3D系统设计原则及成本分析v1.docx
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3D系统设计原则及成本分析v1
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3D系统设计原则及成本分析v.1
北京东方信联科技有限公司技术中心
2006年10月
一、成本最低的设计原则
为了充分利用3D设备的功能，减少成本支出，在满足无线网络要求的前提下，室内分布系统的设计应首先考虑成本最低的设计原则。
当系统设备采用非受限输出时，系统末端输出功率最高，系统使用的设备将最少，系统成本相对就最低，因此，我们应在系统性能能满足要求的情况下，尽可能采用最大输出功率进行系统设计。
同时，在信号源的选取、传输媒介的选取、系统设备的选择方面都遵循以下成本最优的选取原则；系统设备的配置尽可能采取满配方式的配置原则。
1、信源的选取原则
分布系统设计时信号源的选择主要取决与目标覆盖区域的容量需求，同时受到安装环境、功率需求，传输条件的影响。
在满足所有条件下，应选用成本低、安装简单的信号源作为系统信源，从而降低系统整体成本。
传统系统采用同轴电缆传输，为了弥补射频信号在电缆中的高损耗，要求信号源有较高的输出功率，特别是大型建筑往往采用高功率输出的宏基站作为信源。
3D系统的输入功率要求为0-10dBm，因此对信号源的输出功率要求很低，信源选取时只要满足容量需求选择成本低的信号源（如低功率的直放站、低功率输出的宏蜂窝）。
在基站的成本构成中，功放的成本约占到40%，大功率的功放成本极高，而且功耗很大，工作环境要求也很严格。
而3D系统要求的输入功率低至0dBm，基站只需要低功率输出，可以采用微微功率的功放，从而降低系统整体成本。
3D系统的主单元和扩展单元之间采用光纤传输，最远传输距离可达6Km，对于有光纤传输路由的覆盖区域，甚至可以省掉当做信号源的光纤直放站，主单元直接从远处的基站耦合信号覆盖目标覆盖区。
当多处覆盖区的总容量需求不很大时，还可以利用光纤的长距离传输能力使他们共用信号源，减小系统总投资。
1.1直放站
当室外基站的通信容量富余能够满足室内覆盖要求的情况下，如果利用室内分布区域与室外基站的距离相对较远，不易直接取得其信号时，可采用直放站做信源。
利用直放站作信源，一方面解决了信源的较远距离获取的问题，同时也减少了系统的成本，符合最低成本的设计原则。
1.2微蜂窝、微微蜂窝
当室内覆盖系统需要提供额外的通信容量时，微蜂窝、微微蜂窝是最好的选择。
采用微微蜂窝做信源，既解决了网络容量的问题、信号质量的问题，还做到了成本最低化的设计原则。
1.3宏基站
如果能用微蜂窝的地方，就尽量不用宏基站，以节约建设成本。
对于同轴系统，大面积群区域的室内覆盖，必须采用宏基站，以满足信号传输中的损耗需求。
对于3D系统，则不存在这样的问题；只有容量满足要求，3D的覆盖半径对于室内分布来讲，基本上不受距离的限制（最大达到6km），因此可以利用微蜂窝、微微蜂窝代替宏基站，获得成本的优势和工程实施上的优势。
如果已经有宏基站建设，而宏基站与室内覆盖区域的距离又比较近，且宏基站能够为室内覆盖提供通信容量。
这时可采用耦合的方式，从宏基站耦合出一个很小的信号（几个dBm），作为3D系统的信源，即可满足室内覆盖的要求。
由于原来的宏基站损失的功率很小，基本不改变宏基站原来的覆盖区域和信号强度。
这样的设计，符合成本最低的原则。
1.4RRU
如果信源与覆盖区域距离较远，而希望设备集中放置在机房，可采用射频拉远的方式进行信号的选取，为室内分布系统提供信源。
2、传输媒介的选取原则
就单位成本而言，五类线价格最低、光纤次之、同轴电缆最贵。
但要综合考虑施工难度、接头价格、两端设备的供电等因素，五类线施工简单、RJ-45接头便宜，接头施工简单，末端设备不需要供电；同轴电缆施工难度大、同轴电缆接头较贵，接头施工较复杂，两端设备都不需要供电；光纤施工难度居中、光纤接头用尾纤最贵，尾纤熔接施工复杂，两端设备都都需要供电。
光传输的最大优势在于长距离的高质量低损耗传输，因此主要在远距离传输时选用。
分布系统的传输介质设计中首要选用五类线，五类线线径较细，柔韧性好，成本也较低，施工过程中的工程量较小，还特别应用于象电梯覆盖等特殊的场合（具体情况见后面电梯的设计部分）。
