WCDMA移动通信室内分布系统毕业设计.docx
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WCDMA移动通信室内分布系统毕业设计
WCDMA移动通信室内分布系统毕业设计
摘要
随着WCDMA网络技术的日益成熟，终端性能的改进和提高，终端价格的日趋合理，数据业务需求的快速增长，全球WCDMA网络迈入了一个良性发展的阶段，用户数量和收入都呈现快速增长的趋势。
随着移动通信网络的发展，室内分布是实现无线分布、优化网络容量分布和基站配置、增加话务收入、提高用户满意度的一个重要手段本论文结合WCDMA的室内分布系统的特点，通过介绍室内分布系统的有关知识，和规划流程。
进行室内分布建设进行一定分析，同时也对无线网络作了初步的分析。
WCDMA是3G中最成熟，最被重视，也是开通网络最多的技术标准。
本论文结合联通WCDMA的网络建设，室内分布系统的设计标准和规划设计的有关知识，无线网络的建设以及系统建成后的测试和优化，进行了系统的研究。
主要对室内分布系统中工程建设目标的选择和指标的确定；不同规模室内分布系统的设计方案；有源设备和无源器件的选用方案；怎样将2G系统的改造成支持多系统的室内分布系统；系统建成后，如何进行测试和优化进行了研究。
关键词 移动通信；3G；WCDMA室内分布系统
第1章绪论
1.1本文研究的背景
随着移动通信网络的发展和完善，运营商的网络建设的越来越完善，传统的室外站的建设项目基本所剩无几，但是随着城市高楼大厦的发展和用户对于通信质量要求越来越高，用户在商场，宾馆，写字楼，住宅区，地下停车场等区域经常投诉室内信号差，打不了电话，通话质量差或者经常掉话，传统的方法是增加室外站的发射功率来获得良好的分布，但是现在的高楼大厦越来越密集，地下商场，停车场越建越多，楼房结构越来越复杂，这种方法非但不能解决实际问题，可能还将破坏原有的外部良好的无线网络环境，使分布范围无法得到良好控制，导致全网的干扰增加，资源浪费，容量下降，最终导致网络性能，服务质量的下降。
对于高大建筑，购物中心，高档写字楼，地下停车场等项目，如何解决室内分布这个突出的问题摆在了运营商面前，用户在室内使用手机的需求促使运营商越来越重视室内分布。
室内分布解决方案一方面可以改善和增强室内的分布效果；另一方面可以吸收话务量，缓解室外网络的容量压力。
此外室内分布解决方案还可以改善高层建筑物内的通话质量。
室内分布解决方案适用于宾馆、写字楼、大型商场、机场、火车站、会展中心等公共场所。
目前，我国移动通信发展迅速，现在已经发展到3G阶段，由于与原有大家熟悉的GSM系统有着本质的不同，因此中国联通WCDMA室内分布系统设计与建设也发生了质的改变，再结合我国的建筑结构与地貌，WCDMA室内分布系统在网络中的地位是如此之重要，以至于之前GSM时代的室内网络建设思路正渐渐的被淘汰。
WCDMA是一个ITU（国际电信联盟）标准，它是从码宽带码分多址分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。
作为3G系统的主要标准之一，WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，满足了业务丰富、价格低廉、全球漫游、高频谱利用率等要求，主要的特点有：
信道复杂，可适应各种业务需求。
WCDMA可通过公共信道/共享信道、接入信道和专用信道等不同类型的信道实现不同业务，适应不同时延和分布特点的要求，使资源的调配更加灵活。
WCDMA所承载的业务分为会话类、数据流类、互动类、后台类等。
更大容量和更高的业务速率。
WCDMA码片速率达3.84Mchip/s，载波带宽约5MHz，能够支持更高的速率，同时带来了无线传播的频率分集；对于速率大致相同的话音业务，具有更高的扩频增益，接收灵敏度更高。
功率控制更为完善。
WCDMA采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路没有建立时，开环功率控制用来调节接入信道的发射功率，链路建立后，使用闭环功率控制。
闭环功率控制有包括内环功率控制与外环功率控制。
切换机制更健全，有更灵活的分层组网结构（HCS）。
WCDMA具有软切换方式，利于提高分布，但会增加开销；具有硬切换方式，可通过压缩模式实现通话状态下跨载频，跨系统的测量，提高切换成功率。
WCDMA提供分层小区结构（HierarchicalCellStructure）组网和与GSM会和组网的灵活组网方式。
