室内覆盖系统的分析与设计Word格式文档下载.docx
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例如按距离的负指数变化的传播模型虽然适合于室外信道，但对室信道并不总成立。
由于室信道非常复杂，类型繁多，已经提出的一些报告的模型不具备普遍性，且性能指标不可能。
而使用一个简化的理论公式，往往过于简单化。
当然可以通过建立符合实际的仿真统计模型，仿真整个通信链路来分析性能。
但这个模型必须考虑所有的现实条件，例如建筑物的形状、大小、构造、材料，必须基于各种区域类型和射频的预测数据，并且需要在实测数据的基础上加以修正。
因此，和室外覆盖的设计相比，室覆盖系统有其自己的特殊性。
室覆盖的建设效果虽不如宏基站那么明显，但是却是整个网络质量的瓶颈，也是用户投诉最多的问题。
合理地利用有限的资金解决好室覆盖问题会使运营商得到更大的收益。
所以从战略眼光来看，室覆盖系统对于运营商提高服务水平、增强竞争实力、树立企业形象、为用户提供更好、更完美的随时随地的通信服务、增加市场占有率，具有不可低估的作用。
图1-1为室分布系统简图，室分布系统就是将基站信号引入建筑物部，并通过功率分配器件进行合理分配，然后通过室天线将信号传递到欲覆盖区域。
图1-1室分布系统结构简图
1.2室分布系统的应用环境
室分布系统本身的特点决定了其应用环境，主要可以应用在以下几种环境：
（1）室盲区：
对于比较大型的酒店、宾馆、商场、超市、写字楼和公寓等用户活动较多的区域，可能由于建筑物的穿透损耗较大或其他原因，存在某些室外宏蜂窝无法覆盖的位置，需要通过室分布系统解决。
（2）话务量高的大型室场所：
对于车站、机场等交通枢组，商场、购物中心等人流量非常大的区域，用户的话务需求非常大，室外宏蜂窝无法满要求，需要通过室分布系统进行话务分担。
（3）发生频繁切换的室场所：
对于高层建筑，用户往往可以接收到多个基站功率近似的信号，容易出现频繁的切换，甚至可能出现导频污染。
对于这些区域，可以通过增加室分布系统，加强室某个导频的覆盖，降低其他导频的覆盖水平，避免出现乒乓切换。
室分布系统利用分布在室不同位置的天线，将信号均匀分布在室区域，从而保证室拥有理想的覆盖，同时提供充足的话务，全面改善室通话质量，提高接通率，为用户提供优质的服务。
2什么地区需要室覆盖
（1）室盲区——盲弱区
新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。
（2）话务量高的大型室场所——干扰区
车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。
（3）发生频繁切换的室场所——高话务区
高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。
3室覆盖系统的组成
一个完备室分布系统应能够通过一个特定的接口，取得基站的下行信号，均匀地分布到指定场所的每一处。
同时，又将这场所的每一处的基站上行信号收集到后，均匀地送达特定的接口，因此，室分布系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成，如图3-1所示。
信号源信号分布系统
图3-1室分布系统结构图
3.1室覆盖系统的信源
直放站：
在地下室和电梯等封闭区域，话务量不高，主要为解决补盲，通过直放站将室外信号引入室的覆盖盲区。
RRU：
将公布式基站的射频单元模块用光纤引到室做信源，适用于覆盖围较大且话务量相对较高的建筑物，解决覆盖和容量问题。
BBU+RRU：
将分布式基站直接建设到室做信源，适用于覆盖围很大且话务量很高的建筑物，解决覆盖和容量问题。
3.1.1直放站做信号源
根据信号传输方式的不同可以分以下几种方式：
（1）通过无线同频直放站的施主天线从附近基站提取信号；
