TDSCDMA室内覆盖系统的设计.docx
《TDSCDMA室内覆盖系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TDSCDMA室内覆盖系统的设计.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
TDSCDMA室内覆盖系统的设计
TD-SCDMA室内覆盖系统的设计
通信102-07
毛逸菲
2013年11月19日星期二
目录
1TD-SCDMA概述3
1.1TD-SCDMA的特点3
1.1.1频谱效率高3
1.1.2支持多载频（N频点）4
1.1.3呼吸效应相对较弱4
1.1.4频谱利用灵活、频率资源丰富4
1.1.5灵活高效承载非对称数据业务5
1.2TD-SCDMA的关键技术6
1.2.1智能天线6
1.2.2联合检测6
1.2.3同步CDMA7
1.2.4接力切换8
1.2.5动态信道分配8
2室内覆盖系统9
2.1定义9
2.2室内移动通信存在的问题9
2.2.1覆盖方面9
2.2.2质量方面9
2.2.3容量方面10
2.3引用室内覆盖系统可带来的效果10
2.4室内覆盖系统分类10
2.4.1无源分布系统12
2.4.2有源分布系统12
2.4.3光纤分布系统13
2.4.4泄漏电缆覆盖方式13
2.5室内覆盖系统的组成14
3方案设计16
3.1设计目的16
3.2设计目标16
3.2.1话务量的估算16
3.2.2传播模型17
3.2.3室内链路预算18
3.3方案设计18
3.3.1方案分析与选择18
3.3.2边缘场强分析20
3.3.3最小室内覆盖场强计算21
3.3.4方案比较22
4总结23
5参考文献24
1TD-SCDMA概述
现如今三大主流国际标准有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，其中TD-SCDMA（TimeDivision-SynchronousCodeDivisionMultipleAccess），即时分同步的码分多址技术，是由中国制定的3G标准。
TD-SCDMA是世界上第一个采用时分双工（TDD）方式和智能天线技术的公众陆地移动通信系统，也是唯一采用同步CDMA（SCDMA）技术和地码片速率（LCR）的第三代移动通信系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、接力切换等一系列高新技术。
1.1TD-SCDMA的特点
由于TD-SCDMA的提出比其他标准较晚，这给其产品成熟性带来一定的挑战，但在另一方面，TD-SCDMA吸纳了九十年代以来移动通信领域最先进的技术，在一定程度上代表了技术的发展方向，具有前瞻性和强大的后发优势。
与其他3G标准相比，TD-SCDMA系统及其技术有着如下特点：
1.1.1频谱效率高
TD-SCDMA系统综合采用了联合检测、智能天线和上行同步等先进技术，系统内的多址和多径干扰得到了较好的消除，从而有效地提高了频谱利用率，进而提高了整个系统的容量。
具体来讲，联合检测和上行同步可降低小区内的干扰（多小区联合检测能进一步消除部分同频邻区干扰），智能天线则可以有效抑制小区间及小区内的干扰。
另外，联合检测和智能天线对于缓解2G频段上多径干扰也有较好的作用。
1.1.2支持多载频（N频点）
对TD-SCDMA系统来说，在大部分场景其容量主要受限于码资源。
TD-SCDMA支持多载波，载频之间切换很容易实现。
因为TD-SCDMA是时分系统，手机可在控制信道时扫描其它频率，无需任何额外硬件即可实现载波间切换，并能保证很高的成功率。
另外通过多载波可以消除同频广播信道间干扰以及上行同步信道间的干扰，从而降低掉话率。
因为TD-SCDMA系统可以将邻小区的导频安排在不同的载波上，从而降低导频间干扰。
1.1.3呼吸效应相对较弱
用户数的增加使覆盖半径收缩的现象称之为呼吸效应。
