WCDMA室内覆盖工程方案设计流程及规范.docx

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WCDMA室内覆盖工程方案设计流程及规范

WCDMA室内覆盖分布系统建设

工程方案设计流程及规范

武汉邮电科学研究院

武汉虹信通信技术有限责任公司

一、方案设计流程图

二、方案设计

2.1建网思路

明确目标工程是改造工程还是新建工程，系统中同时存在几个网络。

2.2信源

2.2.1信源取得

如果局方有要求，则按照局方要求取得信源。

如果局方没有做要求，建议按照2G信源来选取3G信源类型。

2.2.2话务量预测

由于目前国内WCDMA室内覆盖系统没有适用的话务模型，我们可以根据相同地点已发生的2G话务量来推断3G话务容量。

主要是先基于一些假设及相关的工程项目的数据,对该热点的话务量进行推算。

根据以往GSM话务量统计资料，我们可以得知，目标工程忙时话务量约XERL（为了以后计算更直观，设X＝5.7），取每用户0.02ERL，可支持的用户数为：

5.7/0.02=285人。

1.话务特点分析

3G联通用户将使用多种类的语音和数据业务，如何计算容量取决于大量参数的调整，其中3G终端的渗透率初期难以估计，但它的取值对最终结果影响十分大，暂且认为3G终端的初始渗透率为15％（此数据相对较高，CDMA1X网络发展初期阶段，CDMA20001X终端渗透率稍高于10％，采用话费换手机方案，发展两年后超过20％），即285×0.15=42.75。

而根据MII测试结果，在无线环境良好的条件下（由于室内分布系统环境相对封闭，传播损耗很小，可近似认为符合，此时系统容量受限因素主要是OVSF码数目），单载频支持语音用户在122以上。

