室內(nèi)微蜂窩覆蓋技術(shù)

2019-11-03 09:42:57

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供稿：網(wǎng)友

隨著GSM網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的不斷增長，話務(wù)量不斷攀升，話務(wù)密度也隨之增加，高話務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)如雨后春筍，這種條件下，對于北京、廣州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密集城市，室外大站站間距已達(dá)到二、三百米。顯然，單純依靠室外宏蜂窩不可能完全解決熱點(diǎn)地區(qū)容量問題，而室內(nèi)微蜂窩覆蓋技術(shù)作為一種有效解決容量問題的手段而得到越來越多的關(guān)注。

一、室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)的概述

了解決不斷增加的用戶數(shù)量與有限的頻率資源之間的矛盾，GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)由80年代的大區(qū)制，逐步發(fā)展為現(xiàn)在的以宏蜂窩為主的小區(qū)制。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)容量，在采用1x3、MRP、同心圓等各種小區(qū)規(guī)劃新技術(shù)以后，頻率復(fù)用更加緊密，小區(qū)間隔進(jìn)一步減小，有些地方的站間距只有200m左右。即使這樣，仍然存在一些話務(wù)熱點(diǎn)地區(qū)的容量受限問題。而且這些熱點(diǎn)地區(qū)幾乎都集中在每華地區(qū)，如，如火車站、城市商業(yè)區(qū)、商場和機(jī)場等，換言之，在熱點(diǎn)地區(qū)有很大一部分話務(wù)分布在室內(nèi)。由于微蜂窩發(fā)射功率較小，覆蓋半徑小，頻率復(fù)用次數(shù)可以提高，則同樣頻率帶寬下，單位面積可以承載的話務(wù)量能夠大大提高。所以，采用微蜂窩進(jìn)行室內(nèi)覆蓋時可以有效解決熱點(diǎn)地區(qū)容量問題。

此外，現(xiàn)代建筑質(zhì)量越來越高，對室內(nèi)形成較強(qiáng)的屏蔽，造成大型建筑物的低層、地下商場、地下停車場等環(huán)境移動信號弱，形成了移動通信盲區(qū)；在大型建筑物的中間樓層，由于來自不同基站信號的重疊，產(chǎn)生乒乓效應(yīng)，手機(jī)切換頻繁，話音質(zhì)量差，掉話率高；第三，受基站天線高度的限制，建筑物的高層無法正常覆蓋，形成移動通信盲區(qū)或干擾區(qū)。而引入室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)可以很好地解決覆蓋和通話質(zhì)量問題。當(dāng)微蜂窩應(yīng)用于解決大面積的室內(nèi)覆蓋時，一般與分布式天線系統(tǒng)聯(lián)系在一起，因?yàn)樵诖笮徒ㄖ飪?nèi)，墻壁阻擋使得一個固定點(diǎn)的天線很難形成有效的覆蓋，而分布式天線可以克服這些不足，并且其場強(qiáng)覆蓋均勻。分布天線包括泄漏電纜、局軸饋電式分布天線、光纖式分布天線，其在室內(nèi)的應(yīng)用是當(dāng)前的組網(wǎng)趨勢。

所以，從吸收室內(nèi)話務(wù)量來看，室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)可以給網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)者帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益；從優(yōu)化角度來看，室內(nèi)、室外分開覆蓋，有利于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，從而為客戶提供高質(zhì)量的通話服務(wù)，提高客戶的滿意度。所以，大力發(fā)展室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)是各運(yùn)營商當(dāng)前的一個工作重點(diǎn)。

二、室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)組網(wǎng)方式

為了達(dá)到室內(nèi)、室外分開覆蓋的目的，可在大樓內(nèi)安裝微蜂窩基站，通過有線接入的方式，將微蜂窩基站信號引入室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，再通過室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，將微蜂窩基站信號分配至各個室內(nèi)天線點(diǎn)處對所需覆蓋的區(qū)域進(jìn)行覆蓋。

目前，室內(nèi)覆蓋常用的是泄漏電纜覆蓋方式和分布天線覆蓋方式兩大類。國際上通常采用泄漏電纜，對地鐵、隧道等特定環(huán)境覆蓋。由于泄漏電纜損耗較大，傳輸距離短，一般不用于樓宇的室內(nèi)覆蓋。而分布天線覆蓋方式是信號經(jīng)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)傳輸至所需覆蓋的區(qū)域，通過布放在所需覆蓋的區(qū)域內(nèi)的天線將信號分布至所需覆蓋的區(qū)域，適用于樓宇內(nèi)覆蓋。下面就我們常用的幾種分布天線覆蓋方式為進(jìn)行討論。

