WCDMA室内分布建设规划原则V10.docx
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WCDMA室内分布建设规划原则V10
WCDMA室内分布建设
规划原则
（初稿）
武汉邮电科学研究院
武汉虹信通信技术有限责任公司
目录
一、3G室内覆盖建设要求1
1.1、WCDMA系统室内覆盖建设规划1
1.2、WCDMA系统室内覆盖建设要点2
1.2.1、覆盖区域的划分2
1.2.2、不同业务对信号强度和信号质量的要求2
1.2.3、话务量分析3
1.2.4、频率规划3
1.2.5、切换4
1.2.6、天线的布放及功率输出要求8
1.2.7、室内覆盖设计标准10
1.3、WCDMA系统室内覆盖设计思路11
1.3.1、解决方案11
1.3.2、有源设备的选用12
1.3.3、无源器件的选用12
1.3.4、天线的布放12
二、3G室内覆盖建设原则12
2.1、当前室内分布系统是否满足3G建设需求12
2.1.1、原系统基本不能满足3G需求13
2.1.2、原系统通过改造能够满足3G需求13
2.1.3、原系统可以满足3G需求13
2.1.4、还未做室内覆盖13
2.2、对现有室内分布系统的改造13
2.2.1、无源器件的改造13
2.2.2、天线布局的改造14
2.3、分布系统的共用18
2.3.1、多系统共用室内分布式系统干扰分析18
2.3.2、分布系统的共用方式23
2.3.3、天线的共用24
2.4、直放站的使用原则25
三、3G室内覆盖规划流程26
四、室内分布工程的评估28
一、3G室内覆盖建设要求
3G将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合，除了传统2G系统提供的语音业务以外，还提供可变速率的数据业务、活动视频会话业务、多媒体业务等，因此联通建设的WCDMA网络将要面对的是包含非常复杂需求的用户群体，对网络服务质量衡量的标准包括不同环境下的基本语音业务覆盖、呼叫成功率、通话质量，以及对数据业务的可靠性、吞吐量和时延等，这些都对无线网络规划提出了更高、更严格的要求。
在移动通信网络建设的初期，从市场竞争、用户数量、业务需求以及投资等综合因素考虑，无线网络的覆盖范围较容量而言显得更为重要。
因为在3G网络建设的初期，3G终端数量不会很多，但都集中在对数据业务有较高要求的高端用户，如果网络覆盖不连续，即使是使用双模终端（GSM&WCDMA）的用户，也会频繁出现掉话、系统间切换等现象，这将造成用户对3G的信任感大大降低，不利于用户群的形成，所以我们建议在网络建设初期，以扩大信号的覆盖范围为主。
1.1、WCDMA系统室内覆盖建设规划
室内覆盖系统的建设是WCDMA网络建设的重要组成部分。
结合WCDMA网络建设总的策略以及室内覆盖系统的特点，我们建议规划WCDMA系统室内覆盖建设时采用下面的原则：
1）室内覆盖系统与室外系统应该同时建设。
根据对2G话务量的统计和目前国外的一些3G运营商的统计数据来看，来自室内的话务量占有相当大的比例。
假设室内没有3G信号覆盖，用户出入建筑物时会频繁地在2G和3G系统之间进行切换，不但增加了信令开销，而且系统间的切换成功率很低，极易造成掉话。
如果建设室内覆盖系统比较晚，不仅会使一些话务量流失，而且会影响运营商的形象，对联通发展3G用户不利。
2）在WCDMA网络建设的初期，结合2G的经验以及考虑到投资的效益等问题，主要考虑重要建筑物、办公楼和公共场所的室内覆盖。
3）在WCDMA网络发展到中期以后，由于3G用户逐渐占主流地位，在次重要的建筑物内的3G用户也很多，所以应该进入3G室内覆盖系统的大规模建设时期。
4）在进行WCDMA室内覆盖的建设时，应当根据建筑物的重要程度实现不同等级的信号覆盖水平。
建筑物的重要程度可以参考2G或者WLAN的话务统计数据来确定。