CDMA系统是一个自干扰系统，当用户数显著增加时，用户产生的自干扰呈指数级增加，因此呼吸效应是CDMA系统的自有特点。
呼吸效应的另一个表现形式是每种业务用户数的变化都会导致所有业务的覆盖半径发生变化，这会给网络规划和网络优化带来很大的麻烦。
TD-SCDMA采用的联合检测及智能天线技术减弱了呼吸效应。
1.1.4频谱利用灵活、频率资源丰富
TD-SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波只需占用1.6MHz的带宽就可以提供速率达384kbps的3G业务（R4版本），对于频率分配的要求简单和灵活了许多。
中国政府为TDD分配了155MHz的工作频段，对比于FDD上下行共90MHz的对称频段，TDD系统在频率资源方面的优势，为TDD系统的网络扩容和后续发展提供了可能。
除中国外，世界各国3G频谱规划都包括TDD频段，日本、欧洲运营商3G牌照中已经包括TDD频段，为未来TD-SCDMA进入国际市场提供了机遇。
这为TD-SCDMA技术的国际化应用和国际漫游，提供了必要的条件。
1.1.5灵活高效承载非对称数据业务
TDD技术的采用是TD-SCDMA系统与其他两大3G主流标准FDD系统的根本区别。
TD-SCDMA系统子帧中上下行链路的转换点是可以灵活设置的，根据不同承载业务分别在上下行链路上数据量的分布，上下行资源可以有从3:
3的对称分配到1:
5的非对称分配调整。
在未来3G多样化的业务应用中，非对称的数据业务会占有越来越多的比例，大部分业务的典型特征是上行链路和下行链路中的业务量不对称。
FDD系统由于其固定的上下行频率的对称占用，在承载非对称业务时会造成对频谱资源的浪费。
而TD-SCDMA系统可以通过配置切换点位置，灵活地调度系统上下行资源，使得系统资源利用率最大化。
因此TD-SCDMA系统更加适合未来的3G非对称数据业务和互联网业务方面。
1.2TD-SCDMA的关键技术
1.2.1智能天线
智能天线也叫自适应天线，由多个天线单元组成，每一个天线后接一个复数加权器，最后用相加器进行合并输出。
这种结构的智能天线能完成空域处理，同时具有空域、时域处理能力的智能天线在结构上相对复杂些，每个天线后接的是一个延时抽头加权网络（结构上与时域FIR均衡器相同）。
TDD模式的TD-SCDMA的优势是用户信号的发送和接收都发生在完全相同的频率上。
因此在上行和下行两个方向中的传输条件是相同的或者说是对称的，使得智能天线能将小区间干扰降至最低，从而获得最佳的系统性能。
1.2.2联合检测
将一个时隙中传输的多个用户信号与多径信号一起处理，精确地解调出各个用户信号，较好地解决了码间干扰和用户间干扰问题。
TD-SCDMA综合使用联合检测和智能天线技术，以达到系统性能最佳。
智能天线和联合检测两种技术相结合，不等于将两者简单地相。
TD-SCDMA系统中智能天线技术和联合检测技术相结合的方法使得在计算量未大幅增加的情况下，上行能获得分集接收的好处，下行能实现波束赋形。
图1说明了TD-SCDMA系统智能天线和联合检测技术相结合的方法。
图1智能天线和联合检测技术结合流程示意图
1.2.3同步CDMA
同步CDMA要求上行信道信号必须同步，谓上行同步，就是上行链路各终端的信号在基站解调器完全同步。
网络控制移动台动态调整发往基站的发射时间，使上行信号到达时间保持同步。
通过上行同步，可以让使用正交扩频码的各个码道在解扩时完全正交，相互间不会产生多址干扰，克服了异步CDMA多址技术由于每个移动终端发散的码道信号到达基站的时间不同而造成码道非正交所带来的干扰，从而大大提高了CDMA系统容量和频谱利用率，保证上行信道不相关，降低码间干扰，提高了系统容量，降低了接收机的复杂度，降低成本。
1.2.4接力切换
TD-SCDMA系统可以获得移动台用户的位置信息，两个小区的基站将接收来自同一个手机的信号，两个小区都将对此手机定位，并在可能切换区域时，将定位结果向基站控制器报告，基站控制器根据用户的方位和距离信心判定手机用户现在是否移动到应该切换给另一个基站的临近区域，并告知手机其周围同频基站信息。