RAU末端为射频功率输出，同轴电缆主要实现RAU到天线的连接和功率的传递，一般作为平层分布的传输介质。
在3D系统的设计中，不同种类媒介的选取，应同时满足实际工程需要和符合成本最小化的设计原则。
2.1光纤
3D室内分布系统中，光纤作为主要的传输媒介之一，是区别于同轴系统的一个显著标准。
利用光纤进行信号的传输，成本低，损耗小，可进行长距离的传输而不用中继设备（单模光纤最长6km，多模光纤最长1.5km）。
光纤分为单模光纤/多模光纤；室内光纤/室外光纤；4芯光纤/8芯光纤——。
设计中应根据光纤应用的环境选择合适的光纤类型。
建议光纤至少选择4芯以上型号的光纤，因为主单元与扩展单元间上下行分开光纤传输，即至少需要2芯光纤，安全起见需要有一定的应急备份，所以建议4芯以上型号的光纤。
尾纤的选择首先要求接头为SC/APC接头，其次尾纤的类型（单模/多模）要与选用的光纤匹配。
2.2五类线
要求选用质量较好的五类线及RJ-45接头，保证较好的工程质量。
2.3同轴电缆
同轴电缆在系统中起到RAU输出延长的作用，但射频信号在同轴电缆中的传输损耗较高，而且线型越细损耗越大。
线型较粗的同轴电缆传输损耗相对低一些，但电缆越粗施工难度越大。
因此应该综合考虑，一般选用1/2’馈线进行设计。
3、系统设备的选取原则
根据覆盖区域的大小，选择基本型或扩展型设备。
原则上，覆盖区域面积不足2万平米的，选取基本型主单元，采用单星网络结构进行设计。
对于覆盖区域2万平米以上的，如果传输距离较近，可选择两套基本型3D系统设备或多套基本型系统设备，选取的数量，以不多于4套为宜，否则应选用扩展型3D系统设备。
扩展型系统设备，使用于覆盖区域面积较大，传输距离相对较远的场合，采用多星网络结构进行设计。
3.1主单元的选取
根据选用的3D系统设备的类型确定使用扩展型主单元或基本型主单元。
主单元支持所有无线通信系统类型（包括CDMA、GSM、DCS、UMTS），系统类型（工作频段）可通过监控进行选择。
3.2扩展单元的选取
当采用扩展型3D系统设备进行覆盖时必须使用扩展单元，扩展单元的选取数量满配时（一个扩展型主单元最多配置4个扩展单元），性价比最高。
在设计系统时，在满足实际需要的情况下，应尽量满足这一要求，否则考虑用基本型的主单元单星网络结构，比较其之间的系统成本，选择较低的，以符合成本最低的设计原则。
扩展单元支持所有无线通信系统类型（包括CDMA、GSM、DCS、UMTS），系统类型（工作频段）可通过监控进行选择。
3.3RAU的选取
RAU的选取数量满配时（一个扩展单元最多配置8个扩展单元），性价比最高。
在设计系统时，应尽量满足这一要求，以符合成本最低的设计原则。
根据运营商对室内覆盖的信号要求，可灵活调整RAU的输出功率，以减小RAU使用的数量，从而减少扩展单元的数量，甚至主单元的数量，大量的节约成本。
如果用满了所有的端口，即RAU已经满配，但是还有小部分区域没有进行覆盖，这时只需要一两个或不多的RAU即可解决剩余区域的覆盖问题，那么可以在不添加RAU的情况下，添加若干RPU，扩大RAU的覆盖范围，来完成整个区域的覆盖。
这样可以节约大量的成本，达到成本最低化的设计原则。
4、设备配置原则
设备的配置尽量使系统按照扩展型1：
4：
32配置，基本型1：
8配置，在系统设备以满配情况进行设计时，分布系统的单位面积平均成本最低。
以下以GSM系统举例，分析最优配置情况下的覆盖情况。
•GSM系统RAU单载波最大输出26dBm、4载波20dBm或6载波18dBm，系统按照4载波举例设计。
•遵循室内分布天线入口功率要求规范及覆盖边缘场强
估计RF覆盖距离
单位载波最大功率（根据发射的RF载波数目和类型）和无线设备最小可接收功率（比如,设计目标）构成RF链路预算,因此也决定了天线和无线设备间最大可接受路径损耗。
（1）
路径损耗（PL）是天线和无线设备之间以dB为单位的损耗。
从天线对应此路径的距离d可以用路径损耗方程计算。
室内路径损耗服从公式的距离功率定理:
（2）
其中:
•PL是天线与无线设备相距d的路径损耗（连接在RAU上的天线与RF信号降低到无线设备最
小可接受程度地点之间的距离）。
•d是以米为单位的距离
•通常指1米的自由空间
•f是以hertz为单位的工作频率
•c是光在真空的传播速度（m/s）
•n是路径衰减因子，取决于建筑拥挤程度。
•是归一化的随机变量，由建筑内分隔损耗决定，因此随工作频率而变化。