2.数据流量分析

本系统在设计时,首先按现有用户数据模型及数据传输时的可延时的特性，在现有QOS为2%的配置下可基本满足其需要，当：

用户渗透率

话音

视频电话

PS数据

100%

20%

100%

可以计算出不同业务支持的用户数：

话音42.75×100％＝43，视频电话42.75×20％＝8.55，PS数据42.75×100％＝42.75。

根据MII系统测试结果：

Service

SingleCell

MultiCell

CS12.2

122

118

CS64

PS64/64

PS144/64

PS384/64

MixedService

1PS384+2CS64+83CS12.2

我们可以看到，本系统的设计使用单载频的NodeB完全满足话务需求。

实际系统中，容量会减少一些，如果有进一步提高容量的要求，可以通过增加3G系统的载频数方便地进行扩容。

待以后进入业务增长期后再用分区或在本扇区增加载频的方式扩容。

2.2.3信源配置

局方没有给出信源配置时，就要通过对话务量的预测来推断微蜂窝所需的载频数或者小区数。

以CS12.2业务为例，由上表可知，单载频单扇区时容量为122人，单载频多扇区时容量118人。

通过4.2.2“话务量预测”可以知道预计忙时同时拨打的人数，对照可知所需的载频数。

2.3设备选型

根据目标工程情况，确定使用哪种类型的直放站。

直放站选取时，注意公司直放站功率均为总功率，但是我们方案设计和局方验收时使用的是导频功率。

也就是说，10W（40dBm）的干放，建议导频功率按1W（30dBm）计算，即回退10dB来进行功率预算，具体直放站导频功率的回退值按照运营商的要求来设置。

目前我公司3G直放站存在三种：

无线、光纤和干放，每种类型的设备分别存在以下三个功率等级：

2W、5W和10W。

注：

以上功率回退值的说明只是针对直放站而言，对于基站的功率，统一按照回退10dB来计算。

2.4器件、天馈

工程中所有使用到的器件、馈线、天线支持的频段要满足800M-2.4G，并且不要选用八木天线。

相应的各种器件及馈线3G信号损耗列表如下：

器件

损耗

双频合路器

1.0dB

二功分器

3.3dB

三功分器

5.3dB

四功分器

6.6dB

6dB耦合器

1.4dB

10dB耦合器

0.6dB

15dB耦合器

0.3dB

20dB耦合器

0.2dB

1/2硬馈线

1.1dB/10M

7/8硬馈线

0.7dB/10M

2.5天线、点位

2.5.1大厅覆盖

大厅高度较高，阻挡物很少，并且在进入大厅后的一定范围内可以接收到来自二楼走廊天线处的信号（同载频）。

为了防止泄漏，建议控制天线输出功率在2dBm内，将天线安装在二楼走廊或者使用定向天线覆盖。

2.5.2平层覆盖

大楼平层高度低，房间密度大，为了保证覆盖场强和防止泄漏，建议在走道（房间门口）安置全向吸顶天线（采取高密度、低功率的分布方式）进行覆盖，天线安装在平层的天花板上。

2.5.3电梯覆盖

1.兼项覆盖

在电梯厅放置全向吸顶天线（天线口输出功率3-5dBm），信号穿过轿厢门进入电梯内，在楼内每一层的候梯厅布放全向吸顶天线，可以同时覆盖电梯和候梯厅。

采用全向吸顶天线覆盖方式，候梯厅的信号强度优于电梯内的信号强度，更有利于电梯和候梯厅之间的信号切换。

覆盖示意图如下：

2.平板天线专项覆盖

●电梯覆盖采取专项覆盖方式

在电梯井道每隔4-5层放置一个定向平板天线（天线输出功率3-5dBm），信号有上向下辐射，信号穿过轿箱进入电梯。

信号进入电梯轿厢时，主要受到轿厢顶和底的阻挡衰耗。

●电梯覆盖采取兼顾覆盖方式

在电梯井道每隔3层放置一个定向平板天线（天线输出功率3-5dBm），信号由内向外辐射，信号穿过轿箱进入电梯。

信号进入电梯轿厢时，主要受到轿厢侧壁的阻挡衰耗。

3.泄漏电缆专项覆盖

电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式。

在电梯井道内敷设泄漏电缆（末端输出大于等于－2dBm），泄漏电缆的末端接负载或定向平板天线。

覆盖示意图如下：

泄漏电缆

泄漏电缆覆盖时，电梯内接收信号强度比较均匀，其覆盖方式是沿电梯井道垂直方向安装泄缆，为减小空间损耗，泄缆安装位置尽量靠近候梯区。

在一定输出功率的前提下，还可以保证每层候梯区的覆盖，使进出电梯能平滑切换。

非常适合于高层住宅楼的电梯覆盖。

三、方案分析

3.1电磁辐射防护分析

根据中华人民共和国国家标准《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702-88，电磁辐射的限值为：