图3-2无线同频直放站提取信号图
（2）通过光纤直放站从附近基站提取信号；
图3-3光纤直放站提取信号图
（3）通过无线移频直放站从附近基站提取信号
图3-4无线移频直放站提取信号图
3.1.2BBU+RRU做信号源
改善高话务量地区的室信号覆盖，BBU和RRU是最佳解决方案，具有安装方式灵活简单，易于实施，BBU+RRU系统容量大、覆盖围广、信号质量好、容易做到无源分布、网络优化简单。
连接到BSC
图3-5BBU+RRU做信号源图
4实现室覆盖的信号引入方法
实现室覆盖的技术方案有两种：
（1）宏蜂窝直接覆盖方式，以室外基站作为室覆盖系统的信号源，这种室外基站发射的无线信号直接穿过墙壁来覆盖室，适用于低话务量和较小面积的室覆盖盲区。
在城市，尤其郊区、农村可采用这种覆盖方式。
室外宏蜂窝基站直接覆盖方式可以降低运营成本，提高网络资源利用率，因此得到了运营商一定程度上的重视。
这种室外直接覆盖方式最为简单。
它的主要优势在于成本低、工程施工方便，并且占地面积小；
其弱点在于所提供的容量有限，室覆盖不易控制，质量不高，出于中国的城市存在很多的高层建筑，由室外站提供室覆盖存在很大的局限性。
如果要保证室覆盖的质量，室外的干扰将变得难以控制、影响网络的整体规划与容量。
另外，对于纵深较大的商场与娱乐中心，靠室外站进行覆盖是不可能的。
（2）室分布系统方式，室分布系统可以使用微蜂窝、直放站或宏基站的某个小区市作为信号源，一般来说利用宏基站和微蜂窝作为信号源的效果相同，满足覆盖需求的同时都可以提供存量，而直放站只能改善覆盖。
下面主要介绍室分布的技术方案可分为三种：
4.1微蜂窝有线接入方式
是以室微蜂窝系统作为室覆盖系统的信号源，即有线接入方式。
适用于覆盖围较大且话务量相对较高的建筑物，在市区中心使用较多，解决覆盖和容量问题。
4.2宏蜂窝无线接入方式
是以室外宏蜂窝作为室覆盖系统的信号源，即无线接入方式。
适用于低话务量和较小面积的室覆盖盲区，在市郊等偏远地区使用较多。
4.3直放站（Repeater）
在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（Repeater）将室外信号引入室的覆盖盲区。
现将以上三种接入方式作一比较：
（1）微蜂窝有线接入方式
改善高话务量地区的室信号覆盖，微蜂窝是最佳解决方案。
与宏蜂窝方式相比，微蜂窝方式是更好的室系统解决方案。
微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。
但微蜂窝在室使用时，受建筑物结构的影响，使其覆盖受到很大限制。
对于大型写字楼等，如何将信号最大限度、最均匀地分布到室每一个地方，是网络优化所要考虑的关键。
且微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。
因此，对宏蜂窝方式亦或微蜂窝方式的选取，需要综合权衡移动网络和运营商的多方面因素才能定夺。
（2）宏蜂窝无线接入方式
宏蜂窝方式的主要优势在于成本低、工程施工方便，并且占地面积小;
其弱点在于对宏蜂窝无线指标尤其是掉话率的影响比较明显。
目前，采用选频直放站并增加宏蜂窝的小区切换功能可以缓解这一矛盾:
当对应的宏蜂窝频率发生变化时，直放站选频模块需要作相应调整。
随着运营商对成本和网络资源利用率的注重，宏蜂窝方式在最近一年出现升温的势头。
（3）直放站（Repeater）
利用微蜂窝解决室问题也存在很大的局限性。
建设微蜂窝的设备投入与工程周期都较大，只适合在话务量集中的高档会议厅或商场使用。
在这种情况下，直放站（Repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。
直放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动通信中正扮演越来越重要的角色。
