石邮东区教学楼GSM室内分布系统设计.docx

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石邮东区教学楼GSM室内分布系统设计

1GSM系统概述

GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信系统是基于TDMA的数字蜂窝移动通信系统。

GSM是世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规定的蜂窝系统。

GSM是为了解决欧洲第一代蜂窝系统四分五裂的状态而发展起来的。

在GSM之前，欧洲各国在整个欧洲大陆上采用了不同的蜂窝标准，对用户来讲，就不能用一种制式的移动台在整个欧洲进行通信。

另外由于模拟网本身的弱点，使得它的容量也受到了限制。

为此欧洲电信联盟在1980初期就开始研制一种覆盖全欧洲的移动通信系统，即GSM系统。

目前我国的移动通信网就是主要以GSM系统为基础的移动网络系统。

GSM系统的发展经历了三个阶段：

网络建设初期，主要矛盾是覆盖问题；网络建设中期，主要矛盾是容量问题；网络发展后期，质量就成为主要矛盾。

GSM系统发展到现在，网络质量己成为运营商之间竞争的关键，只有不断地提高网络质量，才能吸引更多的客户。

而改善室内覆盖则可以大大地改善网络质量，提高寻呼成功率，吸收更多的话务量。

2GSM移动网络室内分布系统概述

2.1概念

室内分布系统也叫室内覆盖系统（IDS）。

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实施方案，近几年在移动通信运营商中得到了广泛应用。

室内覆盖系统的原理是利用室内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，以达到改善网络覆盖、提高通话质量的目的。

室内分布系统主要由以下部分组成:

信号源（系统按信号源可分为蜂窝系统、直放站系统）；分布系统，包括同轴电缆布线、光纤布线和泄漏电缆布线，各种发射天线（隐型天线、显型天线），功分器（二功分、四功分等），必要时还需要添加干线放大器（当信号源距离天线过长，信号衰减过多时）。

2.2IDS的类型及其特点

2.2.1信号源的分类

按信号源的不同，可分为下述两类室内分布系统

（1）蜂窝系统（包括微蜂窝和宏蜂窝）

优点是信号稳定、可靠，通过质量好；缺点是建设周期较长，一次性投资大，还需支付传输线路的租建费用。

（2）直放站系统

优点是投资省、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取得单一纯净的信号，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。

2.2.2分布系统的分类和特点

按所采用设备的不同，分布系统可分为无源系统和有源系统。

（1）无源系统

主要由无源器件组成。

设备性能稳定、安全性高、无噪声累积、维护简单、成本低。

信号经过功分器、耦合器和线路衰耗后，均匀分布到各个天线，覆盖效果较好。

但系统设计较为复杂，灵活性差。

当功率损耗较大时需加干线放大器。

（2）有源系统

信号经过各级衰耗后，到达末端时可被放大器放大，达到理想的强度。

增益自动校验，无须调节，场强分布均匀，可保证覆盖效果。

但建设和维护复杂，近端和所有远端设备都需要电源，有源设备易损坏，系统的安全性和稳定性较差。

考虑到设备的安全性、稳定性以及工程造价，无源系统在实际工程中采用更多。

此外，如果按布线材料的不同，室内分布系统还可以分为同轴电缆系统、光纤系统泄漏电缆系统和光电混合系统等。

①同轴电缆是最常用的材料，性能稳定、造价便宜，但线路损耗大。

大型同轴电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作信号放大接力。

同轴电缆系统由于造价便宜，安装方便，在实际工程中大量采用。

适用于楼层不是很高、分布天线数量较少的室内分布系统中。

这种方式主要使用功分器和耦合器等无源器件将功率分配至各个天线，在适当的时候可以增加干线放大器来提高信号强度。

②光纤线路损耗小，不加干线放大器也可将信号送到多个区域，能保证足够的信号强度，性能稳定可靠。

对于大型的室内覆盖系统，分布天线会达到几百副。

如果使用功分器和耦合器，随着距离增长，损耗将不断加大，在远端的天线的发射功率也将会非常低，因此使用光纤系统进行功率分配就成为理想方案，它充分利用了光纤传输距离远和损耗小的优势。

在建设光纤分配系统时需要注意的问题主要有:

要严格控制光端机的输入功率，防止光转换器输入过载，一般要在光电转换之前加合适的假负载；由于上行和下行信号的传输都要经过电/光和光/电转换，如果调试不好，信号会发生畸变，严重影响信号质量:

