李榮 李晶 南京郵電學院通信工程系 摘 要：本文分析了在GSM系統中實現室內覆蓋的主要方法，為工程設計提供了依據。關鍵詞：微蜂窩 分層小區技術 直放站
一、引言
隨著網絡的發展,室內覆蓋的問題越來越突出。以中國移動的GSM網為例,在中等以上城市的室外覆蓋早已不存在問題。而且隨著各地規劃優化力度的增強,室外易于測試發現的問題也都已基本解決,工作的重點也逐漸向室內方向轉移。實現室內覆蓋的方法主要有三種：
?。?）由室外宏蜂窩同時提供覆蓋區域內的室內覆蓋。這種方法仍然是當前國內最主要的方式。
(2)在室外站存在富余容量的情況下,通過直放站(Repeater)將室外信號引入室內的覆蓋盲區;
(3)在話務量集中的地方,設置室內微蜂窩,同時解決覆蓋和容量問題。
由于中國的城市存在很多的高層建筑,由室外站提供室內覆蓋存在很大的局限性。如果要保證室內覆蓋的質量,室外的干擾將變得難以控制,影響網絡的整體規劃與容量。另外,對于縱深較大的商場與娛樂中心,靠室外站進行覆蓋是不可能的。因此解決室內覆蓋的主要方法就是設置微蜂窩和建立直放站,下面就這兩種主要的技術做具體的分析和比較。
二、微蜂窩技術
微蜂窩技術是在宏蜂窩的基礎上發展起來的一門技術,是目前解決高話務量地區容量問題的行之有效的方法之一。微蜂窩的覆蓋半徑大約為30m-300m；發射功率較小,一般在1W以下；基站天線置于相對低的地方（一般高于地面5m-10m）,傳播主要沿著的視線進行,信號在樓頂的泄露小。因此,蜂窩可以被用來加大無線電覆蓋,消除宏蜂窩中的“盲點”。同時由于低發射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復用距離,每個單元區域的信道數量較多,因此業務密度得到了巨大的增長,且RF干擾很低,將它安置在宏蜂窩的“熱點”上,可滿足該微小區域質量與容量兩方面的要求。
微蜂窩在初期一般是提高網絡覆蓋,應用在零散的“熱點”地區,即話務量比較集中,且面積較小的地區,此時對容量的提高很有限。隨著容量需求增大,高話務量地區已由點逐漸變成片時,宏蜂窩已無法滿足時,微蜂窩可以在一定范圍內進行連續覆蓋,此時效果就很明顯了。
在實際設計中,微蜂窩作為無線覆蓋的補充,一般用于宏蜂窩覆蓋不到又有較大話務量的地點如地下會議室、娛樂室、地鐵、遂道等。作為熱點應用的場合一般是話務量比較集中的地區,如購物中心、娛樂中收、會議中心、商務樓、停車場等地。
隨著微蜂窩和微微蜂窩的發展,分層小區技術迅速提出來。它提供更多的“內含”蜂窩,形成分層小區結構,主要解決網絡內的“盲點”和“熱點”問題,提高網絡容量。在一個分層小區結構中,不同大小的小區相互重疊,不同發射功率的基站緊密相鄰并同時存在,整個通信網絡呈現出多層次的結構。每一層分配不同的頻率段,以保證各層之間獨立運作,不會相互干擾。相鄰微蜂窩的切換都回到所在的宏蜂窩上,宏蜂窩的廣域大功率覆蓋可看成宏蜂窩上層網絡,并作為移動用戶在兩個微蜂窩區間移動時的“安全網”,而大量的微蜂窩則構成微蜂窩下層網絡。當有用戶接入時,系統根據所測得的信號強度和各蜂窩的容量為某一呼叫選擇恰當的蜂窩（宏蜂窩、微蜂窩或微微蜂窩）,層間切換與普通的蜂窩切換一樣,切換點由系統決定,由GSM移動臺自動輔助切換測量來完成,切換過程還取決于當時各級的容量,如果微蜂窩和微微蜂窩已飽和,業務將切換至更高一級的蜂窩。