直放站的应用场合主要有以下几种：
◆扩大服务围，消除覆盖盲区；
◆在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；
◆沿高速公路架设，增强覆盖效率；
◆解决室覆盖；
◆
BS
将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区，实现疏忙。
使用微蜂窝和直放站的比较：
性能
使用微蜂窝
使用直放站
是否增加容量
根据需要增加容量
不能增加容量
信号质量
好
一般
设置优先级
可以
不可以
对网络的影响
小
控制不好影响很大
是否需要传输设备
需要
不需要
是否需要重新频率规划
是否需要调整参数
支持
是否支持容量动态分配
不支持（容量预分配）
是否支持多运营商
不支持
是否支持多频、多系统环境
安装时间
较长
较短
投资
较多
较少
5信号分布的基本方式
5．1无源天馈分布方式
图５-1无源天馈分布方式示意图
在无源天馈分布系统中，信号源通过耦合器、功分器等无源器件进行分路，经由馈线将信号尽可能平均地分配到每一副分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上，从而实现室信号的均匀分布，解决室信号覆盖差的问题。
其特点是：
器件稳定性好，造价较低，成本主要体现在功分器，耦合器及馈线上，为克服馈线远距离传输的损耗，竖井馈线多采用低损耗的1/2“馈线，当覆盖围比较大，馈线传输距离比较远时，需增加干线放大器补偿信号的损耗，无源天馈分布系统能效地将无线射频信号引入室及其他宏蜂窝所不能覆盖的地方，提供无缝的射频覆盖，从而解决盲点，热点以及由于频繁切换引起的掉话等问题。
该方式用基站，微蜂窝或直放站作为室分布的信号源，使用耦合器和功分器等功率分配器件将信号功率进行合理分配，再通过馈线传输到室各个收发天线对室区域进行覆盖，其中可根据信号衰减的程度增加干线放大器，这种方式安装简单，投资较小，工程实施的关键是选择放置室覆盖天线的最佳位置和合理的功率分配。
由于使用了无源功率分配器件和馈线传输，对信号功率衰减较大，覆盖围不大。
若信号的功率太弱，一般可以通过干线放大器来补充，但是干线放大器的加入会引起噪声，多级干线放大会形成噪声的累积，故系统覆盖围受到一定的限制，这种方式适合安装在覆盖区域较集中，围较小的中小规模的情况，像公路隧道，地下商场，超市，购物中心，电影院，写字楼和车站等场所。
无源分布系统的主要优点有：
技术成熟，价格便宜，应用广泛；
使用无源器件，无需供电，故障率极低，而且，元器件使用比较普遍，无需指定配件i受光、热、尘埃和湿度等的影响；
无噪声积累；
交调和噪声性能良好；
由于无需供电，故方便安装，且有较好的可适应性；
每个天线的有效功率辐射比较大，覆盖围比较完；
系统动态围大，且不会产生上行噪声，缺点是系统设计较为复杂，需要合理分配每一条支路上的功率，灵活性差；
不能实现系统的实时监控；
信号损耗较大时需加干放；
由于路径损耗较大，所以，传输长度受限。
５．2有源分布方式
有源分布方式通过有源器件（有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等）和天馈线进行信号放大和分配，通过使用小直径同轴电缆作为信号传输介质，利用多个有源小功率放大器对线路损耗进行补偿，再经天线对室各区域进行覆盖，从而克服了无源天馈分布系统布线困难、覆盖围受馈线损耗限制的问题，同时该方式具备告警、远程监控等功能，是一种适合中高层楼层的室分布系统。
图５-2所示为有源分布方式的示意图。
５．3光纤分布方式
当需要覆盖的室区域地形比较复杂，由若干个分离较远的空间组成，如果采用用馈线传输的室覆盖方式对信号衰减太大，且工程难度大，这时可以考虑使用光纤分布传输方式对各个分离的室空间进行覆盖。