HCS组网可以根据容量与密度的要求，分别选择宏小区、微小区、微微小区进行组网；与GSM系统混合组网，则能够为具有GSM网资源的运营商，在建网初期提供更高投入产出的建设策略。
对于分组数据业务，具有灵活的资源调度机制。
针对分组数据业务非实时的特点，可以选择该机制均衡资料利用率和数据服务质量。
WCDMA借助不同承载的业务信道和灵活的资源分配机制，根据业务类型提高的不同QoS，适应市场和网络两方面要求。
此外，相对于GSM和CDMA等移动网络，一项崭新而重要的特性就是它允许对无线承载的特性进行协商。
WCDMA的干扰来自网内和网外。
网内干扰时由于CDMA系统自干扰的机制决定的，网外干扰主要是来自同制式的不同系统和频率邻近的其他网络，存在远近效应。
基站无须同步。
优点是不像CDMA2000一样需要美国的GPS系统，可采取较为自由的信道管理方式，缺点是需要迅速实现小区的搜索。
2.1室内分布原理
现代都市中建筑物越来越高、越来越多、越来越密集，移动通信的无线电信号在其间受到阻挡而衰减，另外现代建筑多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线电信号的屏蔽和衰减特别厉害，很难进行正常的通信。
在一些高层建筑物的低层，基站信号通常较弱，存在部分盲区；在某些超高建筑物的高层，又没有分布。
在大多数的地下建筑，如地下停车场、地下商场、地铁、隧道等场所，通常都是盲区。
在大中城市的中心区，基站密度都比较大，平均站距小于１ｋｍ，所以通常进入室内的信号通常比较杂乱、不稳定。
特别是在一些没有完全封闭的高层建筑的中、高层，进入室内的信号非常杂乱，近处基站的信号、远处基站的信号通过直射、折射、反射、绕射等方式进入室内，信号忽强忽弱不稳定，同频、邻频干扰严重。
手机在这种环境下使用，未通话时，小区重选频繁，通话过程中频繁切换，话音质量差，掉话现象严重。
在城市的边缘区，基站密度小，站距大，在距基站较远的建筑物内，因建筑材料对电磁波的损耗，移动通信用户在室内的通信也受到了很大的影响和限制。
特别是移动通信的网络分布、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。
网络分布、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题，室内分布系统正是在这种背景之下产生的。
2.1.1室内分布的概念
由于室内分布存在上述问题，因此出现了解决室内分布的解决方案。
室内分布是针对室内用户群，用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。
室内分布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分布。
2.1.2室内分布的方式
由于室内分布存在上述问题，因此出现了解决室内分布的解决方案。
室内分布是针对室内用户群，用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。
室内分布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分布。
室内分布是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。
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分布。
无线室内分布系统主要由二部分组成：
信号源和室内天馈线分布系统，如图2-1所示。
图2-1室内分布系统组成示意图
信号源主要分为两类：
基站、RRU和直放站；室内天馈线分布系统由有源器件、无源器件、天线、缆线等组成。
无线室内分布系统的引入不受频段和通信制式的限制，满足各种通信制式建设要求，包含2G和3G移动通信系统、PHS、SCDMA、TRUNK系统。
各通信制式室内WCDMA室内分布系统规划设计分布系统可单独建设，满足各制式的网络指标要求；也可以多通信制式共室内分布系统建设（多制式合路），多制式合路时，各制式应满足各自的网络指标要求，并保证各制式间互不干扰。
室内天馈线分布系统由有源放大设备（干线放大器、光端机等）、缆线（同轴电缆、光缆、泄漏电缆）、功分器、耦合器、室内天线等设备组成。
室内天馈线分布系统按照采用的设备主要分为两种：
有源方式、无源方式，按照采用线缆材料主要分为四种方式：
泄漏电缆分布方式、同轴电缆分布方式；光纤分布的方式；光电混合分布方式。
酒店类建筑主要以第二种分布方式为主。
1．泄漏电缆分布方式
泄漏电缆传输损耗大、距离短，且泄漏电缆本身线径较大，施工困难，通常用于对地铁、隧道、电梯等特定环境的分布。