1、無源分布式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

無源分布式系統(tǒng)通過無源分配器件，將微蜂窩信號分配至各個需要覆蓋的區(qū)域。這種方式具有許多優(yōu)點(diǎn)：

（1）技術(shù)成熟，價格便宜，應(yīng)用廣泛；（2）采用無源器件，無需供電，可靠性高。而且，元器件使用比較普遍，無需指定配件；（3）不受光，熱，塵埃和濕度等影響；（4）交調(diào)和噪聲性能良好；（5）每個天線的有效功率輻射比較大，覆蓋范圍比較寬；（6）系統(tǒng)動態(tài)范圍大，且不會產(chǎn)生上行噪聲；（7）由于無源，無需供電，所以有較好的可適應(yīng)性。

缺點(diǎn)是：

（1）纜徑較粗，體積較大，需要占有較大的空間，且施工時走線會受到限制；（2）由于路徑損耗較大，所以，傳輸長度受限。

由上面，我們可以看到無源分布系統(tǒng)價格便宜，易于維護(hù)，在可能的情況下，是我們的首先方案。當(dāng)施工受限或基站覆蓋范圍過大時，則一般無源分布系統(tǒng)很難滿足需求，需要采用其它方案。

2、電+無源混合分布式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

對于中型樓宇，可采用基站接口單元，將基站信號接入后，通過電纜傳輸至各個需要覆蓋的區(qū)域，但是電纜傳輸損耗大，在距離基站較遠(yuǎn)處，信號可能非常弱，所以在遠(yuǎn)端通過干線放大器產(chǎn)品，將信號放大后，再通過天線輸出，這樣就能保證在建筑物內(nèi)各處場強(qiáng)分布均勻。

3、光纖+電+無源混合分布式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)

對于大型的建筑，傳輸距離長，為了盡可能的減少傳輸損耗，我們采用光纖傳輸信號，光纖的傳輸損耗是2dB/1000m，此外光纖重量輕，體積小便于施工，所以，我們在遠(yuǎn)距離傳輸時會考慮引入光纖分布系統(tǒng)。但是，光纖價格昂貴，動態(tài)范圍較小，且遠(yuǎn)端需要供電，維護(hù)起來也不如無源系統(tǒng)簡單，故此，在具體使用時我們常采用光電混合分布方式：在微蜂窩處安裝光纖端機(jī)，取微蜂窩信號，通過光纖傳輸至安裝在遠(yuǎn)處的光端機(jī)，再通過饋線和天線將信號輸出。在微蜂窩附近采用無源方式，用饋線直接引用基站信號；距離微蜂窩較遠(yuǎn)的地方采用干線放大器，將信號放大后使用。

三、室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)的規(guī)劃和優(yōu)化

前面我們較多地介紹了一些理論性的問題，那么，下面將會看到在實(shí)際工作當(dāng)中，我們是如何進(jìn)行室內(nèi)微蜂窩覆蓋系統(tǒng)規(guī)劃和優(yōu)化的。

1、系統(tǒng)容量預(yù)測

在實(shí)際預(yù)測時，需要認(rèn)真分析該處室內(nèi)用戶群特點(diǎn)估算潛在話務(wù)量，需要進(jìn)行如下幾個方面的工作。

（1）用戶的職業(yè)分布

我們對于用戶職業(yè)的考慮主要是從外企職員、旅客、居民等方面，不同的職業(yè)手機(jī)占有率是不同的，所以是估算話務(wù)量的一個依據(jù)。

（2）用戶對移動業(yè)務(wù)的需求

用戶對移動業(yè)務(wù)的需求是不一樣的，比如通信行業(yè)的手機(jī)用戶一般通話時間長，而且比較喜歡使用新業(yè)務(wù)；商場里用戶一般只是用手機(jī)進(jìn)行通話。