光纤分布方式主要利用光纤来进行信号分布。
适合于大型和分散型室环境的主路信号的传输。
该系统如图6-3所示。
图５-3光纤分布方式系统图
信号源与一个主光端机设备相连，通过光电转换，将射频信号转换为信号，通过光纤传送和分配到各个分离较远的光远端机设备，再转换回射频信号，进行射频信号分配和覆盖，采用这种方式可以将无线信号延伸到分离较远的多个室覆盖天线，对间隔的空间位置进行单独覆盖，适用于建筑物部结构复杂的情况。
例如高层写字楼这样的场所，可采用光纤分布式传输方式，将信号传送到不同的楼层区域。
光纤室分布系统的主要特点有：
信号传输距离远，可提供监测和告警，覆盖场强均匀，布线十分方便灵活，系统总体造价较高，适合于大型或分散型室环境。
５．4泄漏电缆分布方式
这种方式通过泄漏电缆传输信号，并通过泄漏电缆外导体的一系列开口在外导体上产生表面电流，在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线，起到发射、接收信号的作用。
泄漏电缆分布方式如图５-４所示。
微蜂窝基站
射频分合路器
信号源
直放站
图５-４泄漏电缆分布方式示意图
泄漏电缆分布方式适用于隧道、地铁、长廊等狭长的覆盖区域，也可用于对覆盖信号强度的均匀性和可控性要求较高的大楼。
其优点为场强分布均匀，没有驻波场，可控性高；
频段宽，多系统兼容性好，缺点是造价高，传输距离近，泄漏电缆价格昂贵，其应用围受到总功率及施工复杂程度的限制。
５．5几种信号分布方式的比较
信号分布方式
优点
缺点
无源天馈分布方式
成本低、无源器件、故障率低、无需供电、安装方便、无噪声累积、宽频带
系统设计较为复杂、信号损耗较大时需加干放
有源分布方式
设计简单，布线灵活，场强均匀
频段窄、多系统兼容困难；
需要供电、故障率高、有噪声积累、造价高
光纤分布方式
传输距离远，布线方便，性和传输质量好
造价高
泄漏电缆分布方式
场强分布均匀，可控性高；
频段宽，多系统兼容性好
造价高，传输距离近
总的来说，信号分布系统根据覆盖区域的具体情况，组合无源、有源、光纤、泄漏等方式，进行综合性的分析。
在实际使用中，室分布系统可使每个微蜂窝覆盖围增至几十层楼左右，如果加装干线放大器，覆盖围还可大幅度增加。
一个完备的室分布系统应能够通过一个特定的接口，取得基站的下行信号，均匀地分布到指定场所的每一处，同时，又将这场所的每一处的基站上行信号收集到后，均匀地送达特定的接口。
构成室分布系统的主要设备是：
馈线、天线、干线放大器、延长放大器以及耦合、功分等无源器件。
在系统设计上主要考虑的是能量分配的问题。
６室分布系统的设计
６.1设计考虑因素
６.１.１信号源
信号源的选择对整个室分布系统来说至关重要，它好比整个系统的心脏，根据工程站点具体情况而采用不同类型的信号源，可以较好地利用网络资源，达到较好的覆盖效果，同时还可以为移动通信运营商提供较高的投资回报比。
６.１.２场强分布
场强分布的一般设计标准
掉话率
<
1％
阻塞率
>
99%
接通率
95%（（95%以上的地方可接通）
边缘场强
-85dBm
C/I
12dB
上行噪声电平
-120dBm
天线口功率
5---15dBm
室外溢出信号
切换成功率
95%
场强分布（室空间传输损耗模型）
L=PL+10*N*Lgd（米）+FAF
PL为距天线1米处的路径衰减
典型值为30dB
N为同层衰减指数
办公楼
N＝3.25
一般建筑
N＝2.76
商场
N＝2.18
FAF路径损耗附加值
玻璃
8dB
隔墙
10---15dB
预制板
20---30dB
室分布系统的设计目的就是整个室环境形成一个强度充足而且稳定，并且分布均匀的电磁环境，使移动通信用户始终保持一个较好的通话质量，从而达到提高整个网络指标的作用。
因此，在设计过程中，要充分注意各天线的输出功率，通过功率分配器件对整个信号源的功率进行合理分配，使边缘场强与中心场强不至于形成过大差别。