避免了频繁切换带来的系统不稳定，大大提高了系统容量和效率。
1.2.5动态信道分配
通过移动台协助的小区内切换，工作在干扰环境中的移动台既可以避开干扰的时隙又可以避开干扰的无线载波，动态信道分配有三种不同的形式：
1）无线载波的原有时隙中有局部干扰，可通过改变时隙进行时域的动态信道分配；
2）无线载波的所有时隙都发生干扰，那么可通过改变无线载波进行频域动态信道分配；
3）通过选择用户间最有利的方向去耦，可进行空间域的动态信道分配，空间域动态信道分配是通过智能天线的定向性来实现的，它一般与时域和频域动态信道分配共同使用。
通过组合使用时域、频域和空间域的动态信道分配技术TD-SCDMA能够自动使系统自身的干扰最小化。
这样，TD-SCDMA的系统设计便可体现出其基本的TDMA/TDD方案的优势，从而取得最佳的频谱效率和业务质量，并且也使运营商获得最佳的经济效益。
2室内覆盖系统
2.1定义
随着社会经济的高速发展，新的摩天大楼如豪华宾馆、商业中心、大型公寓等，地下结构如地铁、地下室、地下车库等大量涌现，使手机在室内的使用频率日益增加。
室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，室内覆盖系统其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。
2.2室内移动通信存在的问题
2.2.1覆盖方面
由于室内的复杂结构，建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传输衰耗，形成了移动信号的若场强区甚至盲区，致使大楼的地下室一、二层场强较弱，甚至存在一些盲区。
由于室内的覆盖不好，容易出现手机掉网的现象，造成寻呼无响应。
2.2.2质量方面
建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现断音、掉话现象。
2.2.3容量方面
建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象。
2.3引用室内覆盖系统可带来的效果
1）可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内涌动通信区域；
2）使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量；
3）解决高层干扰问题。
如：
在大楼的高层，许多室外小区的信号有直达路径到达室内，来自各个方向的信号电平较高，干扰大，很难有干净的不受干扰的信道。
解决的办法是用室内覆盖，靠满足较高的C/I值，获得较高质量的室内移动通信服务。
对于室内覆盖，天线的输出功率很低，加上建筑物外墙的衰减，因此室内小区对室外小区的影响是很有限的。
2.4室内覆盖系统分类
根据信号源的不同，室内覆盖分布系统又可以分为无源分布系统、有源分布系统及光纤室内分布系统。
表1室内覆盖系统方式比较表
方式
优点
缺点
备注
无源同轴分布天线系统
1.技术成熟，价格便宜；
2.采用无源器件，无需供电，可靠性高；
3.不受光，热，尘埃和湿度等影响；
4.交调和噪声性能良好；
5.每个天线的覆盖范围比较宽；
6.系统动态范围大，且不会产生
上行噪声；
1.信号传输过程中无增益，能量估算需要精确计算；
2.路径损耗较大，传输长度受限。
3.缆径较粗，体积较大，需要占有较大的空间。
价格便宜、易于维护，在可能的情况下，是我们的首选方案
有源同轴分布天线系统
1.设计与施工简单方便；
2.信号强度动态可调；
3.系统具有良好的可扩展性。
1.系统涉及多个有源器件，造价高。
2.有源器件可靠性低，互调产物多，有噪声积累，需实时监控和维护。
光纤分布天线系统
1.传输距离长，传输损耗小；
2.重量轻，体积小，便于施工。
