移动通信室内信号覆盖分析Word格式文档下载.docx
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2.移动通信室覆盖现状分析3
2.1移动通信室覆盖分布环境及特点3
2.2移动通信室覆盖概述4
3.移动通信室分布系统5
3.1室分布信号系统组成5
3.1.1信号源5
3.1.2室布线和分布系统7
3.1.3元器件和天线7
3.2室分布信号系统的分类与选择8
3.2.1室分布信号系统的分类8
3.2.2室信号分布系统的选择9
3.3室分布系统的规划10
3.4移动通信终端10
4.移动通信无线网络设计方法和优化流程12
4.1室覆盖设计方案的原则12
4.2室无线信号系统设计应该达到的要求12
4.3不同区域室无线网络覆盖的要点13
4.4无线网络设计方法13
4.5室无线网络的传播模型14
4.6无线网络信号分布设计方案的分析：
15
4.6.1无线信号外泄分析15
4.6.2信号切换分析15
4.6.3话务量预测分析16
4.7无线网络质量的优化设计16
4.8无线网络优化的方式17
5室信号覆盖案例分析19
5.1地下停车场案例19
5.1.1设计思路19
5.1.2问题分析20
5.1.3地下停车场覆盖效果测试21
5.2某医院的某一层的案例22
5.2.1该层楼的结构特点22
5.2.2设计思路23
5.2.3测试结果23
6.总结25
参考文献26
致27
1.前言
1.1研究背景
近年来，随着移动通信的快速发展，移动已逐渐成为人民群众日常生活中广泛使用的一种现代化通信工具，同时广大移动用户对移动通信服务质量的要求也越来越高，他们已不再单单满足于良好的室外移动通信服务，而且也要求在室（特别是星级酒店、大型商场、高级写字楼等）能享受优质的移动通信服务；
另据工信部最新发布的统计数据显示，2011年底，我国手机的使用情况是：
73.6部/百人，其中3G移动通信用户可能达到2亿[2]，目前在中国的2G网络中，中国移动，中国联通和中国电信已经建立了良好的服务，根据对移动通信网络的数据统计分析，70%的用户通话大部分集中在室，欧美和中国的数据统计显示，室的话务量占到总话务量的1/3[3]。
如图1-1、图1-2所示。
图1-1室和室外通信比例图1-2各类场合室通信比例
但现代建筑由于多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对于无线电信号的屏蔽衰减特别厉害，使得通话质量严重下降。
具体影响如下，在大型建筑的低层、地下商场、地下停车场等环境下，基站接收信号十分微弱，导致手机无常使用，形成了信号覆盖的盲区；
在大型建筑的中间楼层，由于手机可以接收到周围多个不同基站的信号，使基站信号发生重叠，产生乒乓效应，严重影响了移动客户端的正常使用；
在大型建筑的高层部分，进入室的无线信号非常杂乱，既有附近几个基站的信号，也有不远处基站的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室，导致室接收信号忽强忽弱极为不稳定，同频、邻频干扰十分严重。
手机在这种环境下使用，在空闲状态时小区重选频繁，在通话过程中频繁进行切换，话音质量受到极大影响，容易产生掉话现象。
1.2国外研究的动态
对于新建室分布系统，从投资成本、维护成本以及物业负责人要求等角度出发，在工程中尽量共用室分布系统实现不同系统的接入要求。
为了到达共建的目标，需要解决以下几个方面的问题：
（1）系统设计应综合考虑各种通信技术体制的技术特点，合理选择技术方案及设备，避免各系统间的干扰；
（2）系统设计应考虑由于频段和技术体制等方面的不同引起信号损耗的不同导致的覆盖的差异等；
（3）综合分析各种类型场景的应用，制定不同的技术方案；
（4）综合室分布系统拓扑结构应易于迭加与组合，便于维护及扩容；
（5）WLAN系统需要根据覆盖区域进行合理的频率规划。