2．同轴电缆分布方式
同轴电缆分布方式包括纯无源系统和有源中继放大两种情况。
纯无源方式即将信号源输出能量经功分、耦合等无源器件合理分配后，利用射频电缆传输至天线，将能量均匀分布至各区域。
有源中继放大方式是由于信号源输出能量不能满足楼宇分布需求的情况，需要增加放大器对主干信号进行放大，并通过天馈分布系统分布所需区域。
3．光纤分布方式
光纤分布方式的传输损耗小、不受电磁干扰、布线方便并且组网灵活，与同轴线缆相比，更适合于远距离的信号传输。
4．光电混合分布方式
光电混合分布方式多适用于大型建筑，应用在主干缆走线很长，布放难度较大的场景。
分布方式选用原则应综合上述分析，综合考虑分布区域面积、理论分布效果、设备成本、施工难易程度等因素，应遵循：
效果→成本→施工→维护的思路，并满足多制式系统兼容的要求，在最优的组合方案下，系统性价比最高。
上述四种分布方式，电分布方式为最常用，且技术和设备成熟。
2.1.3WCDMA与GSM室内分布的区别
WCDMA和GSM在室内分布中的区别重点在于容量。
WCDMA系统的一个重要特点是它的下行功率为所有用户共享，这样下行功率就意味着容量，这也是与GSM系统一个重要区别。
这个特点决定了室内分布系统的设计建设方式会极大地影响WCDMA网络的容量。
当一个处于小区边缘的建筑物内成功地安装了室内分布系统，那么可以预计，大部分室外小区的下行功率都将被释放出来，为室外用户提供容量。
相比传统的以增加室外基站或者小区数量或者载频数量来提供额外的容量，这种从WCDMA系统特点出发的室内分布系统建设可以更好地节省投资、提高系统容量。
在传统的GSM系统中，如果要增加容量，那么一般采用增加载频的方式；在WCDMA系统里除了传统的增加载频、码字，降低系统上行干扰和节省室外小区下行功率是更加重要而有效的提供额外容量的方法。
与GSM的这个重要区别决定了WCDMA室内分布系统的设计思路。
2.2室内分布的问题
SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：
映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AUPTR）的功能来实现；复用则是将多个低价通道层信号通过码速调整使之进入高价通道或将多个高价通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。
2.2.1分布方面的问题
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，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区，致使大楼的地下室场强较弱，甚至存在一些盲区。
由于室内的信号分布不好，容易出现手机掉网的现象，造成寻呼无响应，用户不在服务区现象。
2.2.2量方面的问题
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容量方面的问题
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。
目前室内分布主要依靠室外现有的网络分布的延伸方式：
如室外大功率基站方式、天线架高方式、增加基站的方式等，但是这样的解决方式带来以下问题：
1．由于穿透损耗大，室内分布效果差，存在大量分布盲区，导致无法通话；
2．对源信号电平要求高，并且交调干扰和同邻频干扰都比较严重，通话质量难于保证，控制不好会影响整网的质量；
3．采用室外基站没有根本解决容量问题，网络容量有限，接通率低；
4．天线架设太高会带来越区分布影响整网质量；
5．增加基站会使室外小区增加频率时，频率规划困难，网络容量增长困难。
2.3室内分布引入
应用这些方案可带来的效果有一下几个方面：
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移动通信区域；
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由直达路径到达室内，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分布，靠满足较高的C/I值，获得较高质量的室内移动通信服务。
如图2-2室内简单分布图
图2-2室内简单分布图
第3章室内分布系统设计
室内分布系统是无线网络分布的补充或优化，在设计室内分布系统时必须考虑室内无线系统对整个网络的影响，同时又要保证室内无线网络分布的质量。