1.价格昂贵；
2.动态范围较小；
3.远端需要供电；
4.维护复杂。
泄露电缆覆盖方式
1.场强分布均匀，可控性高；
2.频段宽，多系统兼容性好。
1.造价高；
2.传输距离近。
2.4.1无源分布系统
无源分布系统主要是以最合适的方式提取信号源，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均匀地分配到每一付分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上，从而实现室内信号的均匀分布，解决室内信号覆盖的问题。
也可以提取信号源，通过耦合器、功分器等无源器件进行分录后，送入泄露电缆中，在信号传输过程中，将信号均匀的分布在所经过的区域。
这种凡事主要适用于地铁及隧道等狭长且有弯道的通道型室内区域。
无源分布系统的特点有：
1）故障率低：
由于系统主要由一系列无源器件组成，几乎不存在器件的故障；
2）系统容量大：
由于所有的无源器件均具有较高的功率容限，很容易组成大容量的室内分布系统，扩容也十分方便；
3）信号分配十分灵活；
4）投资少：
由于系统中信号功率不经过放大，信号源提供的功率有限，同时考虑到上行信号的传播，无源室内分布系统的有效服务范围不可能无限大，有一定的限制。
2.4.2有源分布系统
有源分布系统的工作方式与无源分布方式基本一致，但在系统中的不同位置增加了有源器件，增加和补偿了射频信号的功率，可连接更多的天线，传送更远的距离，进一步扩大了服务区域。
由于干线放大器的加入会引起噪声，多级干线放大器级联会形成噪声的累积，影像系统质量，在设计中一般不采用串联干线放大器的方式。
所以，采用干线放大器补偿功率的损耗是有限的，系统可达到的覆盖范围仍然受到功率和上行信号损耗的限制。
有源分布系统的特点：
1）系统服务范围大，但系统维护工作量大，稳定性差；
2）系统成本较高；
3）系统兼容性差。
2.4.3光纤分布系统
由于电分布系统始终受到功率和上行信号损耗的限制，服务区域有限，在服务的区域间隔距离远、需要覆盖的区域面积大的情况中，采用光纤室内分布系统较为有利。
光纤室内分布系统在系统中引入光电转换器和光纤，信号先由光电转换器转换成光信号在光线中传输到覆盖端，再通过光电转换器转换成电信号，经过放大后送进天线。
由于光纤的传输损耗小，布线比同轴电缆方便，适合于远距离信号传输，适用于大型建筑物室内覆盖，但成本高。
2.4.4泄漏电缆覆盖方式
通过沿电缆长度均匀分布的信号电平，有效克服由于隧道弯曲所产生的射频传输问题，特别适用于隧道、地铁等均匀覆盖，当在一条隧道地铁里，建筑物内，矿坑内中采用泄漏电缆的方式是将信号源通过泄漏电缆把信号传送到需要覆盖各个区域，同时通过泄漏电缆外导体上的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，把信号沿电缆纵向均匀地发射出去和接收回来。
适用于隧道、地铁等屏蔽区域地方，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。
使用泄露电缆提供信号覆盖时，电缆必须非常可靠而且其设计应能适应恶劣的安装环境。
缺点是价格昂贵。
2.5室内覆盖系统的组成
室内覆盖系统主要由信源和信号分布系统两部分组成。
信号源是提供小区信号的设备，包括宏蜂窝、微蜂窝，也可以是射频拉远单元（RRU）或直放站。
对于小范围的室内覆盖可用直放站。
这种解决方案成本便宜，安装快速，缺点是不能提供额外的容量。
但使用直放站方式，通话质量难于保证，控制不好，会影响整网的质量。
在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站将室外信号引入室内的覆盖盲区。
室内覆盖应用常用的解决方案是用微蜂窝。
微蜂窝可应用于室内，可安装在任何地方，包括挂在墙上。
依据容量的需求，在建筑物的大小、安装方案、成本等方面综合考虑，可以使用宏蜂窝或几个微蜂窝。