目前最有效的解决方法是在建筑物室安装室覆盖分布系统，就是将基站的信号通过有线方式直接引入到室的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室覆盖盲区、抑制干扰的目的，为室的移动通信用户提供稳定、可靠的室信号，使用户在室也能享受高质量的移动通信服务。
1.3本研究的主要容
无线网络越来越重要，室信号覆盖的分布存在很多的问题，本文通过阐述了室信号覆盖现状，概述了移动室覆盖系统，总结移动室覆盖系统的需求，通过对移动室信号的组成，介绍移动室信号系统相关部件的选择和适用围，分析移动通信无线网络信号系统设计以及其优化的方法，最后以地下停车场和某医院的某一层楼为例，详细地分析移动通信室信号覆盖在实际场景中的应用。
2.移动通信室覆盖现状分析
2.1移动通信室覆盖分布环境及特点
随着移动通信的普及，建筑物的话务密度不断上升，室的话务占总话务的比例越来越高。
根据国外运营商的统计，70%以上的话务量来自室，且数据业务绝大多数发生在室，而室恰恰是网络覆盖的薄弱环节，仅仅依靠室外宏蜂窝基站的覆盖已无法满足容量及通信质量的要求。
室覆盖的建设可以有效解决室的覆盖、容量和质量问题，同时也是运营商提升品牌，争夺用户的主要手段。
室分布系统的设计原则是满足市区大型建筑物及重要地域话务分布的要求。
室分布系统一般设在用户集中、人口密集的大型建筑或重要地域。
根据建筑物不同的话务和覆盖特点，需要制定相应的设计方法，见表2-1。
表2-1室覆盖环境特点及设计方法
应用环境
结构和话务特点
设计方法
商务写字楼、酒店
建筑结构多为全钢骨架、加强的钢筋混凝土骨架，楼层间穿透损耗较大。
采用多天线进行覆盖，根据高地层话务特点区分。
民航机场
房间举架高，基本无围挡，传播环境比较简单。
主要考虑视距传输，信号能量以直径为主。
会展中心、会议中心、室体育馆
室无线传播条件比较理想，与室外隔离度比较高，话务主要以突发为主。
主要考虑视距传输，容量估算考虑数据业务需求和话务突发，要留有足够的余量。
大型购物商场
建筑结构多为加强钢筋混凝土骨架和玻璃墙，层间穿透损耗较大。
主要考虑视距传输，容量主要考虑语音业务。
地下停车场、铁路隧道
建筑结构多为全钢骨架、加强的钢筋混凝土骨架。
主要考虑语音业务的覆盖。
2.2移动通信室覆盖概述
现代化的各种办公场所以及各类建筑多为钢筋混凝土为骨架，室建设的空间变得狭小，再加上原来的有线网络的布线困难和考虑不周全，如何在现有的条件下把室的信号覆盖的更好，成为各个运营商争先考虑的目标。
室覆盖是针对室而言，解决室移动用户的通信质量而出现的问题，主要的原理是，利用室的天线将信号分布到室的各个角落，尽可能减少室存在信号盲区，保证室具有跟室外一样理想的信号覆盖围，为室移动用户提供可靠并且稳定的语音和数据信息。
室覆盖系统的发展，可很大程度的提高室的通话质量，改善室通信区域的信号。
社会在进步，经济在发展，室通信环境出现了以下的缺陷。
（1）在信号的覆盖程度上，由于建筑物屏蔽和吸收作用，无线电波在传输的过程中出现了衰减，出现了盲区，其中自由空间传播电磁波损耗的计算公式为；
（式2-1）
其中式中：
d传输距离m；
f电波频率Hz;
c光速
（2）在用户的容量方面，由于室移动设备使用客户的密集，会出现无线通道的堵塞；
最后，在通信的质量方面，由于空间狭窄的限制，信号会出现干涉，设备的通信质量有所下降。
（3）在信号覆盖质量方面，由于频率干扰、导频污染和乒乓效应等导致室的信号不稳定，话音质量难以保证，甚至发生掉话。
为解决室信号这种缺陷，就需要根据这种缺陷，设计出能够避免出这种缺陷的室分布系统。
对于一个运营商室外信号的差距已经不是竞争的关键，保证竞争的优势侧重在了室信号的覆盖，大量使用室覆盖系统，可以争夺室的话务量，开拓新的话务量。
据DoCoMo的统计，实施室覆盖的建筑物话务量增大了1.43倍。
同时室覆盖还可以用于分散过密地区的网络压力，解决高端用户密集城区覆盖问题，减少室外基站的数量和配置，降低室外网络的整体干扰水平，从而提高整个系统的容量，更好地满足用户对质量的要求。
3.移动通信室分布系统
室分布系统即针对建筑物室的移动用户，解决室通信信号覆盖的一种方案。