（3）采用合理的話務(wù)模型

由于是室內(nèi)覆蓋，所以與室外基站在話務(wù)模型是不同的，室內(nèi)每信道話務(wù)量會更高一些。

（4）預(yù)測用戶群的大小

我們根據(jù)建筑物的規(guī)模，用途，商場的客戶流量，寫字樓的上座率等因素，預(yù)測手機(jī)用戶數(shù)。

（5）計算潛在話務(wù)量

潛在的話務(wù)量主要來自于新技術(shù)、新業(yè)務(wù)的發(fā)展，如GPRS就有可能一次提供用戶多個信道，另外，資費(fèi)的調(diào)整也會帶來話務(wù)量的激增。為此，應(yīng)留有一定的余量，具體余量大小根據(jù)不同地區(qū)的發(fā)展情況會有所不同，但是一般來講，新建微蜂窩應(yīng)保證一年內(nèi)的容量需求。根據(jù)得到的總的容量要求，則可容易地得到具體載頻配置要求。

2、工程設(shè)計

在實(shí)際工作中，我們希望在符合覆蓋的要求下，分布式系統(tǒng)的天線點(diǎn)的個數(shù)盡可能少，減少施工量和施工難度，并減少投資。所以，在工程設(shè)計期間，我們會使用專用的測試設(shè)備對要覆蓋的樓宇進(jìn)行詳細(xì)的覆蓋測試。根據(jù)測試的結(jié)果，我們借用規(guī)劃軟件，如NPS/X，Totem等，進(jìn)行覆蓋預(yù)測。在基站開通后，我們還要重新進(jìn)行測試，以檢驗(yàn)是否達(dá)到我們的預(yù)期。

3、頻率規(guī)劃

（1）做微蜂窩的頻率規(guī)劃時，我們從頻段中抽取出一定的頻率專門做微蜂窩的規(guī)劃，這些頻點(diǎn)主要用作微蜂窩的BCCH，如果頻率規(guī)劃很困難時，也可用作TCH使用，一般TCH均采用偷頻方式，從留給大站的頻點(diǎn)中獲得。

（2）如果微蜂窩分配射頻跳頻頻點(diǎn)時，頻率規(guī)劃使用宏蜂窩的頻率。則將其周圍宏蜂窩分為近端鄰區(qū)和遠(yuǎn)端鄰區(qū)，其中近端鄰區(qū)是最大的干擾源。選擇跳頻頻點(diǎn)基本上按照以下的原則：不使用近端鄰區(qū)所用的頻率；使用遠(yuǎn)端鄰區(qū)中所用的頻率不超過一個；晝使用近端鄰區(qū)、遠(yuǎn)端鄰區(qū)所未用的所有頻率。

4、微蜂窩的優(yōu)化

這里我們主要介紹一下參數(shù)方面的優(yōu)化調(diào)整：

（1）適當(dāng)調(diào)整微蜂窩的C2值，使手機(jī)的空閑時盡可能占用室內(nèi)信號。C2是基于參數(shù)C1并加入一些人為的偏置參數(shù)而形成的。加入人為影響是為了鼓勵移動臺優(yōu)先進(jìn)入某些小區(qū)或阻礙移動臺進(jìn)入某些小區(qū)，通常這些手段都用來平衡網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)量，C2公式如下：

C2=C1+REO-TEOxH（PET-T）

其中函數(shù)H(x)=0, x<0

H(x)=1, x>0

其中REO（Cell Reselect Offset）為小區(qū)重選偏置，表示對C2的人為修正值，其取值范圍為0-126dB（以2dB為步長）。

PET（Penalty Time）為懲罰時間，其取值范圍為20-640秒（以20秒為步長）。其中20-620秒表示懲罰時間為20-620秒，640表示參數(shù)TEO對小區(qū)重參數(shù)C2沒有影響，而參數(shù)REO的符號被改變。

TEO（Temporary Offset）為臨時偏置，表示對C2的臨時修正值。所謂臨時是指它僅在一段時間內(nèi)對C2發(fā)生作用。而這段時間則由參數(shù)PET確定。臨時偏置（TEO）的取值范圍為0-70dB（以10dB為步長）。

為了盡可能地占用微蜂窩信號，必須適當(dāng)設(shè)置REO、PET、TEO。

（2）調(diào)整微蜂窩的切換電平，使手機(jī)在使用時切入容易，切出難。我們主要調(diào)整功率預(yù)算的切換邊界，提高功率預(yù)算的值，其目的是阻止相鄰小區(qū)之間的乒乓切換。

（3）提高室內(nèi)微蜂窩的接入電平門限值，保證通話質(zhì)量。我們對室內(nèi)分布的場強(qiáng)要求是建筑面積的95%必須是在-85dBm以上，所以我們對于微蜂窩的接入電平門限的定義和室外大站是不一樣的，微蜂窩的接入電平門限值定義的比較高。