方程式
（1）和
（2）分别可以用于估计天线到RF信号降至无线设备最小可接受信号地点的距离。
方程
（2）可简化为:
（3）
其中PLS（路径损耗斜率）根据建筑物的环境而选择。
因为不同频率以不同损耗穿透分隔，PLS值将随频率而变。
下表列出不同拥挤环境下PLS的估计值（例如，衰减RF信号的物体，如墙，隔间，楼梯，设备架等）。
简言之，方程（3）可以用于估计在一定路径损耗，频率，室内建筑环境下连接RAU的天线的覆盖距离。
不同室内环境的路径损耗斜率（PLS）估计
环境类型
举例
800/900MHz的PLS
1800/1900MHz的PLS
2100MHz的PLS
很少有RF阻碍物的开放环境
停车，车库，会议中心
33.7
30.1
31
具有中低程度RF阻碍的中度开放环境
仓库，机场，工厂
35
33.5
32.5
具有中高程度RF阻碍物的轻度拥挤环境
购物场所，隔间约占80%、硬墙办公室占20%的办公空间
36.1
34.5
33.9
具有中高程度RF阻碍物的中度拥挤环境
购物场所，隔间约占50%、硬墙办公室占50%的办公空间
37.6
37.5
37.2
具有大量RF阻碍物的高度拥挤环境
医院，购物场所，隔间约占20%、硬墙办公室占80%的办公空间
39.4
39.5
39.1
根据RF覆盖距离的计算，天线发射功率为8dBm，边缘场强要求为-85dBm时,天线的覆盖半径为36米。
考虑2面墙壁的阻挡（墙壁损耗13dB），天线覆盖半径为11米。
如果四面天线呈正方形分布，可以覆盖平面为40m×40m的一层楼。
假设标准楼层为40m×40m，平面积为1600平方米的楼宇，按最优配置设计则：
每层使用：
1个4功分、80米馈线、4面天线。
每2层使用：
1个RAU、1个2功分
1套1:
4:
32扩展型3D系统可以覆盖该标准层64层（无电梯时）。
或1套1:
4:
32扩展型3D系统可以覆盖该标准层56层和4部电梯电梯（4部电梯电梯时）。
或1套1:
4:
32扩展型3D系统可以覆盖该标准层56层和4部电梯电梯（4部电梯电梯时）。
5、成本分析
在满配置的情况下，扩展型设备按照每套大致30万（估算，待确定）的成本计算，基本型设备按照每套大致7.5万（估算、待确定）成本计算。
扩展型系统1：
4：
32满配价格约为RMB300，000元（估算、待确定）
基本型系统1：
8满配价格约为RMB75，000元（估算、待确定）
序号
产品名称
产品型号
估价RMB
（待确定）
1
扩展型主单元
TS-UNS-1-MH-2
30000
2
扩展单元
TS-UNS-EH-2
25000
3
基本型主单元
TS-UNS-ACCEL-1
32500
4
RAU
5300
对于标准楼层为40m×40m，平面积为1600平方米的楼宇，用1-4-32扩展型设备进行覆盖（不要求覆盖电梯），可覆盖64层标准层，其成本分析如下：
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
估总价（元）
1
主单元
MH-2
台
1
30000
30000
2
扩展单元
EH-1
台
4
25000
100000
3
远端天线单元
GSM-1
个
32
5300
169600
4
二功分器
个
32
100
3200
5
四功分器
个
64
100
6400
6
1/2馈线
TS-RFNB-1/2
米
5120
16.6
84992
7
全向吸顶天线
TS-IAOMT-800/2500Ⅰ
面
256
130.5
33408
8
其他辅料费（光纤、网线等）
20000
3D设备总价
299600
3D设备每平米造价（102400平米）
2．925781
其它设备总价
148000
其它设备每平米造价（102400平米）
1．445413
总计
447600
每平米造价（102400）
4．371094
3D设备占总价比例
67%
其他设备价格占总价比例
33%
从上面的表格可以看出3D每平米造价4-5元左右。
并且包含本地网管。
采用同轴系统进行同楼的覆盖时，天线以相同输出功率设计：
信号源采用2W微蜂窝，覆盖4——5层；
每个干放覆盖7——8层楼，每7——8层增加耦合器3个；
增加主路由馈线400米，耦合器8个；
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