Ø公众照射：

在一天24小时内，环境电磁辐射的场量参数在任意连续6分钟内的平均值应满足功率密度<0.4W/m2（频率为30～3000MHz）。

Ø职业照射：

在一天8小时工作时间内，电磁辐射功率密度的平均值（连续6分钟）应<2W/m2（频率为30～3000MHz）。

对电磁辐射源豁免的要求为：

Ø输出功率等于或小于15W的移动无线通信设备,频率为3-300000MHz时，电磁辐射体的等效辐射功率小于100W。

例：

一室内覆盖系统最强信号电平为15dBm（0.032W），载波配置为12个，天线的增益为2.1dBi，计算最强功率密度并判断是否符合国家环境电磁辐射标准：

1）天线口总输入电平为：

0.032×12＝0.38W（25.79dBm）

2）天线EIRP为：

25.79＋2.1＝27.89（0.615W）

3）设人员活动范围距天线一米以外，则最强功率密度为：

0.615/4π

（1）2＝0.049W/m2（4.9µW/cm2）<0.4W/m2

可证明电磁辐射满足公众照射防护要求。

3.2覆盖场强分析

室内覆盖系统覆盖范围主要由天线口功率\天线到手机的传播损耗和系统最大允许的损耗决定。

另外,话务负荷50％时对场强的影响、隔墙穿透损耗余量、衰落损耗余量等也要考虑进来。

首先计算传播损耗，对于WCDMA系统无线传播分析我们仍采用Okumura_Hata模型。

PL（dB）=69.55+26.16lg（F）-13.82lg（H）+（44.9-6.55lg（H））*lg（D）-C（F）

PL：

路径损耗，单位dB

F：

频率，单位MHz，计算取值为2000MHz

D：

距离，单位km

H：

天线有效高度，单位m，计算取值为2m

C（F）：

环境校正因子，计算取值为0

=0（城市）

C（F）=2（lgF/28）2+5.4=12.27（dB）（郊区）

=4.87（lgF）2-18.33lgF+40.49=32.52（dB）（乡村）

代入相关数值得：

PL（dB）=69.55+86.35-4.16+42.93*lg（D）

=151.74+42.93*log（D）

隔墙损耗:

水泥墙按10dB,钢精混凝土墙按20dB算；

多径衰落损耗余量:

室内按7dB预留；

系统负荷50％时覆盖场强下降:

约3dB；

为了方便分析,我们用Okumura_Hata模型分别计算了室内各种状况下的路径衰耗值,预测了在各种距离和阻挡情况下的覆盖强度,见下表:

2000MHz频段的室内衰耗及覆盖强度预测表

（天线安装高度:

2米；天线软天花明装；天线总发射功率:

5dBm）

距离

空间衰耗

多径衰落

负荷衰落（50％负荷）

隔墙损耗

总路径衰落量

覆盖强度

22.95dB

7dB

3dB

33dB

-28dBm

35.88dB

7dB

3dB

46dB

-41dBm

43.43dB

7dB

3dB

53dB

-48dBm

52.96dB

7dB

3dB

20dB

83dB

-78dBm

56.36dB

7dB

3dB

20dB

86dB

-81dBm

59.23dB

7dB

3dB

20dB

89dB

-84dBm

61.72dB

7dB

3dB

20dB

92dB

-87dBm

63.92dB

7dB

3dB

20dB

94dB

-89dBm

65.88dB

7dB

3dB

30dB

106dB

-101dBm

73.44dB

7dB

3dB

30dB

113dB

-108dBm

78.8dB

7dB

3dB

30dB

119dB

-114dBm

82.96dB

7dB

3dB

30dB

123dB

-118dBm

86.36dB

7dB

3dB

30dB

126dB

-121dBm

注:

1.室内环境下,1米之内不考虑隔墙；5-10米距离考虑1堵钢精混凝土墙；10米以上考虑水泥墙和钢精混凝土墙各一堵；总路径衰落量为分析方便进行了取整处理。

2.室内环境下计算的标准差10-12dB误差主要由多径衰落和隔墙损耗不同造成。

Okumura_Hata模型的计算结果表明：

室内30米处的衰耗即达到86.36dB，再综合考虑其他衰减因素,总路径衰落量达到了126dB，若要保证手机接收电平为-85dBm以上，天线发射功率将需要达到41dBm，这在室内环境下是不可能满足的。

按照常规的做法，天线口功率给定5dBm，天线增益2.2dBi,天线发射功率为7dBm左右，在室内只有1堵墙的情况下，覆盖半径为10米，覆盖距离每增减一倍，覆盖强度增减约13dB。

因此，若覆盖半径定为7米时，隔一堵墙后的边缘覆盖强度可以保证达到-79dBm。

因此从下行覆盖强度方面考虑天线在楼层（楼道）中的覆盖半径定为7米（面积约80m2）较合适，有钢精混凝土墙时定为4-5米（面积约40m2）比较合适。

在无墙的地下室\会展厅\酒店大堂等较空旷的场所，覆盖距离可以适当加大，如果不计算30dB的隔墙衰耗，根据上表可知，一只发射功率为5dBm的天线可以覆盖半径为10米的区域（面积约350m2）。