利用室分布系统将基站信号均匀地覆盖到室盲区，以保证室区域都拥有理想的信号覆盖。
3.1室分布信号系统组成
一套完整的室分布系统主要需要一个特定的接口，取得基站的下行信号，然后将其分配到指定的某一个处，克服室存在的缺陷，将信号分配到室的各个角落，确保信号跟室外一样的理想程度。
室分布系统主要由信号引入源（微蜂窝、宏蜂窝基站或室直放站等）、信号传输信号和室布线相关设备（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、电端机、光端机等）以及放大器、耦合器、室天线等部分组成。
信号引入源，是引入信号的设备，根据信号发射源的不同，可以分为宏蜂窝、微蜂窝和数字引入等，根据建筑物的构造的简易程度以及周围信号的分布情况，采用不同的信号引入源；
传输介质有光纤、同轴电缆和漏电电缆；
室分布系统是室信号分布的主要部件，设计中，应根据覆盖的情况和工程的成本等方面综合的考虑，选取适当的信号发射源，相关的元器件和传输介质等组成部分。
3.1.1信号源
通常可以选作为室覆盖的信号源有宏蜂窝基站，微蜂窝基站和直放站等。
（1）宏蜂窝作为信号源，主要是把室外宏蜂窝作为室信号分布系统的信号源，即采用无线接入方式，采用就进周围基站的信号源作为室信号分布系统的信号源，采用无线天线直接覆盖室，这种信号源要考虑当地的无线情况和天线的正确使用，否则会造成信号的泄露和信号的重叠干扰，该种信号源容量大，信号好，但是成本比较的昂贵。
（2）微蜂窝作为信号源：
微蜂窝信号源的特点是功率小，对于信号能覆盖的围较小，想要增加覆盖的面积，只能增加微蜂窝的功率，覆盖面积装比较麻烦，但是与宏蜂窝相比，成本比较低，施工方便，因此特点，微蜂窝信号源在日常中也受到推广。
（3）直放站作为信号源：
利用无线直放站或是耦合器件耦合周围有多余容量的基站信号，再把接收到得信号放大作为系统的信号源，这种信号源由于体积小，因此安装比较的灵活，另外价格便宜，设备的型号比较多，是目前室信号分布系统信号源使用最普遍的方式，在移动通信中越来越重要。
分为无线直放站和光线直放站两种。
其中，无线直放站由于移动方便，在日常中常作为覆盖盲区和扩大覆盖面积首选的方法，光线直放站信号源，使用光纤将基站信号连入直放站的系统，信号源于其他的信号源相比，信号干涉比较小，是一种相对稳定的直放站信号源。
（4）射频远端模块作为信号源：
通过光纤将基站的射频部分拉远，实现基站射频部分与基带部分的分离，使得大容量基站可以集中放置在可获取的中心机房，基带部分进行集中处理，射频部分光纤拉远放置在规划确定的站点上，这种技术也称为射频拉远。
采用这种技术，可以节省常规建网方式中需要的大量机房，节约基带单元的投资，减小馈线损耗。
室覆盖系统在选择信号源时，主要应根据无线环境情况、要服务的区域的话务情况和所选室覆盖系统类型确定。
选取信号源时，需要综合考虑目标话务量、覆盖要求、电源要求、机房要求、具体场景特点要求等因素，最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统。
其中最重要的考虑因素为容量和覆盖:
从容量角度考虑信号源的选取，主要是根据信号源可以支持的话务量和总的等效语音话务量需求来决定。
一般对较小的室覆盖系统，在话务量较低时可选用直放站从周边小区耦合信号；
对较大的室覆盖系统，根据其可能达到的话务情况及安装条件选用微基站或宏蜂窝基站作为信源。
从覆盖角度考虑信号源的选取时，对于低话务密度、小规模覆盖且较为封闭的场景，优先选用直放站作为信号源；
对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景，快可以选用微基站作为信号源；
对于高话务密度和大覆盖规模的场景，建议采用选用站和远端射频模块（RRU）作为信号源。
除了容量和覆盖，还要考虑机房和电源等配套设施，综合这些因素最终决定采用那种方式进行室覆盖。
3.1.2室布线和分布系统
传输介质和分布系统作为室覆盖系统的重要组成部分，主要有同轴电缆、光纤和泄漏电缆三种。
（1）同轴电缆
