联通室内覆盖系统工程设计要点(doc 27页).doc
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1、新疆联通室内覆盖系统工程设计新疆联通室内覆盖系统工程设计 中国联通新疆分公司中国联通新疆分公司 侯代峰侯代峰 摘摘 要要:本文通过对室内覆盖系统设计问题的分析,对目前的城区内 网络建设提供一个解决思路。 关键词关键词 信号源 组网方式 信号盲区 乒乓效应 孤岛效应 前言前言: 随着联通公司 GSM 网络/CDMA 网络规模的扩大及宏蜂窝 基站密度的增加,城市的室外覆盖已基本做到了无缝连接,话音质量 也进一步得到改善和提高,用户在大型建筑物(尤其是酒店、商务和 商业中心)内使用移动电话日益增加,用户已不再满足于只有室外的 移动通信服务,同时也要求能提供更好的室内移动通信业务,而此类 场所由于其建
2、筑原因,往往是覆盖盲区,特别是 GSM 系统穿透能力比 较弱,但又要兼顾 CDMA 网络的建设并保持两网协调发展。因此,如 何更好地进行室内覆盖、改善建筑物内无线信号的质量,增加网络容 量,已经显得越来越重要。 一、一、室内室内覆盖覆盖系统建设的必要性系统建设的必要性 室内覆盖问题从广义上来讲,不仅仅是对室内盲区的改善,同时 也应包括对室内移动通信话音质量、网络质量、系统容量的改善。除 了对诸如地下室,一、二层等屏蔽性地方信号的引入外,同时也应对 一些高层建筑物高层部分因接收到来自多方向的杂乱不稳定信号而 容易造成掉话、断线、切换不成功等方面进行改善。对于高话务量的 商务、商贸中心,还应该解决
3、室内话务及拥塞问题。因此,我们应从 多方面去看待室内覆盖的意义和重要性。一方面,室内覆盖的改善对 于扩大覆盖,提高接通率,减少弱信号断线,提高网络指标,增加业 务量有很大的帮助。另一方面,室内覆盖也作为一种扩容手段,在分 担室外话务,增加网络容量,使室内话务在室内吸收,减少同频干扰 等方面起很大作用。同时,室内覆盖的改善,对于提高公司形象,为 用户提供更好更完美的随时随地通信服务,提高竞争力,增加市场占 用率具有很大的意义。这些年来,我们一直疲于网络的扩容,而忽略 了室内覆盖问题和网络素质的提高。因此,加大力度搞好室内覆盖改 善应是我们今后的一项重要工作。 二、二、室内室内覆盖覆盖系统的类型及
4、其特点系统的类型及其特点 室内覆盖是针对室内用户群用于改善建筑物内移动通信环境的 一种成功的方案, 近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛 应用。 室内覆盖系统的原理是利用室内覆盖系统将移动基站的信号均 匀覆盖在室内每个角落,从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。室 内覆盖系统可分为以下几种类型: 1 1、按信号源分类按信号源分类 按信号源的不同,可分为下述两类室内覆盖系统。 蜂窝系统(包括微蜂窝和宏蜂窝蜂窝系统(包括微蜂窝和宏蜂窝): :优点是信号稳定、可靠,通 信质量好;缺点是建设周期较长,一次性投资大,还需支付传输线路 的租建费用。 直放站系统直放站系统:优点是投资省、安装方便快捷,
5、可以很快解决信号 弱和盲区问题;缺点是通过定向天线难以取得单一纯净的信号,系统 的话音质量相对蜂窝系统较差,且易造成对其他基站的干扰。 由于高层建筑主要覆盖在城市的繁华地段,基站覆盖很密,直放 站系统容易造成对其他基站的干扰, 并且没有从根本上解决吸收话务 量的问题,所以在城市应当首选蜂窝 使用微蜂窝和直放站的比较使用微蜂窝和直放站的比较 GSM 网络/CDMA 网络 使用基站 使用直放站 是否增加容量 根据需要增加容量 不能增加容量 信号质量 好 一般 设置优先级 可以 不可以 对网络的影响 小 控制不好影响很大 是否需要传输 需要 不需要 是否需要重新频率规 划 需要 不需要 是否需要调整
6、参数 需要 支持 是否支持容量动态分 配 不支持 支持 是否支持多运营商 不支持 支持 是否支持多频、多系统 环境 不支持 支持 安装时间 较长 较短 投资回报期 较长 较少 2 2、按设备分类按设备分类 按所采用设备的不同,可分为无源系统和有源系统。 无源系统无源系统主要由无源器件组成,设备性能稳定、安全性高、无噪 声累积、维护简单、成本低。信号经过合(分)路器、功分器、耦合 器和线路衰耗后,均匀覆盖到各个天线,覆盖效果较好。但系统设计 较为复杂,灵活性差。当功率损耗较大时需加干线放大器。 有源系统有源系统的信号经过各级衰耗后,到达末端时可被放大器放大, 达到理想的强度。增益自动校验无须调节
7、,场强覆盖均匀,可保证覆 盖效果。但建设和维护复杂,近端和所有远端设备都需要电源,有源 设备易损坏,系统的安全性和稳定性较差。 考虑到设备的安全性、稳定性以及工程造价,无源系统在实际工 程中采用更多。 3 3、按布线材料分类按布线材料分类 按布线材料的不同,可分为同轴电缆系统、光纤系统和泄漏电缆 系统。 同轴电缆同轴电缆是最常用的材料, 性能稳定、 造价便宜, 但线路损耗大。 大型同轴电缆室内覆盖系统通常需要多个干线放大器作信号放大接 力。 同轴电缆系统由于造价便宜, 安装方便, 在实际工程中大量采用。 光纤线路光纤线路损耗小,不加干线放大器也可将信号送到多个区域,能 保证足够的信号强度,性能