5）在进行室内覆盖时，建议采用同频方案。
这样做的优点在于今后网络扩容时，可以做到室外和室内同步进行，另外同频切换的成功率也高于异频切换。
虽然在某些高楼的高层，来自室外的干扰信号比较强，但这是局部的、个别的情况，通过室内仔细的设计和规划，应该是可以避免的。
6）在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，在能够获取较纯净且稳定的基站信号的条件下，优先考虑采用直放站（无线或者光纤）作为室内分布系统的信号引入设备，以节省投资；在信号杂乱且不稳定的无线环境中，则避免使用无线直放站引入信号，代之以微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源。
1.2、WCDMA系统室内覆盖建设要点
1.2.1、覆盖区域的划分
3G室内分布系统的设置原则是满足市区大型建筑物及重要地域话务分布的要求。
根据对市区大型建筑物或重要地域室内用户数量的估计及对覆盖区的要求，一般优先考虑如下用户集中、人口密集的大型建筑或重要地域：
1）高档商务写字楼、酒店内及公共区域；
2）人员集中、知名度高的办公写字楼；
3）大型展馆、娱乐餐饮场所、机场车站等交通枢纽楼及交易会所等重要公共场所；
4）面积大、人流量大、经济情况好的商场、超市等；
5）地铁、隧道、地下商场、停车场等。
WCDMA系统需要提供给用户如可视电话、多媒体、高速率下载等丰富的业务类型，但是高速率意味着高容量的无线网络，也意味着更高的服务质量和服务水平，这又直接和网络建设的投入相关联。
由于不同的用户群在不同的环境需要的服务不一样，因此在整个网络规划时就有必要按业务需求规划资源分配，以节省前期投资，并加快网络建设速度。
所以在WCDMA网络建设方案实施前，需要对覆盖目标做详细的规划标准和所需要的服务等级，一般可按人流量和业务量分为：
Ø重要区域（人流量大、对数据业务要求高）；
Ø次重要区域（人流量大，有少数数据业务需求）；
Ø一般区域（人流量较大，主要考虑语音业务）；
Ø非重点考虑的区域（如洗手间、储藏室等区域，人流量小，能提供基本的语音业务即可）。
按照不同区域对业务需求不同，需要提供的服务等级和规划目标可分为：
Ø重要区域：
要求CS12.2K、CS64K、PS384K的连续覆盖；
Ø次重要区域：
要求CS12.2K、CS64K、PS128K的连续覆盖；
Ø一般区域：
要求CS12.2K、CS64K的连续覆盖，可以考虑补充PS64K业务；
Ø非重点考虑的区域：
保证CS12.2K业务。
1.2.2、不同业务对信号强度和信号质量的要求
下表中不同业务对Eb/No的要求是仿真的结果，它可以根据实际的室内覆盖系统进行调整，因为在室内的小区内，没有天线的分集接收，并且用户的移动速度比较慢。
表2-1不同业务对信号质量的要求
（Eb/No是在解扩频后的信号的信噪比。
它取决于所使用的业务，比特率，多径的衰落信道，天线的分集接收，移动用户的运动速度等等。
）
根据实际工程的测试结果看，WCDMA系统提供的不同业务对信号强度、信号质量的要求不一样，当无线环境较为简单（导频数量少于3个）、且系统负载还远没有达到理论上的极限容量时，如果导频功率≥-85dBm、Ec/Io≥-8dB，系统就能够很好保证CS12.2K、CS64K、PS384K等主要业务；对于一般数据业务要求不高的区域，需保证提供CS12.2K、CS64K业务，可以考虑补充PS128K或PS64K业务，这种情况在导频功率≥-90dBm、Ec/Io≥-12dB时即可保证；对于最基本的CS12.2K业务，导频功率≥-100dBm、Ec/Io≥-15dB时基本都可以保证，在导频功率≥-120dBm、Ec/Io≥-20dB还可以维持。
1.2.3、话务量分析