同轴电缆是最为常用的材料，其优点是性能稳定、造价便宜、设计方案灵活、易于维护和进行线路调整、工作频段适合、可以兼容多种制式的系统，但覆盖围受同轴电缆的传输损耗的限制，传输性差。
（2）光纤
光纤的路损较小，不加干线放大器也可以将信号送到多个区域，保证足够信号强度，性能稳定可靠，传输容量较大，易于设计和安装，可兼容多种移动通信系统。
但是在建设的过程中需要增加专门的电转光、光转电设备，且依赖远端供电。
（3）泄漏电缆
由导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体组成。
电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；
外界的电磁场也可以通过槽孔感应到泄漏电缆部并送到接收端。
泄漏电缆提供的是功率低、辐射均匀的“雾状”覆盖。
优点是信号强度均匀，缺点是较高的电缆传输损耗，需要较强的信号输入。
它多用于竖井，隧道，地铁等。
3.1.3元器件和天线
除了信号源，传输介质和分布系统之外，室分布系统还需要功分器，耦合器，合路器，干线放大器和天线等器件。
（1）功分器和耦合器
功分器可以把一个信号源的信号分成多个分支，并把信号分配给多个天线；
耦合器是一种非等功率分配的功率分配器件。
主要有无源和有源（功分器和耦合器）两种器件，工作频段合适可以兼容多制式的系统。
采用无源器件的系统设备性能稳定，安全性高，维护简单，信号经过功分器，耦合器和线路损耗后，到达天线处的强度不同，覆盖的效果也不同。
而有源系统的信号到达未端时被放大器放大，达到理想的强度，保证覆盖效果。
例如一些大型商场，就需要有源系统保证其覆盖。
因而，有源系统建设和维护复杂，有源设备易损坏，系统的安全性和稳定性不如无源系统。
（2）干线放大器
信号的传输会有一定的损耗，为了保证覆盖的效果，需要在传输过程中进行放大，这时就需要干线放大器。
对于多种制式共用室分布系统，不同频段的信号在传输的路损不同，应均衡各频段信号的放大率，以达到最佳的覆盖效果。
（3）天线
天线是无线电波的发射与接收的一种金属装置器件，室覆盖信号分布系统中使用的天线，一般增益较小，对电波的半功率宽度也没有具体要求，这是由室覆盖的特点决定的。
主要有全向天线和定向天线两种，根据具体场景的需要合理选择，通常以全向吸顶天线为主。
为了防止室信号泄漏对室外信号产生干扰等情况，采用定向天线向室需求防线覆盖。
（4）合路器
合路器有同频带合路器和双频带合路器两种。
同频带合路器能将两个或以上的同频段信号合成一路信号输出。
多频带合路器则能将多个频段的多个发射和接收信号合路于同一根馈线、双频天线或宽频泄漏同轴电缆。
3.2室分布信号系统的分类与选择
3.2.1室分布信号系统的分类
（1）按照传输介质分类
射频无源分布信号系统，由于没有有源的设备，这种系统的优点是系统比较饿可靠，故障发生率和成本低；
射频有源信号分布系统，这种有源设备可以弥补射频无源分布信号系统在传输号的损耗，能够增强信号的覆盖围；
光纤分布信号系统，顾名思义是利用光纤作为传输的介质，这种介质中传输的信号损耗较小，对于长距离的传输尤为适用，例如大型的酒楼，地下停车场以及一些隧道号的传输；
分布式基站分布信号系统，基于分布式基站采用的是光纤，因此比较适用于传输距离较长的情况，跟光纤分布信号系统有着很大的相识之处；
泄露电缆分布信号系统，主要原理是把信号专门的泄露出来，通过泄露电缆的传输，将信号泄露到信号需要覆盖的围。
图3射频无源信号分部图解图4光纤信号分布图解
图5泄露电缆信号分布图解
（2）按信号源分类
按信号源的不同，室分布系统可分为蜂窝室分布系统和直放站室分布系统。
蜂窝系统的优点是信号稳定、可靠，通信质量好；
缺点是建设周期较长，一次性投资大，还要解决传输线路等问题。
因此蜂窝系统大多应用于星级酒店、高级写字楼等较大型的室建筑。
直放站系统的优点是投资小、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区问题；