（4）減少切出的相鄰小區(qū)，增加切入的相鄰小區(qū)。在做微蜂窩時，對于出鄰區(qū)我們定義了一些必要的相鄰小區(qū)，對于入鄰區(qū)我們盡可能的多定義一些相鄰小區(qū)。

四、室內(nèi)微蜂窩系統(tǒng)的驗(yàn)收

當(dāng)一個室內(nèi)微蜂窩系統(tǒng)建成后，我們需要對它進(jìn)行評判，從而知道是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。下面我們簡單介紹一下驗(yàn)收時要注意的幾個主要方面：

1、從性能統(tǒng)計上考核，看是否達(dá)到指標(biāo)要求。這些指標(biāo)涉及到掉話率、呼叫建立成功率、上下行平衡等。

2、現(xiàn)場測試質(zhì)量評估，看通話質(zhì)量是否清晰，無斷續(xù)、信號是否穩(wěn)定等。測試時要注意窗口處是否由室內(nèi)微蜂窩做主控，且與室外大站的切換點(diǎn)在窗外、此外，測試區(qū)域不要貴漏電梯、樓梯、衛(wèi)生間等地。實(shí)際測試中我們規(guī)定室內(nèi)最底場強(qiáng)不能低于-85dBm，而且在建筑物外室內(nèi)信號不能太強(qiáng)，以免造成對室外大站的干擾。

3、基站設(shè)備的驗(yàn)收。查看布線等是否符合工藝要求、基站資料是否完全等，便于以后的維護(hù)。

4、天饋線系統(tǒng)的驗(yàn)收。測試天線點(diǎn)分布是否合理、有無覆蓋盲區(qū)等。此外，天線點(diǎn)分布圖等天饋線系統(tǒng)基礎(chǔ)資料也應(yīng)完整，這些是以后維護(hù)的基礎(chǔ)。

5、查看告警，觀察統(tǒng)計報告，并查看上行干擾，上下鏈路的平衡等情況，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠。

五、工程實(shí)例

根據(jù)上面的介紹，下面我們以某寫字樓為例進(jìn)行說明：該建筑物樓高38層，基站建在地下1層，所以地下1層我們采用無源分布系統(tǒng)，用饋纜直接引用基站信號，從1層到6層采用有源分布系統(tǒng)，將基站信號放大后輸出，6層以上采用光纖分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。

天線點(diǎn)的分布：寫字樓內(nèi)部比較規(guī)則，經(jīng)過實(shí)地測試和覆蓋計算，我們在每一層放置了5副天線，其中1副天線方在電梯間，是為了保證電梯內(nèi)的覆蓋，由于該樓有兩個電梯間，所以我們采用奇偶層交疊放置的辦法。

室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)化：我們調(diào)整了C2值和相鄰小區(qū)，同時提取了該站的性能統(tǒng)計，根據(jù)性能統(tǒng)計查看上下行的質(zhì)量情況、干擾情況、場強(qiáng)分布情況等，并通過實(shí)際測試獲得覆蓋場強(qiáng)分布圖，通過這些我們可以知道天線分布是合理的。

六、小結(jié)

上面談到利用微蜂窩進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，應(yīng)該說明一點(diǎn)的是這里僅是使用了微蜂窩概念，在實(shí)際應(yīng)用中設(shè)備選型上已大多采用大站設(shè)備，而不是微蜂窩設(shè)備。因?yàn)椋苿油ㄐ攀袌霭l(fā)展迅速，熱點(diǎn)地區(qū)話務(wù)質(zhì)量極高，如北京國際展覽中心在會展期間最高話務(wù)量超過1500erl/km2，由于微蜂窩配置較小，已難以滿足容量需求，所以，必須采用大站設(shè)備，而且，載頻配置上不宜過小，實(shí)際施工時最好能留有足夠的擴(kuò)容空間。

在解決室內(nèi)容量和覆蓋上，除了微蜂窩作為信源外，還可采用直放站或直接把室外大站信號引入室內(nèi)等作為信源，我們應(yīng)根據(jù)具體情況來制定合理的設(shè)計方案。在實(shí)際優(yōu)化中還可以利用廠家提供的一些專用算法例如，基于電平陡降的快速切換算法等。總之，微蜂窩室內(nèi)覆蓋技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)，同時也是隨著其它技術(shù)不斷發(fā)展的技術(shù)，需要我們在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)。

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