以前的移动通信网（主要指GSM）都是电路交换，换句话说是单业务模型，每个用户都在相同大小的信道上传送数据，这类网络可以很容易地使用爱尔兰B公式进行规划。
而在WCDMA系统中，这方面的统计变得较为复杂，因为该系统不仅有电路交换网络（CSnetwork）提供的连接服务，还有分组交换网络（PSnetwork）提供的连接服务；同时存在的业务类型也是多种多样，例如话音、视频电话、E-Mail、网页浏览等等，每种业务需要占用不同数量的网络资源，并且对信号质量的要求也不一样，所以单纯的用爱尔兰来定义话务量已经变得不太切合实际。
下表是试验工程中单小区所支持的不同业务类型容量测试结果：
实际网络环境下的小区容量
业务类型
上行50％负载、下行75％负载
同时支持的用户数
深圳试验
上海实验
CS12.2K
59～69
53～75
CS64K
6～8
5～8
PS64K
10～14
—
PS128K
5～7
PS144K
—
5～8
PS384K
2～3
2～3
表2-2实际网络环境下的小区容量
在做网络规划及业务需求分析的时候，可以参考该表选取合适的信源。
下表是试验工程中单小区不同环境下允许接入PS64/384K的用户数：
容许接入的PS64K/384K个数
下行最大负载
40%
50%
BLERT1%
1
2
BLERT5%
2
2
BLERT10%
3
4
表2-4单小区不同环境下允许接入数据业务的用户数
由（表2-4）可以看出，当降低业务质量要求时，还可以提高一定系统容量。
1.2.4、频率规划
在进行3G室内覆盖系统建设时，有两种方案，一种是同频方案，即室内系统与室外系统使用相同的频率；另一种是异频方案，即室内系统与室外系统使用不同的频率。
采用同频方案的好处是能够节省有限的频率资源；而且室、内外同频的情况下系统内部的切换都是软切换或更软切换，进出建筑物的切换成功率将有更高的保证；另一方面，如果将来网络扩容，可以做到室内和室外同步进行，能避免大范围的频率优化调整。
但在无线环境较为复杂的区域（如密集城区的超高建筑物内）还采用同频方案，则可能出现比较严重的干扰问题。
原因是在这些区域内、特别是高层建筑物的窗边，一般都能够接收到多个来自室外系统的信号，并且普遍较强，如果还采用同频方案，只会让室内信号更加复杂，甚至造成严重的导频污染。
异频方案则可以有效避免出现这种干扰问题。
异频方案存在的问题是需要重新分配一个频点，这样会人为的在室内引入异频硬切换，切换成功率没有同频之间的高；在将来的网络扩容中需要重新规划、调整，可能带来极大的不便。
同频和异频选择
各个分区的同频、异频选取考虑建筑物本身的结构（建筑高度、出入口数量等），并满足网络质量的要求（包括切换的要求，Ec/Io、建筑外室内覆盖的信号泄漏）。
高度大于50米的楼层的建议使用异频分区覆盖高层，覆盖高度在30－50米的建筑应考虑使用异频分区方案。
如3G宏基站在建筑内的覆盖场强测试结果显示可以满足宏基站与室内覆盖间的异频切换条件，室内覆盖应全部采用异频分区覆盖方式，即3G覆盖场强在建筑门口到电梯厅的信号衰减达到25dB以上（如3G宏基站未建，要求GSM1800覆盖场强在建筑门口到电梯厅的信号衰减达到25dB以上）时采用全部异频覆盖。
如采用同频分区＋异频分区结合的组网方案，同频分区可覆盖裙楼楼层，最大覆盖30米以下楼层。
尽可能扩大同频分区的覆盖区域（达到单个分区的功率或业务容量上限）。
1.2.5、切换
WCDMA系统中，切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：
更软切换、软切换、硬切换；在R99里，还包括WCDMA系统和GSM系统间的异系统硬切换。
这里主要根据WCDMA系统室内同、异频不同的组网方案进行分析。
全同频覆盖方案
图：
全同频覆盖方案示意图
适合场景
适合于楼层低，话务量不高的室内覆盖；
优缺点分析