室内分布系统的好坏直接影响到整个网络的性能，因此室内分布的设计也显得更为重要。
在室内分布设计首先对目标分布场所进行详细的勘测，以勘测的数据为依据来进行方案设计，其次才是分布范围、分布方式、室内分布等设计的进行。
方案设计时必须按照一定的流程实施，以免影响方案的设计进度及准确性。
下图是室内分布系统规划的一般流程：
室内分布设计任务书→站点勘测→分布方式确认→室内天馈系统设计（完成相关工程图纸）→设计分析→工程材料及费用预算→室内分布方案的整理→方案审核（若是通过，则结束，准备下面的施工，若是不过，则回到分布方式确认，重新设计）。
3.1室内分布的任务
1．通过自己的实际勘测报审，经过局方批复的设计任务书；
2．局方直接下达的任务书；
3．应急工程，直接下达的非书面的任务。
3.2站点勘测
了解被测建筑物的基本情况（如建筑物性质、地点、楼层数、各楼层功能、面积、电梯数量、人流量等），根据用户和业主需求确认分布区域和分布要求。
对待分布区域的无线环境进行详细测试，确定信源和接入方式、设备类型和供电方式和走线方式。
结合用户的分布需求，一份完整的勘测，应包含自然环境的勘测、无线环境的勘测、施工环境的勘测和资料数据的整理。
3.2.1测试工具配置
1．测试接收手机
2．手提电脑
3．测试软件：
国外SK公司Dr.CDMA等（软件可选，但必须能提供路测轨迹图）。
4．激光测距仪，红外线测距仪、卷尺。
5．GPS定位系统
6．照相机
3.2.2站点勘测基本要求
1．勘测设计前必须有建设单位签发的业主联系函、设计委托函
2．设计单位必须提供详细的勘察设计计划
3．勘测过程必须由监理公司监督
4．勘测后承建单位必须形成勘测纪要
3.2.3地理环境的勘测
总体环境：
了解待分布区的总体环境，如建筑物的名称、地理位置、高度、楼层结构等，为便于分析大楼内的话务量，还应包括建筑物的日平均客流量和人流构成情况。
局部环境:
了解建筑物每层的用途及特点，最好向业主索取被测建筑物的平面图以及相关地形、结构资料，如业主无法提供，勘测人员须绘制详细平面图，并在图中标明弱电井、电梯井道的位置。
了解各楼层的隔断情况和墙体、天花板的建筑材料、各分布区域的长和宽，以上信息应该尽可能详尽的反应出区域面积。
3.2.4无线环境的勘测
用测试手机对需要分布的建筑物内原有信号状况进行测试，最好用专业测试软件进行扫描，并对建筑物周边区域的信号情况做详细测试，尤其是大楼的出入口，要提供通往各方向的信号情况。
对于楼层较低的建筑、各层的功能差异较大的建筑物，每层均需进行无线环境测试；对于建筑物较高和功能单一的建筑物，可选择若干有代表性的楼层分别测试。
用手机测试时，可选择建筑物内若干点进行，测试点应包含室内走道、办公室、窗口附近、电梯等具有代表性的点。
测试内容应包括：
信号频点号、信号场强，网络服务参数，通话质量，电梯内通话质量。
对各测试点用手机测试数据汇总成下表，用测试软件进行分析的分析表。
手机测试数据汇总表见表（3-1）
室内分布测试汇总表3-1
测试位置
WCDMA
GSM
备注
RS
EC
ID
CH
场强
上行通话质量
CID
网络类型
1#楼南侧
-52
2
354
717
-49
*0
35274
1800
2#楼南侧
-57
4
354
717
-55
*0
35274
1800
8#楼北侧
-56
3
354
717
-65
*0
35274
1800
7#楼东侧
-58.6
4
354
717
-68
*0
35274
1800
6#楼南侧
-53.8
5
354
717
-62
*0
35274
1800
1#楼地下室
-98.7
7
354
717
-99
*0
35274
1800
2#楼地下室
无信号
110
-99
*6
10095
900
3#楼地下室
-98.7
7
354
110
-97
*6
10095
900
7#楼地下室
无信号
110
-99
*6
10095
900
8#楼地下室
-98.6
7
354
717
-97.3
*0
35274
1800
地下停车场
无信号
各个单元电梯内
无信号
分布点情况描述：
本站点位于＊＊＊＊＊西行150米路南，小区内信号良好，无需分布。
但是小区内地下室和停车场，电梯对信号屏蔽严重，大部分区域信号质量很差，甚至没有信号，通话掉话，杂音现象严重。
测试人：
测试日期：
＊＊＊＊年＊月＊日
分布目标的设计提供无线参数和工程参数，数据内容包括：
1．施主基站的小区结构、话音信道数（容量）、基站的BSIC、小区号、小区的CGI、BCCH、载频数、载频号
2．跳频方式邻区关系定义切换门限数据功率控制数据
3．小区话务量统计数据