传输介质包括同轴电缆、光纤、泄漏电缆等。
信号在传输介质中传输，有时根据覆盖的需要还要通过放大设备对信号进行放大。
中继器件包括功分器、耦合器等，信号功率通过功分器和耦合器进行合理分配。
天线是室内分布系统发射和接收信号的部分，一般采用全向吸顶天线。
1）合路器
信号（功率）合路器：
合路器指将几个天线接收到的信号合成一路，送给接收机的多端口器件。
当TD系统与其他系统合用室内分布系统时，需要采用合路器，特别是与PCS共用时，还要先将PCS信号进行滤波，再送入合路器。
2）功分器
在室内应用中功分器是经常使用的。
使用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，常见的有2功分、3功分、4功分等。
3）耦合器
耦合器是非等功率分配器，作用是将信号不均匀地分成几份（称为主干端和耦合端）。
耦合器从结构上分为微带和腔体两种。
4）干放
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，这时候就需要干线放大器。
5）天线
分布式天线系统中使用的天线，一般增益较小，对波束的半功率宽度也没有具体要求，这是由室内覆盖的特点决定的。
可选择的天线类型有多种，如小的平板定向天线，全向柱形天线，全向吸顶天线。
6）馈线
在分布式天线系统中，要使用馈线把所有器件连接起来。
3方案设计
3.1设计目的
本次课程设计主要目的是设计一个室内覆盖系统，我选择的具体工作环境是我住的新型学生公寓第五学生寝室。
首先，它是6层建筑，一层和二层因为不是寝室而话务量较少，3~6层为学生寝室。
3.2设计目标
3.2.1话务量的估算
用户总数=建筑面积×楼宇的实用面积×占有比例×手机拥有率
以之前假设的新型五舍为例：
1层：
由于是楼梯间，人流较少，话务量较小，不予估算。
2层：
其中，10为房间数，3为每间平局人数，90%表示人在固定位置的比率，50%表示TD-SCDMA手机拥有率。
3~6层：
其中，18为每层房间数，4为每间人数，80%表示在寝室的比率，50%为TD-SCDMA手机的拥有率。
3.2.2传播模型
TD-SCDMA系统中适用的室内传播模型如下：
修正自由空间传播模型
式中:
——方差为
的对数正态分布的均值
——天线和移动台之间的直线距离
和
——分别是一层地板和一层墙的衰耗
和
——分别是沿线
的地板和墙的数目
室内规划图大概如下所示：
在2楼和5楼各安装两个天线，能够对本层以及相邻的两层进行覆盖。
由于2~6楼大体房间分布都差不多，所以都可以由图2所示的图表示。
图2大体规划图
3.2.3室内链路预算
链路计算分为两部分：
一部分为空中损耗；另一部分为信源到天线端口损耗，简称有线链路预算。
采用无源设备组网时一般链路计算可以只考虑下行链路预算。
链路预算指有线侧链路预算，根据到达天线口的功率，确定根节点需要输入的功率。
具体预算如下：
经过计算，天线口最小输入电平约为1dBm。
3.3方案设计
3.3.1方案分析与选择
在与GSM系统共用室内分布系统时，主要采取在原系统信号馈入点处加装合路器，来实现多系统的共享。
通过对建筑物的结构的分析，考虑到主干布放方便，RRU合路位置灵活，对干放的依赖程度低等因素，我选择使用“BBU+RRU”方案，基带处理单元（BBU）集中放置在机房，拉远远短（RRU）安装至楼层，BBU与RRU之间采用光纤传输，RRU再通过同轴电缆及功分器（耦合器）等连接至天线。
即主干采用光纤，支路采用同轴电缆。
对于下行方向，光纤从BBU直接连接到RRU，BBU和RRU之间传输的是基带数字信号，这样基站可以控制某个用户的信号从指定的RRU通道发射出去，可以大大降低对本小区其他通道上用户的干扰。
对于上行方向，用户手机信号被距离最近的通道收到，然后从这个通道经过光纤传到基站，这样也可以大大降低不同通道上用户之间的干扰。
BBU+RRU方案对于容量配置非常灵活，可按容量需求，在不改变RRU和室内分布系统的前提下，通过配置BBU来支持每通道从1/6载波到3载波的扩容。