8、稳定可靠。但在近端和远端都需要增加光 电转换设备,系统造价高。光纤覆盖系统信号传输距离远,适用于超 大型建筑及距离较远的楼群。 泄漏电缆泄漏电缆系统不需要室内天线,在电缆通过的地方,信号即可泄 漏出来,完成覆盖。泄漏电缆室内覆盖系统安装方便,但造价高对电 缆的性能要求高,主要适用于地铁、隧道等狭长封闭环境。由于成本 较高,基本很少使用。 三、三、室内室内覆盖覆盖系统的组成及组网方式系统的组成及组网方式 1 1、室内覆盖系统主要由信号源和信号室内覆盖系统主要由信号源和信号覆盖覆盖系统两部分组成。系统两部分组成。 几种信号几种信号覆盖覆盖方式的比较:方式的比较: 覆盖方式 优点 缺点 1.无源天馈
9、覆盖 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.有源覆盖方式 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.光纤覆盖方式 传输距离远, 布线方便, 性和传输质量好 造价高 4.泄漏电缆覆盖 方式 场强覆盖均匀,可控性 高;频段宽,多系统兼 容性好 造价高,传输距离近 2 2、信号源的选取信号源的选取 (1)通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号; (2)用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到盲区内 的直放站; (3)用耦合器从附近基站耦合
10、部分信号通过电缆传送到盲区内 的直放站; (4)增加微蜂窝(基站)。 3.3.常见的组网方式常见的组网方式 无线接入方式无线接入方式 注:适用于室内话务量不高、室外宏蜂窝站较空闲的区域;施主 天线安装处接收到的宏蜂窝基站场强应大于-80dBm(GSM)/-85dBm (CDMA) ;覆盖区域面积不可太大。 无源天馈方式无源天馈方式 注:适用于小型楼层,组网简单 有源有源接入接入( (电分配方式电分配方式) ) 合分 路器 电功 分器 电功 分器 BTS 合分 路器 电功 分器 电功 分器 无线接入 直放机 注:适用于中、高型楼层;如加电近端机,可上监控系统;对于 较高的楼层,可在主干线上采用
11、7/8 馈缆。 有源接入有源接入( (光分配方式光分配方式) ) 注:适用于高型楼层或大型建筑群;可上监控系统。 光电分配方式光电分配方式 BTS 电近 端机 电远端机 选用 电远 端机 BTS 光近 端机 光远端机 光远端机 光分 路器 注:使用于高型楼层或大型建筑群;离微蜂窝基站较近区域,用 电端机,离微蜂窝基站较远区域,用光端机。 耦合大站信号耦合大站信号( (适用于光、电、光电混适用于光、电、光电混合系统合系统) ) 泄漏电缆泄漏电缆覆盖覆盖方式方式 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
12、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。 GSM CDMA 基站 合 路 器 电远端机 电远 端机 BTS 合分 路器 电功 分器 电功 分器 光近端机 光分 合器 光远端机 光远端机 耦合器 电功 分器 电远端机 电远端机 电合 分路 总的来说,信号覆盖系统根据覆盖区域的具体情况,组合无源、 有源、光纤、泄漏等方式,进行综合性的分析。在实际使用中,室内 覆盖系统可使每个微蜂窝覆盖范围增至几十层楼左右; 如果加装干线 放大器,覆盖范围还可大幅度增加。 四、四、室内室内覆覆盖盖系统需解决的问题系统需解决的问题 1 1、信号盲区信号盲区 信号盲区包括电梯间、地下室
13、、楼层高屏蔽地区。 2 2、“乒乓效应”区域“乒乓效应”区域 高层建筑的大部分区域,特别是靠窗或靠近室外的区域,这种地 方能收到附近各种室外基站的信号,信号强度都差不多,且带来不同 程度的同、邻频干扰,手机在这种情况下通话时,不停地在几个小区 间来回切换,通话质量很差。 3 3、“孤岛效应”区域“孤岛效应”区域 这种情况容易出现在大厦的高层区域,由外界很强的信号覆盖, 但由于各种干扰的因素造成根本无法解出任何一个小区的码, 无法登 陆上任何小区。形成“孤岛效应”的主要原因是个别基站覆盖太远, 由于附近基站并无相邻小区的参数设置, 使得该小区用户无法正常切 换而形成“孤岛”。 对于以上第一种情况