4．分布目标路测采集无线环境数据并做相应的分析
5．中国联通GSM900MHZ系统DCS1800MHZ系统无线环境测试（接收场强、通话质量、FER、TX、切换成功率、掉话率等）
6．中国联通WCDMA系统无线环境测试（导频号、Ec/Io、Rxlev、F_FER、TX_POWER、切换成功率、掉话率等）
7．中国移动900MHZ、1800MHZ系统扫频测试（接收场强、通话质量、FER、TX、切换成功率、掉话率等）
8．中国电信CDMA系统无线环境测试（导频号、Ec/Io、Rxlev、F_FER、TX_POWER、切换成功率、掉话率等）
数据的分析需提供以下信息：
1．分布目标的当前无线网络情况（明确盲区范围、乒乓效应区域、孤岛效应区域、漫游信号区域；统计接通率、掉话率、切换情况等）
2．一旦拟用微蜂窝系统分布站点，则路测结果应能指示哪些基站信号可能对微蜂窝系统造成干扰影响
3．根据现有无线环境判断是否存在移动G网对联通G网干扰现象
3.2.5施工环境（条件）的勘测
根据用户要求和建筑物实际情况确定信号的引入方式，引入方式包括有线接入和无线接入两种：
1．有线接入：
向用户了解信源位置、制造商、输出功率、接口类型、载频数、频点号，并根据信源位置确定供电电源类型。
2．无线接入：
确定信源的地理位置、空间方位、站名、载频数、频点号，根据接收场强的稳定程度选定施主天线的位置、类型和方位角。
联系用户和业主的需求及电梯内的通话质量确定电梯的分布方式，确定电梯分布的天线类型；根据建筑物楼层结构和面积确定天线的数量和位置；了解用户对监控功能的需求。
根据上述因素确定设备安装位置和安装方式，确定设备的取电方式。
实地勘查竖井的位置，电梯井道和吊顶的情况，大致确定分布系统的走线路由。
如果建筑物内已有其它网络运营商的分布系统，最好对其分布方式和结构进行勘测，以供建设单位参考。
3.2.6勘测资料整理
对无线环境的勘测结果进行整理，综合地理环境和施工环境填写完整的工程勘测报告。
对于用户或业主提供的图纸应扫描或用Visio、AutoCAD等软件制作成电子文档，并将竖井、电梯井道和典型标识的位置标注在图中，供方案设计和施工时参考。
对专业测试原件做出的测试图进行分析，测试数据和分析结果均应妥善保存。
3.3室内分布系统的信号源的选取
室内分布系统的信源的选取应综合权衡系统容量、频率资源、预期收益、投入成本、预期效果等多方面因素才能定夺。
系统容量直接决定室内分布系统的网络质量，如容量太小将直接导致分布区内的信道堵塞、呼损率大幅提高、接通困难、掉话严重等一系列的严重问题。
容量太大又会造成成本过高和资源的巨大浪费，因此配置合理的室内分布系统的容量非常重要。
以下提供工程设计中的经验值：
移动通信系统信道配置的选择，可通过“爱尔兰B公式”和所需分布区域的业务量中直接估算出来。
一个重要的规划参数是在峰值小时的给定时刻，所有信道均被使用的概率，这个阻塞概率用来衡量一次呼叫尝试由于没有空闲信道而失败的概率，爱尔兰B公式在假定呼叫建立时刻及通话持续时间到服从泊松（Poisson）分布情况下，建立了平均信道数目、信道数目和阻塞概率之间的关系。
下表给出了在不同信道数目和两种呼损率（2﹪5﹪）时，用爱尔兰表示的容量。
（见表3-2）。
呼损率统计表表3-2
呼损率：
2%
载频数
1
2
3
4
5
6
7
信道数
7
14
22
30
37
45
53
容量（爱尔兰）
2.9
8.2
15
22
28
35.5
43
比率
0.41
0.57
0.68
0.73
0.76
0.79
0.81
呼损率：
5%
载频数
1
2
3
4
5
6
7
信道数
7
14
22
30
37
45
53
容量（爱尔兰）
3.7
9.7
17
25
31.6
40
47.5
比率
0.53
0.69
0.77
0.83
0.85
0.89
0.9
每个用户的业务量定义为峰值小时期间的某一给定时刻，每一给定用户进行通话的平均功率，其单位是爱尔兰。
GSM网络设计中所采用的值为0.025爱尔兰/用户，中国信息产业部规定的是0.01－0.03之间，现取0.02，系统在某一时刻所能支持的用户数量估算结果如下：
（见表3-3）
呼损率统计表表3-3
呼损率：
2%
载频数
1
2
3
4
5
6
7
信道数
7
14
22
30
37
45
53
容量（爱尔兰）
2.9
8.2
15
22
28
35.5
43
支持用户数（微蜂窝容量/每用户爱尔兰值）
145
410
750
1100
1400
17750
21500
支持用户群体（按10﹪的拨打算）
1450
4100
750
11000
升级会员 