缺点是通过定向天线难以获得单一纯净的信号，系统的话音质量相对蜂窝系统较差，且易造成对其他基站的干扰。
因此直放站系统大多应用于小型酒店、小型娱乐场所等规模较小的室建筑。
3.2.2室信号分布系统的选择
不同的室分布信号系统应用在不同的场合，可以根据建筑物的建议程度，建筑物的面积和室通信设备客户量等等的方面来选择。
根据信号覆盖区域的大小来选择，如果信号分布的面积较小，需要放置的天线的数量有限，应首先的考虑无源分布信号系统；
如果信号分布的面积中等，需要放置一定数量的天线，应注重基站室分布信号系统的选择；
对于信号分布的面积较大，需要放置数量较多的天线，应把分布式基站室分信号系统作为考虑的首选。
根据建筑物的简易结构选取合适的系统，对于比较简易的单筑物，几乎可以忽略墙体屏蔽的损耗，如果楼层较低，应选择无源分布信号系统；
对于一组比较简易的建筑物，但是与比较简易的单筑物相比，应选用光纤分布信号分布系统和分布式基站系统；
对于部结构复杂而且楼层较高的建筑物，墙体对信号的屏蔽较大，应选用分布式基站室分布信号系统；
如果建筑物结构狭长的区域，应选用泄露电缆分布信号系统。
3.3室分布系统的规划
不同的移动通信系统有着不同的使用频段、编码技术，所以室分布信号有着不同的特点，例如，CDMA室分布信号需要对信号的覆盖区域，客户的容量和通信的质量进行统一的规划；
GSM系统需要评价室信号满足移动设备用户接入电平要求，网络的通信质量再通过频率进行后期的调整，室分布信号系统的规划应关注几个方面的原则：
（1）一致性原则，包括站点的规划，系统设计的统一性，在规划室信号覆盖时还得考虑室外信号，同时室信号对室外信号的干扰程度；
（2）不同性原则，网络信号的建设受到资金的限制，也不能盲目的扩大室信号的覆盖，最重要的是客户对信号的满意度；
（3）经济性的原则，不能为了盲目的追求技术的完美而扩大投资，而也不为了节省资金舍弃室信号覆盖的强度；
另外还得考虑，系统容量和潜在通信量的估算等等的原则。
3.4移动通信终端
移动通信终端是指可以在移动中使用的计算机设备，广义地说包括手机、笔记本、平板电脑、POS机甚至包括车载电脑。
但是大部分情况下是指手机或者具有多种应用功能的智能手机以及平板电脑。
随着网络和技术朝着越来越宽带化的方向发展，移动通信产业将走向真正的移动信息时代。
另已方面，随着集成电路技术的飞速发展，移动终端的处理能力已经拥有了强大的处理能力，移动终端正在从简单的通话工具演变为一个综合信息处理平台。
然而移动终端需要一个良好的网络环境，室信号覆盖是否完善成为了网络环境良好的重要部分。
4.移动通信无线网络设计方法和优化流程
4.1室覆盖设计方案的原则
（1）覆盖面积无线电波的强度
由于室无线网络的设计环境十分的复杂，在设计方案的时候，应对室的无线电波强度进行测量，在测量室无线电波强度的时候，需应用模拟发射装备，根据该设备产生的GMSK调制信号，采用相应设备分析调制信号的强度，最后确定需要的发射功率，天线的位置以及方向和高度等等的设计参数。
（2）室无线客户的容量
根据室的面积和相关的业务需要，大致地要确定在有限的面积，最大的无线通信容量，其中尤其是室无线通信比较繁忙的区域要在整个设计中作为重点来考虑。
4.2室无线信号系统设计应该达到的要求
在无线室信号覆盖之初，室覆盖的信号没有专门的频点，这个时候室信号分布系统的信号源的频点，采用的是和室外信号源一样的频点，这就存在同区域的信号频点的干扰，采用室信号专用的频点，能够避免和缓解室和室外以相同频点的干扰，但是现在建筑物之间距离越来越密集，建筑物之间室同频点的干扰又是一个问题，所以在设计室无线信号系统是要达到以下的要求：
（1）使室信号均匀的分布在室的每个区域，避免盲区的出现，在边缘场强度不低于-85dbm;
（2）室信号的外泄，在室外10m处观测时不得大于-90dbm；
（3）室信号分布的覆盖区域通话质量大部分面积要达到0级，即通话质量在覆盖区域为良好；
（4）室覆盖区域的通话要能提高话务容量，减少室外
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