６.１.３上行信噪比
上行信噪比是直放站作为信号源的室分布系统设计中必须着重考虑的一个方面。
由于直放站本身存在的热噪声，反向链路信号在放大过往被叠加了热噪声，从而会造成施主基站噪声电平的提高，降低施主基站接收机的灵敏度。
因此在设计中必须对此进行充分考虑。
基站的白噪声为-120dBm，为了保证接收机的灵敏度，需要设置上行增益，使上行链路的总输入噪声小于-120dBm。
如：
基站输出P＝43dBm，输入到直放站为-40dBm，即有效路径损耗为83dB，那么直放站的上行增益设置一定要小于：
83－后极总的噪声系数
如只有直放站是有源器件，噪声系数为5dB，增益应设为小于78dB;
如增益设为80dB，直放站总的噪声-115dBm（白噪声＋噪声系数），在输出口变为-35dBm，经过83dB的有效路径损耗输入到基站为-118dBm，大于源噪声-120dBm,使基站接收机灵敏度降低2dB。
６.１.４互调干扰
互调干扰是指几个不同频率的信号通过非线性电路时，会产生与有用信号频率帧或相近的频率组合，而对通信系统构成的一种干扰。
互调干扰可通过以下方法尝试解决：
（1）选择适当的频点组合。
拉开频距，选用无三阶互调频点组工作，使三阶互调不会落在所使用的频点；
（2）采用自动增益（功率）控制（APC）技术，实时减小发射功率以减低互调电平，使其不至于落入有源器件的非线性区。
（3）提高收信机前端的选择性，抑制干扰信号；
改善收信机输入级的线性度，提高互调抗拒比：
增强功率直放机的选择性。
６.１.５上下行平衡
在室分布系统的设计中要特别注意上下行链路平衡的问题，因为在工程设计中，设计人员往往对下行信号接收强度投入较大的注意力，而忽视了上行链路对整个通信质量的影响，因此产生了室分布系统完成后，手机信号充足却无法呼出的情况。
这主要就是由于整个分布系统的上下行链路不平衡所造成的，此时可对信号源的上下行增益进行适当调整，使其趋于平衡状态，以保证良好的通信质量。
６.１.６传输和分配损耗
室分布系统设计过程中要对整个系统传输线路和元器件损耗做也精确的计算，并保证具有一定的裕量。
对各不同厂商的元器件要区别对待，特别注意对其各项技术指标的研究，这样才能够具体问题具体分析，根据具体情况设计出一套合理的室分布系统。
常用的馈线百米损耗
馈线类型
800MHZ
900MHZ
1900MHZ
2100MHZ
2400MHZ
1/2‘馈线
6.5dB
7.0dB
10.7dB
11.0dB
12.1dB
7/8‘馈线
3.6dB
3.9dB
6.0dB
6.2dB
6.9dB
10D‘馈线
10.2dB
11.1dB
17.7dB
18.5dB
21.0dB
8D’馈线
13.1dB
14.0dB
22.2dB
23.8dB
26.0dB
６.１.７天线系统的设计
定向平板天线和全向吸顶天线通常用于办公室、宾馆、居住楼、展览馆、走廊、对于一般单根天线覆盖区域较小的场合，建议使用双频段全向天线，如果是覆盖比较空旷的狭长区域，则建议采用定向天线。
全向柱形天线主要用于部空间大的建筑，如体育馆，工业场馆、商场。
对于居民楼和宾馆设计天线的安装位置是有很大困难的，除了复杂的楼层布局，视觉效果也是很重要的。
室外飞线不宜过长，落差不能过大，原则上要求飞线长度不大于30m.
下面介绍一些典型区域的天线设计准则。
（1）单小区天线布线准则：
室覆盖由一个小区完成时，各天线的设置应尽量确保小区覆盖区域信号的均匀分布。
一般建议天线按“之”字形安装，如图６-1所示。
第（n+1）层
第n层
图６-1单小区天线布线准则
（2）多小区天线的布线准则，室覆盖由多个小区完成时，各天线的设置同样要尽量确保各小区覆盖区域信号的均匀分布，为避免不同层之间的同频干扰，确保良好的服
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