这种室内覆盖解决方案采用了室内外同频的方式，节省了频率资源，并且室内外的软切换使切换成功率高，切换考虑较为简单。
但有时由于站址布局不合理或受地形地貌的影响，有过多无线信号越区覆盖到相邻小区，从而很容易在高层产生了导频污染，而导频污染的直接影响就是容易产生掉话；而且如果系统设置不理想的话，会造成室内外小区的重叠覆盖过多，而影响系统容量。
所以在进行室内覆盖工程实施前，应进行详细周密的网络规划，遵循软切换重叠覆盖区不超过30%的原则，以避免对室外造成导频污染及系统资源的浪费。
全异频覆盖方案
图：
全异频覆盖方案示意图
适合场景
适合于楼层较低，同频干扰大，话务量较高的情况。
在人口密集的闹市区，室外宏蜂窝基站的分布是非常密集的，对低层建筑的信号覆盖一般是没有问题的。
但往往这些低层建筑的室内覆盖不是从信号强度着手考虑的，而是从吸收话务容量上来考虑的，此时室外宏蜂窝基站的强信号对室内信号无疑形成了强干扰，更有可能因室外复杂的无线环境给室内带来严重的导频污染，非但不能达到吸收话务的效果，相反会影响室内用户的使用质量。
优缺点分析
利用全异频方案覆盖则能很好的解决上述问题。
根据实际网络环境及设计要求，设定稍低的切换门限值，室内覆盖采用“小功率+多天线”的分布模式，既能够很好的吸收话务量，也能很好的抑制对室外网络的干扰。
但是由于引入了硬切换，在切换区产生的硬切换成功率会较软切换时有明显的降低，另外，如果硬切换覆盖区设置得不合理的话，会引起压缩模式的频繁启用，将引起系统容量的浪费并降低上行链路覆盖；在WCDMA系统中的频率资源相当有限，增加频点需在必须的情况下才能进行。
异频同频结合覆盖方案
适合场景
适合于楼层高，同频干扰大（高层导频污染严重）；室内话务量大，一个小区无法满足容量需求的大型高层建筑物。
●方案I
Ø原理分析
图：
异频同频结合覆盖方案I示意图
这种室内覆盖解决方案采用了室内低层与高层异频的方式，低层与室外同频的方式进行覆盖，这种方案的设计理念是将低层与高层分成不同的小区，让硬切换发生在电梯井道内，以解决高层导频污染问题；而低层与室外同频的方式是为了保证移动终端进出大楼时的切换成功率。
这样很好的解决了高层的导频污染问题，使终端能够获得更好的话音质量及数据服务，并且这样的方式较同频覆盖方案更能节约系统容量，最大可能的利用了资源。
但是由于引入了硬切换，在切换区产生的硬切换成功率会较软切换时有明显的降低，另外，如果电梯井道内的硬切换覆盖区设置得不合理的话，会引起压缩模式的频繁启动，将引起系统容量的浪费并降低上行链路覆盖或者是频繁的掉话产生；而由于需要增加额外的频点，假如室外也使用这个频点的话，信号将更难控制。
●方案II
Ø原理分析
图：
异频同频结合覆盖方案II示意图
这种室内覆盖解决方案与方案I有所不同，电梯井道的覆盖完全引入高层小区信号，然后利用吸顶天线引入高层异频信号到低层的每一层的电梯厅，以确保UE有足够的切换时间，不会因为电梯停靠低层在UE进出电梯的时候信号衰落而产生掉话。
这样的切换设置基本能够保证UE有充足的切换时间，但此类工程实施难度较大，若低层小区层数较多，为每一层的电梯厅设置切换过渡区无疑要增加更大的设备功率、更多的有源及无源器件等。
这种方式避免了在电梯井道内的切换，而将切换设置在低层小区的电梯厅区域，当UE出低层小区电梯门步入电梯厅时，此时不会立即发生切换。
通过人的步行速度，基本能够保证UE在电梯厅区域硬切换有充足的时间。
●方案III
Ø原理分析
图4-7.异频同频结合覆盖方案III示意图
这种设置原理与方案II不同的地方是为低层分布的切换引导区不是专门通过分布天线解决，而是直接通过电梯井道内的定向平板天线来为电梯厅覆盖异频信号。
但是井道内的定向平板天线的信号覆盖到电梯厅一般要经过穿透2层电梯壁及1层电梯井道墙，2000M频率信号这样的衰耗一般为60dB以上，加上空间链路衰耗，对信号的衰减非常大，故能否达到覆盖要求需要根据具体建筑物结构及电梯材质等因素判定。