电梯覆盖策略：

电梯覆盖采取泄漏电缆专项覆盖方式。

3.3信号外泄分析

下面以1楼天线实际安装的位置以及覆盖的要求，来分析GSM和WCDMA系统的外泄信号的场强：

1.GSM系统

根据Okumura_Hata模型，计算离大楼10米远处信号的泄漏情况：

PL（dB）＝69.55+26.16log（F）-13.82log（H）+（44.9-6.55log（H））*log（D）-C（F）

其中：

PL：

路径损耗，单位dB

F：

频率，单位MHz，计算取值为900MHz

D：

距离，单位km，最远距离为0.04km

H：

天线有效高度，单位m，计算取值为3m

C（F）：

环境校正因子取0

有：

PL（dB）

＝69.55+26.16log（900）-13.82log（3）+（44.9-6.55log（3））*log（0.04）

＝69.55+78.48-6.59-（44.9-3.13）*1.4

＝82.93dB

大楼外墙损耗取15dB，从天线口至室外10米远处的综合传输损耗为97.93dB。

根据设计要求，欲使室外10米处电平强度小于-90dBm，天线口输出功率均需小于7.93dBm，本方案设计电平在此范围之内，因此可以较好地控制泄漏情况。

2.WCDMA系统

根据Okumura_Hata模型，计算离大楼10米远处信号的泄漏情况：

PL（dB）＝69.55+26.16log（F）-13.82log（H）+（44.9-6.55log（H））*log（D）-C（F）

其中：

PL：

路径损耗，单位dB

F：

频率，单位MHz，计算取值为2000MHz

D：

距离，单位km，最远距离为0.04km

H：

天线有效高度，单位m，计算取值为3m

C（F）：

环境校正因子取0

有：

PL（dB）

＝69.55+26.16log（2000）-13.82log（3）+（44.9-6.55log（3））*log（0.03）

＝69.55+86.35-6.59-（44.9-3.13）*1.4

＝90.8dB

大楼外墙损耗取15dB，从天线口至室外10米远处的综合传输损耗为105.8dB。

根据设计要求，欲使室外10米处电平强度小于-90dBm，天线口输出功率均需小于15.8dBm，本方案设计电平在此范围之内，可以较好地控制泄漏情况。

3.4上下行平衡分析

WCDMA系统中，上行链路和下行链路的平衡并非网络设计目标。

基站功率在下行由小区所有用户及信令共享，因而不会成为覆盖受限链路。

相反，手机发射功率是在规范中加以定义的。

由于手机发射功率有限，上行链路则成为WCDMA系统覆盖的受限链路。

也就是说，小区的最大半径取决于功率上限最小的一类手机。

所以WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算，即从最大允许的上行损耗中除掉路径损耗以外的其他损耗和增益，从而得到最大允许的路径损耗，再将最大允许的路径损耗值带入传播模型中，得到预期的小区覆盖半径和覆盖面积。

由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定，它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关。

