yàn)證實(shí)際通話效果）。所謂提前驗(yàn)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(dá)到最少。

對(duì)于室內(nèi)分布系統(tǒng)本身，如果沒有信源就沒有辦法進(jìn)行實(shí)際的撥打測(cè)試；對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如果沒有信源就沒有辦法準(zhǔn)確了解室外基站在室內(nèi)的信號(hào)情況。而對(duì)于CDMA系統(tǒng)，室外信號(hào)在室內(nèi)實(shí)際上降低了室內(nèi)系統(tǒng)的Ec/Io。本節(jié)探討對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)本身的驗(yàn)證方法。我們?cè)谀呈覂?nèi)分布系統(tǒng)站點(diǎn)分別采用實(shí)際信源與導(dǎo)頻發(fā)射機(jī)作為信源進(jìn)行比較測(cè)試，測(cè)試的內(nèi)容包括：導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io的差別。實(shí)際WCDMA信源的導(dǎo)頻功率33dBm，模擬導(dǎo)頻發(fā)射機(jī)導(dǎo)頻功率30dBm，差別3dB。下面是測(cè)試結(jié)果。

4.1場(chǎng)強(qiáng)分布情況的比較

場(chǎng)強(qiáng)分布情況的比較如表7、圖3、圖4所示。

表7CPICH-RSCP統(tǒng)計(jì)平均值比較表

圖3實(shí)際信源測(cè)試圖

圖4模擬信源測(cè)試圖

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

表8Ec/Io統(tǒng)計(jì)平均值比較表（dB）

4.3小結(jié)

從實(shí)際信源和模擬導(dǎo)頻信源的比較測(cè)試可以看出，采用模擬導(dǎo)頻信源進(jìn)行系統(tǒng)開通前的驗(yàn)證是可行的。采用模擬導(dǎo)頻信源代替實(shí)際3G信源接入到室內(nèi)分布系統(tǒng)中，可以對(duì)開通后的室內(nèi)系統(tǒng)覆蓋效果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證內(nèi)容可以包括導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io、室外信號(hào)泄露情況、天饋系統(tǒng)的駐波比等。從這些角度驗(yàn)證后，結(jié)合上述理論及試點(diǎn)確定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)領(lǐng)域?qū)儆诮?jīng)驗(yàn)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(gè)全新的課題，很多經(jīng)驗(yàn)需要在實(shí)際建設(shè)、試點(diǎn)時(shí)進(jìn)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(shí)際的3G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成熟后，進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)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(diǎn)，F(xiàn)4～9作為宏蜂窩頻點(diǎn)，F(xiàn)3/F4之間預(yù)留0.2MHz的保護(hù)間隔，頻段上下界預(yù)留0.2MHz的保護(hù)間隔，如下：

頻點(diǎn)號(hào)

下界

F1

F2

F3

F4

F5

F6

F7

F8

F9

上界

中心頻點(diǎn)（MHz）

2010.0

2011.0

2012.6

2014.2

2016

2017.6

2019.2

2020.8

2022.4

2024.0

2025.0

保護(hù)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(diǎn)，F(xiàn)4～6作為宏蜂窩頻點(diǎn)，F(xiàn)3/F