这种方案在低层小区定向平板天线的波瓣方向是向着电梯门的，直接通过井道内的天线为电梯厅制造硬切换区。
该方案较上面两种异频同频结合覆盖方案都要简便，较方便进行设计及施工。
但诸如平板天线的垂直覆盖楼层数、天线入口功率及安装方法都需要进行实验来验证。
●三种异频同频结合覆盖方案对比分析
相同点：
三种方案的切换参数设置均需要采用同样的方法，即高层CELL3（楼内异频小区）只与低层CELL2（楼内同频小区）存在切换关系，只要UE不在高层重启进行小区重选或者受容量限制等情况的影响，终端在高层将始终占用CELL3的资源，这样有效的避免了导频污染，也充分利用了CELL3的网络资源。
这两种方案均以避免导频污染为主要目的，但引入硬切换的同时也增加了切换设置的难度，在实际工程当中，切换引导区的覆盖范围往往难以控制，引导区过大可能会其他小区的覆盖产生干扰，增加掉话率；而过小的话则不能为UE的硬切换提供充足的反应时间，同样也会增加掉话率。
相异点：
1、在传统的电梯室内覆盖中，一般射频电缆走线要从电梯机房中由上至下的分布，而方案I将电梯覆盖分成两个区，低层信号的引入电梯厅则需要射频电缆从其他地方引入电梯井道。
2、方案II中切换完全依靠低层电梯厅分布的引导区，将高层信号引入到低层的每一个电梯厅则需要增加更大的设备功率、更多的电缆及无源器件。
3、方案III的设置则更加简单，但根据不同类型的室内覆盖，不同建筑的结构、材质等因素，其切换区的大小不好控制。
1.2.6、天线的布放及功率输出要求
以下是全向天线对不同制式电信号的传播模测结果，可供实际工程参考：
天线性能指标：
频率范围：
824-960MHz&1710-2500MHz
VSWR：
<1.5
Gain：
2dBi
图2-1天线覆盖范围测试模型
终端在不同位置接收到信号强度的统计结果：
发射天线入口电平
终端接收信号强度
-5
（dBm）
0
（dBm）
5
（dBm）
10
（dBm）
距离发射天线2M（GSM）
-50.11
-48.44
-31.17
-33.20
距离发射天线2M（WCDMA）
-58.25
-53.84
-52.26
-40.30
距离发射天线4M（GSM）
-51.78
-64.04
-39.69
-43.42
距离发射天线4M（WCDMA）
-61.76
-51.55
-51.05
-50.54
距离发射天线6M（GSM）
-57.53
-52.09
-48.58
-46.08
距离发射天线6M（WCDMA）
-60.08
-61.14
-61.22
-57.96
距离发射天线8M（GSM）
-52.35
-54.58
-52.14
-41.95
距离发射天线8M（WCDMA）
-64.35
-57.42
-50.73
-51.59
距离发射天线10M（GSM）
-57.93
-57.37
-59.80
-42.65
距离发射天线10M（WCDMA）
-68.63
-66.39
-65.99
-52.33
表2-5天线覆盖范围测试结果
由上表我们可以发现，在相同输入功率条件下，同一个天线在覆盖半径≤10m的情况下，GSM系统信号基本保持在比WCDMA系统信号大10dB，超出这个范围后两种制式的电波传播规律将变得比较复杂。
CDMA系统是自干扰系统，理论分析UE发射功率的动态变化量会造成小区内的干扰。
在室内WCDMA覆盖系统中，如果手机接收的信号强度足够强，由于功率控制会使手机的发射功率达到最低，如果这个时候用户的发射功率达到最低而用户还是离天线越来越近，那么就会对其它手机造成干扰，使其它手机不得不抬高发射功率。
在室内，如果一个天线有最小路径损耗会使整个室内系统的噪声抬高（影响了整个覆盖区域和所有的链路）。
最小耦合损耗（minimumcouplingloss，MCL）定义了基站和手机的发射部分接收部分之间最小的耦合损耗，MCL可以认为是手机在位于离天线最近时候的路径损耗。