加入负载和邻近小区干扰后，小区半径会作相应的收缩。

在WCDMA的链路预算中，要引入一个参数称之为负载因子，一般建议取50%来作为覆盖设计的负载余量。

在网络设计中给所有小区均匀加入负载余量，使得系统在实际上非均匀的负载运行状态下仍然能通过小区呼吸调整维持平衡。

而在WCDMA系统中，引入了多媒体业务和每种业务所具有的不同的QoS的概念。

多业务环境和WCDMA系统本身的特点使得在规划WCDMA系统时有许多不同于GSM系统规划的地方。

其中特别要注意的是在规划WCDMA系统时，小区的覆盖和负荷要相互结合起来考虑。

由于限制了移动台的最大发射功率，这样在上行链路限制了小区的覆盖范围；而在下行链路由于干扰而限制了小区的容量。

另外在WCDMA系统中，功率控制（TPC）、由于软切换和更软切换产生的增益、上下行链路的功率预算不同等因素在做规划时都要加以考虑。

一般负载因子取50%时上行链路噪声恶化量为3dB。

GSM系统的无线网络规划是在小区的容量和覆盖两者间求得最佳点，而WCDMA系统无线网络规划要在容量、覆盖、不同服务质量三者间寻求最佳点。

我们在进行网络规划时，对覆盖规划时集中于上行链路，采用成熟技术来提高上行链路的覆盖，如通过增加天线数量和增益，减小基站射频部分的基站噪声系数，减小天线和基站低噪声放大器间的电缆损耗等方式来实现。

而对容量规划，如果系统还远没有达到系统理论容量的极限值时，可以通过增加下行输出功率来扩大覆盖范围，以达到充分利用WCDMA系统大容量的特点。

由于基站在空载和满负荷时输出功率变化较大，所以在直放站调试时必须考虑基站下行输出功率和直放站下行输出功率匹配的问题。

当基站空载时导频功率为33dBm输出，加上其它控制信道的功率共36dBm，为其满载功率的20%。

这是直放站输出功率也应该为其最大输出能力的20%，才能与基站匹配，但是由于考虑WCDMA基站的一般高负荷为75%负载情况，高于这个负载，基站开始进行一些降载策略，平衡与其它基站之间的负载不平衡。

所以，可以将基站的75%负载输出功率作为干放的最大输出功率匹配点。

基站75%负荷输出功率为41dBm左右，所以采用5W干放设备可以将其空载输出功率开到28.5dBm。

3.5抑制外系统信号分析

1.对于下行信号：

干放设备受到的3G频带外的信号干扰由双工滤波器和选频的带外抑制来实现，现在GSM信号与3G信号合路，为最大可能的干扰，但是由于3G干放设备对于GSM信号的带外抑制大于150dB，可以不考虑。

对于3G频带内部不同系统信号的抑制主要考验设备的ACRR指标，我公司设备ACRR指标都超过了3GPP规范的要求。

详见下表：

邻道抑制比是指直放站工作频率范围内的载波信号信道增益与邻近信道增益的比值。

直放站邻道抑制比指标

直放站最大发射功率

距离信号带宽内第一个5MHz信道或最后一个5MHz信道的频偏

3GPP规范要求的ACRR值

我公司产品ACRR值

P31dBm

5MHz

33dB

35dB

10MHz

33dB

35dB

P<31dBm

5MHz

20dB

22dB

10MHz

20dB

22dB

2.对于上行信号：

我们很清楚,各种形式的干扰都要计算其落在受害系统工作频道内的值,实际上归结起来还是以同频干扰的形式来干扰受害系统的，我们通过精密的计算和有效的工程措施可以最终控制其影响。

但是,对于同样工作在WCDMA频带内的两个或两个以上运营商的同类系统,其相互间的影响就要难控制得多了。

对于我们来说,很难做到在每一时间每一地点我们的信号都比其他运营商的强,WCDMA干扰发射机发射的带内波可以直接进入受害系统,此时,强干扰信号通过改变接收机前端的工作状态,对弱的有用信号形成抑制作用,影响接收机对弱信号的接收灵敏度,甚至可使系统工作完全失败,这就形成了阻塞。

由于接收机前端的低噪声放大器的放大倍数是根据放大微弱信号所需要的整机增益来设定的，强干扰信号电平在超出放大器的输入动态范围后，直接将放大器推入到非线性工作状态，导致放大器对有用的弱信号的放大倍数大大降低，甚至弱信号被完全抑制掉。