光纤比较脆弱，在安装和维护过程中容易被损坏，经常会出现光纤损坏、传输中断的情况，在维护时要多加注意。

与射频电缆系统相比，光纤室内分布天线系统由于使用了光端机，因此增加了很多有源模块，在投入成本上相对要高一些。

但在近端和远端都需要增加光电转换设备，系统造价高。

光纤分布系统信号传输距离远，适用于超大型建筑及距离较远的楼群。

③泄漏电缆系统不需要室内天线，在电缆通过的地方，信号即可泄漏出来，完成覆盖。

在一些结构狭窄、拐弯较多的地方，如地铁或隧道里面，若使用天线进行覆盖，天线的覆盖范围明显会受到地形的限制，在这种情况下，就可以使用泄漏电缆进行覆盖。

但是由于泄漏电缆的损耗大，因此信号源的发射功率也比较大，或者在短距离内就需要增加放大器，因此考虑到上行噪声的影响，放大器一般不能级联。

另外泄漏电缆造价昂贵也是制约这种天线系统广泛应用的因素。

④光电混合室内分布天线系统。

实际上，不管是射频电缆室内分布天线系统还是光纤室内分布天线系统，其末端的天线都是通过电缆来连接的，这里所说的光-电混合室内分布天线系统，是在一个建筑物中，部分楼层使用射频电缆分布天线系统，部分使用光纤分布天线系统，在近距离范围内通过射频电缆充分利用微蜂窝或者直放站的功率，再通过耦合器耦合出很小的一部分能量输入到电光转换器，最后利用光纤将微弱信号传送至远端。

这种方式可充分发挥两者各自的优势。

综上所述，实际工程中由于性价比等原因，无源室内分布系统应用最多、最广，设计也最复杂。

表2.1信号分布系统分类比较

信号分布系统

优点

缺点

无源电分布

成本低、故障率低、安装方便、无噪声积累、工作频带宽

由于信号源功率有限和传输损耗，无源系统有效覆盖范围不大

有源电分布

设计简单、布线灵活、信号调整方便，覆盖范围较大

成本高、故障率高、有噪声积累、工作频带窄

光电分布

结合了电分布和光纤分布的优点，覆盖范围大

需要光一电转换

泄漏电缆分布

安装方便、信号均匀、引入噪声小

造价昂贵

关于信号分布系统选择问题:

①对于小型室内覆盖，一般指覆盖面积在1万平方米以下，应采用无源电分布系统。

②对于中大型室内覆盖，一般指覆盖面积在5万平方米以下，通过加干线放大器的电分布系统来实现覆盖。

加入干线放大器会引起噪声恶化和插损，所以要仔细地测量和计算。

在满足覆盖指标的条件下尽量少用干线放大器，最好不超过4个，另外干线放大器的级联会形成噪声积累，一般不采用级联方式。

③对大型建筑物或离散型区域进行室内覆盖时，可以采用光-电综合分布的方式，把电信号转换为光信号后通过光纤传输到大型建筑物的分层或各个离散区域，然后通过光-电转换进入到室内的信号分布系统中。

④漏缆分布作为一种特殊的电分布方式，用于普通天馈系统难以发挥作用而又必须覆盖的特殊区域，如隧道、地铁等。

3室内分布系统设计原则

室内覆盖既然这么重要，但不是任何室内空间都需要建设室分系统。

这里需要把握两个基本点：

“盲点、热点”。

“补盲补热”是室分系统的主要使命。

“盲点”是指通过室外宏站难以有效完成良好、全面、深度覆盖的大楼区域。

结构越复杂、穿透损耗较大的楼宇，如大型办公楼、高级酒店、综合商场等；还有一些场景室外信号根本无法进入，如地下停车场、地下商场、地下游乐场、室内电梯等。

“热点”是指无线用户密度相当大，业务质量要求相当高的室内区域，尤其是用户较集中的地方，如大学校园、运营商营业厅、企事业单位集中办公楼等。

这些场景不仅话务量大，而且高端用户较多，对运营商品牌的影响非常大。

4石邮东区教学楼GSM室内分布系统设计

大学校园通常都会有不同功能的建筑群，如宿舍楼、教学楼、行政楼、实验楼、食堂图书馆和体育馆等。

这些不同的功能区一般是校园话务量最为集中的地方。

由于大学校园里，不同区域的建筑结构、建筑材料和墙体厚度差别较大，高度不同、面积各异，部分区域对外观要求较高，安装位置难以协调，需要提供分层、分区域的差别化覆盖解决方案。