一個分層小區網絡,往往是由一個上層宏蜂窩網絡和數個下層微蜂窩網絡組成的多元蜂窩系統。它包括宏蜂窩、微蜂窩和微微蜂窩。每種蜂窩執行早已定義好的不同功能。一般來說,宏蜂窩用于處理快速移動車輛的業務,微蜂窩處理慢速移動,集中于步行或交通阻塞車輛的業務,微微蜂窩用于覆蓋商場和辦公區等室內區域。將負載按這種方式分層的原因與切換功能有關,因為車載電話在微蜂窩間快速移動會產生頻繁切換,加重網絡的負擔,從網絡管理出發,將產生頻繁切換的業務轉移到較小切換的宏蜂窩,將提高網絡效率；慢速移動的車輛,由于它穿過蜂窩邊界需花較長的時間,產生切換的可能性較小,因此由微蜂窩來處理這類業務。
微蜂窩組網簡單,可直接加入到現有系統中,而不需改變現有網絡結構。其設備體積小,容易安裝,因此應用靈活,可直接在需要的地方進行建設,從而快速解決覆蓋盲點、熱點地區通信問題。它對容量的提高是明顯的,但需要較大的投資。
三、設立直放站
直放站系統應用于蜂窩網絡中的時間并不長,因為GSM是將直放站規范納入其設備規范(ETSI GSM 05.05)的第一個標準,并于1994年為SMG所接受。在蜂窩移動通信系統中使用直放站雖比此時稍超前一點,但是大規模的采用直放站技術還是在新一代產品出現后。
直放站的類型有：模擬直放站,信道選擇直放站,集群直放站。現在使用最為廣泛是信道選擇直放站。
GSM信道選擇式直放站的主要部件：低噪聲放大器(LNA),合路器(CMB),信道板(上下變頻器,聲表面波濾波器(SWA),功放),雙工器,施主天線和業務天線。施主天線接受的基站下行載波信號首先經過低噪聲放大器處理,再進行下變頻從900M射頻信號變為71M中頻,經過200KHz帶寬的中頻濾波放大處理后再上變頻到900M射頻信號并進行功率放大,最后通過業務天線發射出去,對需要覆蓋的區域進行覆蓋。上行信號處理過程與下行信號完全一樣。安裝直放站時,天饋線系統的選擇非常重要。應該注意的問題有以下幾點：
?。?）天線的增益。根據具體的信號情況,以及覆蓋的需要,選擇合適的增益；
?。?）天線的方向性。由于直放站屬于同頻中繼系統,所以不能采用全向天線,否則可能引起系統自激。施主天線的主瓣寬度應該盡可能窄,以減少躁聲的引入；重發天線的發射方向應該嚴格控制,以保證重發信號不會饋入施主天線；
（3）信號源基站的選擇：應該選擇信號質量好的基站作為饋入源,并且保證基站容量有足夠的富余,否則將引入擁塞；由以上的分析可以看出,直放站的建設必須有運營部門參與,否則質量將很難保證。在實際應用中,由于直放站具有安裝調試簡單,開通快捷,安裝環境要求低和基建投資少等特點,只要做好直放站的設計與安裝工作,將會越來越受到運營商的歡迎。
四、結論
本文論述了在GSM移動通信系統中,實現室內覆蓋的主要方法－設計直放站或建立微蜂窩。直放站以其靈活簡易的特點成為解決簡單問題的重要方式。直放站不需要基站設備和傳輸設備,安裝簡便靈活,設備型號也豐富多樣,在移動通信中正扮演越來越重要的角色。微蜂窩技術具有覆蓋范圍小、傳輸功率低以及安裝方便靈活等,可以作為宏蜂窩的補充和延伸。兩種技術各有千秋,具體的實現可根據實際情況靈活采用,在最小的投入情況下以期得到最好的覆蓋效果。
摘自《網絡通信世界》