为了保证系统的正常工作，前端的低噪声放大器的输入1dB压缩点应大大高于阻塞电平（Pb）。

根据3GPP中关于基站ACS的指标要求，普通覆盖范围基站临频干扰信号的干扰电平要求低于-42dBm。

即：

-52dBm=Pb≥接收的干扰电平=Po-MCL

Po：

干扰发射机的输出功率，MCL是系统间的隔离度。

设干扰手机在距天线处2米使用，空间衰耗约46dB，吸顶天线增益3.0dBi，天线口功率XdBm，基站功率导频输出功率33dBm，则隔离度为:

MCL=33-（3.0+X）+46

=（76-X）dB

WCDMA的手机上行最大发射功率为21dBm，手机天线增益为0dBi。

所以

-42dBm=Pb≥Po-MCL=21-（76-X）=X-55

所以天线反射功率必须不大于于13dBm.

增加干放设备后由于干放设备的上行ACRR指标，还可保证干放后接天线导频发射功率提高15dB以上也不会出现对基站的5MHz带外系统上行干扰，提高了系统抗干扰能力。

3.6隔离度分析

从已经完成的北京、深圳等地的实验工程结果看，WCDMA与GSM共用室内分布系统是可行的。

因此我们认为在需要建3G室内分布系统的场所，如果已有2G室内分布系统，则优先考虑共用2G室内分布系统。

下面针对目前联通的具体情况，具体分析CDMA800、GSM（DCS1800）、WCDMA以及WLAN共室内分布式系统所存在的干扰问题。

各系统工作信道带宽内总的热噪声功率按照下面的公式可以计算出来，具体计算如下：

Pn=10lg（KTB）

其中：

K为波尔兹曼常数，其值为K=1.38×10-23；T为绝对温度，常温下取值为T=290K；B为信号带宽，单位为Hz。

将常量带入公式可以简化为：

Pn=-174dBm+10lg（B）

1、GSM900、DCS1800系统工作信道带宽为200KHz，因此GSM、DCS1800系统工作信道带宽内总的热噪声功率：

Pn1=Pn2=-174dBm+10lg（200×103Hz）=-121dBm

2、CDMA系统工作信道带宽为1.23MHz，因此CDMA系统工作信道带宽内总的热噪声功率：

Pn3=-174dBm+10lg（1.23×106Hz）=-113dBm

3、WCDMA系统工作信道带宽为3.84MHz，因此WCDMA系统工作信道带宽内总的热噪声功率：

Pn4=-174dBm+10lg（3.84×106Hz）=-108dBm

4、WLAN系统工作信道带宽为22MHz，因此WLAN系统工作信道带宽内总的热噪声功率：

Pn5=-174dBm+10lg（22×106Hz）=-101dBm

●杂散干扰分析

杂散干扰，就是一个系统的发射频段外的杂散发射落入到了另一个系统的工作频段中而可能造成的干扰，杂散干扰对系统最直接的一个影响就是降低了系统的接收灵敏度。

各种基站的杂散指标

1、CDMA800蜂窝发信机杂散指标：

频率范围

最大值

测试带宽

30MHz～1GHz

-36dBm

100KHz

1GHz～12.75GHz

-36dBm

1MHz

806MHz～821MHz

-67dBm

100KHz

885MHz～915MHz

-67dBm

100KHz

930MHz～960MHz

-47dBm

100KHz

1.7GHz～1.92GHz

-47dBm

100KHz

3.4GHz～3.53GHz

-47dBm

100KHz

发射工作频带两边各加上1MHz过渡带内的噪声电平

-22dBm

100KHz

2、GSM/DCS蜂窝发信机杂散指标：

频率范围

最大值

测试带宽

9KHz~1GHz

-36dBm

200KHz

890~915MHz

-103dBm

10KHz

1GHz~12.75GHz

-30dBm

3MHz

3、WCDMA蜂窝发信机杂散指标：

频带

最大值

测量带宽

9kHz«150kHz

-36dBm

1KHz

150kHz«30MHz

-36dBm

10KHz

30MHz«1GHz

-36dBm

100KHz

1GHz«Fc1

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