大学校园里的话务流动有明显的规律：

周一至周五，话务集中在教学楼；早、中、晚饭时间，话务集中在食堂区域。

大学校园的总话务量需求比较稳定，但话务分布不均匀，数据业务需求量大，不同的建筑内用户的行为各不相同，区域之间话务流动有序。

在容量设计时，需要考虑各区域的峰值话务量的大小，考虑不同区域的话务流动性，实现容量动态配置。

本次需要对石邮东区教学楼进行GSM室内分布系统设计。

该教学楼共六层，每层教室6-7间，办公室3-4间，上课期间每层将近400-500人。

下图即为教学楼2楼平面图。

对照建筑物的设计平面图，结合现场勘测，清晰描

图4-1教学楼2楼平面示意图

述对设计、施工影响较大的室内覆盖特点，包括建筑物的作用、地理位置、楼宇高度、层数和覆盖面积等。

4.1信号源的选择

无线系统的信源是无线信号的接收、处理和发送的网元设备。

信源是室分系统中的龙头老大。

室分系统的信源主要包括宏基站、微基站、射频拉远单元RRU和直放站4种。

从支持的制式不同，信源也可以分为GSM信源、PHS信源、CDMA信源、WCDMA信源和TD-SCDMA信源。

在室分系统设计时，最需要考虑的就是信源属性及其覆盖特性、容量特性及配套特性。

覆盖特性一般指输出的发射功率是多少，无线信号的频率是多少，能够覆盖的范围有多大；容量特性一般指能够支持多少载波、多少小区。

能够支持多大的话务量，同时能接入多少用户，如何扩充容量；配套特性指供电要求、传输要求、安装条件等。

室分系统信源的选择要根据目标楼宇的覆盖面积和容量需求及安装条件，选择性价比合适的信源，尽量达到较低成本、较高的覆盖水准。

4.2天线挂点的选择

根据楼宇场景不同，确定不同的天线的挂点密度，比如在空旷的环境下，间隔15-20m布放一个天线；玻璃隔挡的场景10-15m布放一个天线；砖墙阻挡的场景8-11m布放一个天线；混凝土墙阻隔的场景4-8m布放一个天线。

（1）尽量选择空旷区域，避开室内墙体阻挡。

（2）在楼宇内部，天线应尽量设计在走廊等区域，避免工程协调困难。

（3）在窗口边缘，选用定向天线，避免室内信号外泄。

（4）对于内部结构复杂的室内场景，要选用小功率天线多点覆盖的方式，避免阴影衰落和穿墙损耗的影响。

在勘测天线挂点的时候，准备好建筑物的结构图样。

在适合做天线挂点的相应位置进行标记。

图2.7是石邮东区教学楼二楼天线挂点的勘测图样，天线间隔为15-20m。

4.3天线口功率设计原则

天线口功率是室分系统设计要考虑的关键因素。

不同制式、不同场景对天线口功率的要求是不同的，多制式共天馈的室分系统要做到天线口功率匹配。

天线口功率不能太大，也不能太小。

一方面，太大的话，会对人体的健康造成损害（一般不超过15dBm）；同时，太大的发射功率有可能阻挡其他系统的天线口，对整个室分系统造成干扰，导致有很多信号，但是打不通电话或者通话质量差的现象出现。

另一方面，太小的话，天线的覆盖范围有限，要想保证室内的覆盖质量，整个室内环境需要更大的天线密度，这就意味着需要更多的天线。

这样，室分系统的物料成本就会上升。

当然，小功率天线多点覆盖除了增加成本的缺点之外，对室内信号均匀覆盖，提升信号质量还是有一定好处的。

天线口输出功率可能有两种含义：

一个是天线口的总功率；另一个是天线口某一信道的功率。

有的系统，天线口的总功率和天线口的某一信号的功率相同，如GSM系统，天线口最大功率和住BCCH信道的最大功率相同；而有的系统，尤其是码分多址系统，存在多个信道共享总功率的问题，所以天线口某个信道的功率仅仅是总功率的一部分