14、,用室内覆盖系统可以很好地解决;但针对 第二、三种情况,则比较麻烦,需要对网络参数进行调整,个别情况 甚至要对宏蜂窝基站进行调整。 五、五、室内室内覆盖覆盖系统方案设计系统方案设计方法方法 室内覆盖系统的建设可分为准备、市场、协商、设计、安装、验 收、运行维护等阶段。 1 1、设计时应考虑的因素设计时应考虑的因素 进行无源室内覆盖系统设计时要考虑到信号源、场强覆盖、上行 信噪比、互调干扰、上下行平衡、传输和分配损耗、施工难度和造价 等因素。 2 2、分析与计算分析与计算 (1)话务量预测模型 写字楼:写字楼:建筑面积751/20800.01; 娱乐场所:娱乐场所:建筑面积701/3600.02
15、; 商场超市:商场超市:建筑面积75501/3600.01; 会展中心:会展中心:建筑面积80501/30.015; 会议新闻中心:会议新闻中心:容纳人数800.02; 宾馆:宾馆:客房数80700.01(三、四星);客房数80 800.015(五星); 地下停车场:地下停车场:车位1080800.015。 根据话务量模型可以确定信号源需要的载频数, 考虑到竞争等因 素,实际勘查时也应对现有手机用户进行调查,根据实际情况确定系 统容量。 (2)场强分析与计算 系统下行信号计算:对移动通信而言,当电波传输距离很小且为 直射波,例如,在微小区域中或室内无阻拦环境下,其传播损耗非常 接近自由空间的情
16、况,计算公式为: LS(dB)32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km) GSM900 系统为例 其计算公式为: LS(dB)32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km) f: 909960MHz (取为 912MHz) 代入上式可得:LS(dB)91.6+20lgd(km) 【1】 LS(dB)91.6+20lgd(km) 距离 1m 5m 20m 25m 损耗 31.6dB 45.6dB 57.6dB 59.6dB CDMA800 系统为例 其计算公式为: LS(dB)32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km) f: 825880MHz (取为 830MHz) 代入上
17、式可得:LS(dB)90.8+20lgd(km) 【2】 LS(dB)90.8+20lgd(km) 距离 1m 5m 20m 25m 损耗 30.8dB 44.8dB 56.8dB 58.8dB 普通大楼建材和结构的平均信号损耗: 材料类型 混凝土墙 混凝土楼 板 天花板管 道 拐角 损耗 13dB 10dB 1-8dB 23dB 材料类型 钢筋水泥电梯 普通木门 铁皮防火 墙 门 损耗 20dB 25dB 3-5dB 10dB 上述公式是计算室内在直线距离内的传播衰耗公式,因为 室内电波传输相当一部分要穿越墙壁 ,有的要穿越楼层(例 如 三 层 楼 向 二 层 楼 传 播 ),在 这 种 条
18、 件 下 ,传 输 衰 耗 的 公 式 为: Ls=32.5+20logf+20logd+KFk+PWk - (3) (32.5+20logf+20logd 为自由空间衰耗公式) 其中:K 为无线电波穿越的楼层数 FK 为楼层间的衰耗(dB) P 为无线电波穿越的墙壁数 WK 为墙壁衰耗(dB) 其中的 WK 值,随墙壁的材料而异,从 1030 dB 不等,Fk 值约在 15 dB 左右。 系统上行噪声的控制: 有源设备的上行噪声电平的经验公式为: PNs -121dBm+ NF + Gr-Lr 式中: PNs有源设备的上行噪声电平(dB) NF有源设备噪声系数(dB) Gr有源设备增益(dB
19、) Lr有效传播路径衰耗(dB) 基站的白噪声为-120dBm,为了保证接收机的灵敏度,需要设置 上行增益,使上行链路的总输入噪声小于-120dBm。 如:基站输出p 为43dBm,输入到直放站为-40dBm,即有效路径 损耗为83dB,那么直放站的上行增益设置一定要小于83dB(后极总的 噪声系数) 如只有直放站是有源器件,噪声系数为5dB,增益应设为小于 78dB。 上下行平衡计算 在 GSM/CDMA 移动通信系统中,上下行增益平衡是比较重要的问 题。若下行增益远大于上行增益,会导致手机接收到场强很高,却打 不通电话;若上行增益远大于下行增益,导致覆盖范围缩小。较合理 范围是调整上、下行
20、增益使其相差 3dB 左右。 3 3、室内室内覆盖覆盖系统系统设计设计原则原则 保证此系统能达到优良的覆盖效果,同时尽可能降低成本,使系 统性价比达到最高; 充分利用基站信号,合理布置室内直放机,尽量减少噪声积累; 考虑环保因数,适当增加天线,降低天线口输出功率,达到良好 覆盖; 综合考虑天线的数量、位置和输出功率,以及所覆盖的范围,保 证信号的均匀覆盖; 结合楼层的结构情况、功用、装潢,合理布置天馈线系统; 兼顾到将来的扩容,采用三频器件,并留有一定的功率余量。 六、六、室内室内覆盖覆盖系统设计技术指标系统设计技术指标 1.1.GSM900GSM900室内覆盖系统的技术指标室内覆盖系统的技术
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