从下图的仿真结果可以看出，当最小耦合损耗为45dB，它引起了约9dB的噪声抬高，这意味着基站端所需要的功率的升高9dB，或者保证服务的最小比特率的降低；当MCL高于65dB时，由UE最小发射功率所引起的噪声电平的抬高将忽略不计。
图4-1
经测试，普通全向吸顶天线空间耦合损耗大约为30～35dB，为了保证MCL≥65，则从基站到天线入口的链路损耗需要在65-35=30dB以上，即天线入口导频功率应≤基站导频输出-30=33-30=3dBm。
根据实际天线安装高度，根据覆盖区域的大小天线入口导频功率可以适当大些。
下表是在室内覆盖试点工程中同一天线覆盖范围内不同业务有效覆盖半径的测试结果：
业务类型
馈入导频功率
有效覆盖半径
CS12.2K
0～5dBm
<15m
CS/PS64K
0～5dBm
<12m
PS144K
0～5dBm
<10m
PS384K
0～5dBm
<8m
表2-6同一天线覆盖区内不同业务的有效覆盖半径
下表是不同建筑物对WCDMA信号和GSM信号穿透损耗的参考值：
信号类型
建筑物类型
WCDMA
（2GHz频段）
GSM900
GSM1800
多层民居、厂房（砖木结构）
15
10
12
钢筋混凝土建筑物
约20
18～24
20～25
玻璃幕墙
<15
9～12
7～15
车辆内
10～15
8～13
7～14
表2-7不同建筑物对信号的穿透损耗（dB）
实际工程中天线布放数量和布放位置可以按建筑物特点和业务需求作相应调整，不同业务的有效覆盖半径可以参考（表2-6）。
1.2.7、室内覆盖设计标准
●覆盖场强要求
WCDMA基站的导频功率占基站总功率的10％，WCDMA的覆盖场强设计应有3dB以上的设计余量。
各个分区内的最低覆盖场强应大于该分区的异频测量启动门限3dB以上（如该分区有异频切换关系）。
室内覆盖各分区全部与室外宏基站同频
覆盖建筑物边缘区域内75％区域的信号电平Ec大于-80dBm；封闭区域和室内纵深区域信号电平Ec不低于-95dBm。
室内覆盖与室外宏基站异频
当建筑物全部采用异频覆盖时，覆盖信号强度Ec必须大于-90dBm；当建筑物部分采用异频覆盖时，同频覆盖分区边缘区域内75％区域的信号强度Ec大于-80dBm，异频覆盖分区信号强度Ec必须大于-90dBm。
●信号泄漏要求
在建筑物周围10米处，室内覆盖同频分区的泄漏信号应比室外信号低10dB以上，且最大不超过-85dBm；室内覆盖异频分区泄漏信号最大不超过-90dBm。
●切换区设置
同频软切换区
软切换区内信号电平Ec应不小于-100dBm且Ec/Io应不小于-12dB。
同频软切换过渡区满足0.5秒（区域内平均终端移动速度）。
异频硬切换区
异频切换区内2个小区信号电平Ec应不小于-100dBm且Ec/Io应不小于-12dB。
采用盲切方式的硬切换区满足1.5秒，采用压缩模式的硬切换区满足5秒。
室内覆盖各异频分区间及室内覆盖向宏基站可采用盲切换，宏基站向室内覆盖必须采用压缩模式切换。
当室外宏基站的信号电平从进出门口到底楼电梯厅衰减大于25dB，可在底层大厅设置宏基站到室内覆盖的异频切换区。
当不满足以上条件时，必须采用同频分区覆盖建筑物底层。
室内覆盖异频分区间的切换区应设置在人流较少的区域，硬切换区内2个室内覆盖小区的设计电平应满足最低电平要求，硬切换区大小满足硬切换时延要求。
软切换比例
在保证切换成功率的情况下，尽可能减少切换次数，软切换区域应尽量设置在人流量较少的区域。
软切换比例控制在30％以下。
1.3、WCDMA系统室内覆盖设计思路
1.3.1、解决方案
根据不同场合的特点，我们给出如下典型环境的解决方案
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