估价（元）
1
2W干放
台
8
24800
198400
2
二功分器
个
32
100
3200
3
四功分器
个
64
100
6400
4
耦合器
个
32
150
4800
5
1/2馈线
TS-RFNB-1/2
米
5520
16.6
91632
6
全向吸顶天线
TS-IAOMT-800/2500Ⅰ
面
256
130.5
33408
7
其他辅料费
10000
2D设备总价
198400
2D设备每平米造价（102400平米）
1.9375
其它设备总价
149440
其它设备每平米造价（102400平米）
1.459375
总计
347840
每平米造价（102400）
3.396875
2D设备占总价比例
57%
其他设备价格占总价比例
43%
从上面的表格可以看出2D每平米造价3-4元左右。
对于标准楼层为40m×40m，平面积为1600平方米的楼宇，用1-4-32扩展型设备进行覆盖（对电梯进行覆盖），可覆盖标准层56层，电梯4部。
其成本分析如下：
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
估价（元）
1
主单元
MH-2
台
1
30000
30000
2
扩展单元
EH-1
台
4
25000
100000
3
远端天线单元
GSM-1
个
32
5300
169600
4
二功分器
个
28
100
2800
5
四功分器
个
56
100
5600
6
1/2馈线
TS-RFNB-1/2
米
4480
16.6
74368
7
全向吸顶天线
TS-IAOMT-800/2500Ⅰ
面
224
130.5
29232
8
室内定向天线
TS-CUDMT-800/2500Ⅰ
面
4
207
828
9
其他辅料费（光纤、网线等）
20000
3D设备总价
299600
3D设备每平米造价（89600平米）
3．34375
其它设备总价
132828
其它设备每平米造价（89600平米）
总计
432428
每平米造价（89600平米）
3D设备占总价比例
69%
其他设备价格占总价比例
31%
从上面的表格可以看出出每平米造价4-5元左右。
包含本地网管。
采用同轴系统进行同楼的覆盖时，天线以相同输出功率设计：
信号源采用2W微蜂窝，覆盖4-5层；
每个干放覆盖7-8层楼，每7-8层增加耦合器3个；
增加主路由馈线400米，耦合器8个；
电梯采用1台干放覆盖；每部电梯井道内放置8面八木天线，使用7个耦合器、使用馈线320米
序号
名称
规格型号
单位
数量
单价（元）
估价（元）
1
2W干放
台
8
24800
198400
2
二功分器
个
28
100
2800
3
四功分器
个
57
100
5700
4
耦合器
个
57
150
8550
5
1/2馈线
TS-RFNB-1/2
米
5760
16.6
95616
6
全向吸顶天线
TS-IAOMT-800/2500Ⅰ
面
224
130.5
29232
7
八木天线
面
32
252
8064
8
其他辅料费（光纤、网线等）
10000
2D设备总价
198400
2D设备每平米造价（89600平米）
其它设备总价
159962
其它设备每平米造价（89600平米）
总计
358362
每平米造价（89600平米）
2D设备占总价比例
55%
其他设备价格占总价比例
45%
从上面的表格可以看出2D每平米造价为4元左右。
相比3D与同轴系统的覆盖成本，3D分布系统略高（约高20%~25%）。
但相比之下，3D系统包含本地网管，而且如第一章节所述3D系统具备多方面性能优势。
综合考虑，3D系统具备更高的性价比。
二、特色场合的典型设计分析
1、对电梯覆盖的设计
1.1电梯覆盖的设计原则
Ø对电梯进行单独覆盖
在对电梯进行单独覆盖的情况下，选用基本型（单星）网络结构进行设计，一个RAU带一面定向板状天线，覆盖一个电梯。
RAU输出功率设置最大为15dBm。
RAU和天线固定于电梯轿箱的顶部，五类线固定于电梯随行电缆上。
Ø对楼宇、电梯进行混合覆盖
根据楼宇的大小选择合适的网络结构，同时留出与电梯数量相等的RAU，以利于电梯的覆盖。
关于楼宇的设计，可参考前面的设备配置原则；关于电梯的设计，可参阅上面“对电梯进行单独覆盖”部分。
1.2设备配置原则
Ø电梯不超过8部（含8部）