由于信号通过管线传输时损耗很小，整体降低了系统的馈损，减少了对敢放的依赖。
室内覆盖系统方案如图3所示。
图3室内覆盖系统规划图
3.3.2边缘场强分析
TD-SCDMA覆盖区场强计算。
根据电磁波自由空间传播损耗公式：
式中
为传播距离，
为电磁波频率，
为光速。
用对数表示为：
其中
为（2110~2125）MHz，现取为2100MHz，带入得：
总的路径损耗为：
式中
为空间损耗，
为空间余量，参见下表。
表格2衰落余量参考值
频段
电梯轿厢
承重墙
玻璃
砖墙
电梯门
木板、薄墙
GSM频段
25~30
15~30
6
10~15
30
6~10
TD频段
30~40
30~35
6~10
20~25
35~45
8~15
接收点信号电平为：
即
式中
为接收点信号电平，
为天线口信号电平，
为天线的增益，
为空间损耗，
为衰落余量。
3.3.3最小室内覆盖场强计算
根据天线设置情况，每副天线覆盖半径不大于10m，10m空间损耗根据有关计算约为57dBm，天线采用类型为全向吸顶天线，建筑主要为砖墙结构，衰落余量M取值为30dBm，天线口最小信号电平为1dBm。
最小室内覆盖场强为：
满足最小边缘强度≥-90dBm的要求。
3.3.4方案比较
Ø方案一：
利用GSM主干线，对信号源进行合路
应用场合：
新增主干线比较困难的楼宇。
方案描述：
GSM覆盖系统的边缘场强大于75dBm，TD-SCDMA系统信源选
择使用宏蜂窝，再利用合路器对信源进行合路。
Ø方案二：
新增TD-SCDMA主干线，根据需要合路TD-SCDMA有源设备
应用场合：
对网络信号要求较高的楼宇，走线简单，容易施工的场所。
方案描述：
GSM覆盖系统的边缘场强小于75dBm，TD-SCDMA信源设备选择使用宏蜂窝，然后新增主干线，根据需要增加TD-SCDMA干放，然后合路。
Ø方案三：
利用原有设备对有源室内分布系统进行改造，可以保留原有GSM干放等有源设备，通过合路器添加TD-SCDMA干放。
应用场合：
主要针对无源设备电气性能能够同时满足GSM和TD-SCDMA网络要求，不需要更换无源器件的GSM室内分布系统。
方案描述：
GSM和TD-SCDMA信源采用合路器进行合路，使用原有主路由进行信号覆盖。
在GSM原有干放位置使用合路器把信号分开，通过各自的干线放大器进行信号放大，然后通过双频合路器进行合路；同时需要将窄带的天线等无源器件，替换成满足TD-SCDMA要求的宽带器件。
4总结
本文对TD-SCDMA的原理、特点和重点技术进行了介绍，对室内覆盖系统引入的原因、覆盖范围、室内覆盖的组成进行了阐述，对TD-SCDMA和GSM共用室内分布系统进行了研究，以实例方式提出了GSM&TD-SCDMA室内覆盖系统的一种设计方案，并对方案选型、边缘场强和最小室内覆盖场强进行了分析计算，达到了3G网络对室内信号覆盖的要求。
在本次课程设计中，主要遇到的问题有：
1.对建筑的结构不了解。
本想以综合楼为例，但是苦于不了解它的具体空间结构，最后便选择了比较熟悉的寝室为例。
2.对相关参数的取值不了解。
天线口最小电平的计算需要对各个元器件的损耗进行累加，这些都不是很了解，所以查了一些文献，取最小点评为1dBm。
5参考文献
[1]李萍,兰振平,樊磊,李鹏.通信工程专业实践指导书.
[2]彭铎,张秋余,曹明华.GSM&TD-SCDMA室内覆盖系统设计与实现.
[3]王红艳.TD-SCDMA室内分布系统的规划、设计及工程实施.
[4]王立群,王雪,刘丹,岳振贵.TD-SCDMA室内覆盖系统的规划设计.
[5]张晓萍.基于TD-SCDMA的室内覆盖系统及工程应用研究.
[6]程日涛.TD-SCDMA室内覆盖系统规划设计.
[7]郭宝,武峰.TD-SCDMA与GSM共室内覆盖系统的优化分析.
[8]袁海军.TD-SCDMA室内覆盖系统应用实例.
[9]陈界.TD-SCDMA室内覆盖系统规划设计
升级会员 