对于不超过8部电梯的情况，可以选用一个基本型主单元，采用单星网络结构进行信号覆盖。
根据电梯随行电缆的入口位置，选择合适的主单元放置位置，以节约五类线；特别是在电梯运行距离大于100m的情况下，更具有实际的意义。
Ø电梯超过8部
对于超过8部电梯的情况，可以选用两个或多个基本型主单元，采用单星网络结构进行信号覆盖。
如果电梯相对距离较远，也可考虑利用扩展型主单元的多星网络形式，具体情况具体分析。
Ø区域和电梯混合覆盖
对于混合覆盖的情况下，在设计时首先留出与电梯数量相等的RAU端口，至于采用何种网络结构形式，由具体楼宇的结构、面积而定。
1.3成本分析
每部电梯采用1个RAU覆盖；
覆盖电梯的RAU的输出功率调节为15dBm，即覆盖电梯天线的输出功率为15dBm。
则电梯覆盖成本计算方式如下：
32500＋（5300＋300＋207＋35）×n
其中：
32500基本型主单元的价格
5300一个RAU的价格
300覆盖一部电梯所需网线的价格
207一个定向不板状天线的价格
35一根SMA公－N公跳线的价格
n为电梯数目（n<=8）
对8部电梯进行覆盖的情况：
3D室内分布系统材料清单
设备名称
型号
数量
估单价（元）
合计
备注
基本型主单元
Accel-1
1
32500
75000
远端接入单元
RAU-GSM
8
5300
定向板状天线
TS-IADLP-800/2500-8
8
200
1600
网线
五类线
800米
3
2400
双工器
1
600
600
跳线
30CMN公－N公
8
100
800
总价（人民币：
元）
80400
对4部电梯进行覆盖的情况：
3D室内分布系统材料清单
设备名称
型号
数量
估单价（元）
合计
备注
基本型主单元
Accel-1
1
32500
32500
远端接入单元
RAU-GSM
4
5300
21200
定向板状天线
TS-IADLP-800/2500-8
4
200
800
网线
五类线
400米
3
1200
双工器
1
600
600
跳线
30CMN公－N公
4
100
400
总价（人民币：
元）
56700
免费赠送本地网管。
1.4性价比分析
在进行相同数量电梯覆盖的情况下，我们用3D系统与同轴系统进行成本比较，从而分析其性价比。
下面是用传统的同轴系统进行电梯覆盖的成本分析：
覆盖8部电梯的情况：
同轴分布系统材料清单
设备名称
型号
用量
单价（元）
合计（元）
备注
5W干放
1
40000
40000
对数周期天线
48
200
9600
馈线接头
TS-TI-1/2
102
30
3060
耦合器
40
200
8000
二功分器
TS-PSTrM-02（800/2500）
1
200
200
四功分器
TS-PSTrM-04（800/2500）
2
200
400
馈线
TS-RFNB-1/2
900米
25
22500
跳线
30CMN公－N公
48
100
4800
总价（人民币：
元）
88560
覆盖4部电梯的情况：
同轴分布系统材料清单
设备名称
型号
用量
单价（元）
合计
备注
5W干放
1
40000
40000
对数周期天线
24
200
4800
馈线接头
TS-TI-1/2
50
30
1500
耦合器
20
200
4000
馈线
TS-RFNB-1/2
500米
25
12500
跳线
30CMN公－N公
24
100
2400
总价（人民币：
元）
65200
从上面的分析可以看出，3D系统具有比同轴系统高的多的性价比。
Ø价格上的优势
在覆盖8个电梯的情况下，利用3D系统，可以节约成本88560－80400＝8160元。
再加上工程上的优势，施工费用的减少等因素，3D可节约更多的成本。
Ø技术上的优势
同轴分布系统由于同轴电缆损耗大、天线布放等原因电梯轿箱内信号随轿箱升降变化幅度很大。
而3D分布系统覆盖电梯，天线随电梯移动，轿箱内信号均匀，信号强度不随电梯轿箱的升降而变化，并且3D系统可通过调节RAU的输出功率来改变信号覆盖的强度，以严格控制信号强度和满足电磁环境的需求。
Ø工程优势
3D分布系统设备小而轻巧、线缆细而柔软，容易安装与布放，同轴分布系统设备多而难固定。
如覆盖一部20层的电梯，3D分布系统只需在轿箱顶安装一个远端接入单元和一面定向板状天线，布放约50米的网线
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