33G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计.docx

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33G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计

电子科技大学

毕业设计（论文）

论文题目：

3G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计

教学中心：

电子科技大学网络教育重庆学习中心

指导老师：

职称：

学生姓名：

学号:

专业：

通信工程

电子科技大学

继续教育学院

制

网络教育学院

2010年5月10日

电子科技大学

毕业设计（论文）任务书

题目：

3G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计

任务与要求：

通过3G移动通信网络的发展、3G工程的考虑因素、网络建设的综合运用，将3G移动通信网络在室内信号的覆盖问题进行解决，以求更快的进入3G时代，发展社会经济。

时间：

2010年3月2日至2010年5月20日共12周

办学单位：

电子科技大学网络教育重庆学习中心

学生姓名：

学号：

专业：

通信工程

指导单位或教研室：

指导教师：

职称：

电子科技大学

继续教育学院

制

网络教育学院

2010年3月1日

毕业设计（论文）进度计划表

日期

工作内容

执行情况

指导教师

签字

3月2日

至

3月15日

选题

3月15日

至

3月25日

论文提纲写作

3月26日

至

4月10日

初稿写作

4月11日至

4月15日

二稿写作

4月16日至

4月19日

定稿并上交论文的电子文档

4月20日至

5月20日

做好论文答辩准备

教师对进度计划实施情况总评

　　　　　　　　　　　　　　　　　签名

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日

电子科技大学毕业设计（论文）中期检查记录表

学生填写

毕业设计（论文）题目:

3G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计

学生姓名:

学号：

专业：

　通信工程　　　　　　　

层次:

专升本

教学中心名称:

电子科技大学网络教育重庆学习中心

指导教师姓名及职称:

教师指导毕业设计（论文）时间及地点:

电子科技大学网络教育重庆学习中心

检查　

教师填写

毕业设计（论文）题目工作量

饱满

一般

不够

毕业设计（论文）题目难度

大

适中

不够

毕业设计（论文）题目涉及知识点

丰富

比较丰富

较少

毕业设计（论文）题目价值

很有价值

一般

价值不大

学生是否按计划进度独立完成工作任务

学生毕业设计（论文）工作进度填写情况

学生出勤情况及出勤的考核办法

学生与指导教师见面接受指导次数

5次　

学生工作态度

认真

一般

较差

教师毕业设计（论文）指导日志是否齐全

其他检查内容：

存在问题及采取措施:

检查教师签字:

年月日

教学中心意见:

学院审核意见（加盖公章）:

　　　　　　　　　年月日

　　　年月日

摘要

随着3G步伐的加快，3G网络规划的深入，室内覆盖成为各大运营商关注的焦点，3G移动通信网络中室内信号覆盖解决方案设计室内覆盖作为3G网络建设的重要组成部分,虽然已经有为数不少的3G室内覆盖试点工程在不同城市完成了施工和测试,但是室内覆盖环境普遍较为复杂,不同试点工程的测试目标和工作重点也不尽相同。

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；大型购物商场、会议中心移动电话使用密度过大，无线信道发生拥塞现象；建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。

3G室内覆盖系统的建设，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。

本文从如何提高频率利用率和改善无线覆盖效果角度出发，基于原技术分析结果及未来移动通信发展要求，制定了一套3G（以WCDMA为主）室内覆盖分布系统建设的规划原则了来提高3G通信网络信号在室内的覆盖率，加快3G的发展步伐。

关键词：

3G室内覆盖移动信号频率质量区域

Abstract

Withtheaccelerationof3G,3Gnetworkplanningindepth,indoorcoverageasthefocusofattentionofmajoroperators,3Gmobilecommunicationnetworkdesignindoorcoveragesolutionsforindoorcoveragefor3Gnetworkconstructionofanimportantpart,althoughthenumberhasbeenManyof3Gindoorcoveragepilotprojectsindifferentcitiestocompletetheconstructionandtesting,butgenerallymorecomplexenvironment,indoorcoverage,thepilotprojecttestingdifferentobjectivesandprioritiesvary.Buildingitsownshieldingandabsorption,resultingingreatertransmissionofradiowaveattenuation,theformationofweakmobilesignalareasorblindfield;shoppingmalls,conventioncentersthedensityistoolargetousemobilephones,wirelesschannelcongestionoccurs;buildinghigh-levelradiofrequencyinterferencespacethereeasily,thereping-pongswitchingeffectisdifficulttoguaranteevoicequality,andtheemergenceofthephenomenonofdroppedcalls.3Gindoorcoveragesystems,thebuildingscanbemorecomprehensivelyimprovethequalityofthecalltoimprovemobilephoneuptakerates,openinguphigh-qualityindoormobilecommunicationsarea.

Inthispaper,howtoimprovethefrequencyutilizationandimprovewirelesscoverageresultspointofview,theresultsbasedontheoriginaltechnologyandthedevelopmentoffuturemobilecommunicationrequirements,developedasetof3G（inWCDMA-based）indoorcoverageplanningprinciplefortheconstructionofdistributionsystemshadtoraise3Gcommunicationnetworksignalcoverageindoors,tospeedupthedevelopmentpaceof3G

KEYWORDS：

3G,indoorcoverage,mobilesignal,frequency,quality,region

第一章绪言

经过多年的努力,第三代移动通信（3G）的建设已经突飞猛进、发展迅速。

3G也已经从专家口中的一个术语,变为社会大众口中的一个常用词。

第一代移动通信系统{如AMPS和TACS等}是采用FDMA制式的模拟蜂窝系统,其主要缺点是频谱利用率低、系统容量小、业务种类有限,不能满足移动通信飞速发展的需要。

第二代移动通信系统（如采用TDMA制式的欧洲GSM/DCS1800,北美IS-54和采用CDMA制式的美国IS-95等）则是数字蜂窝系统。

虽然其容量和功能与第一代相比有了很大的提高,但其业务主要限于话音和低速率数据（9.6kb/s）,远不能满足新业务和高传输速率的需要。

第三代移动通信系统简称3G系统,它最早是国际电联（ITU-R）于1985年提出的,当时命名为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。

由于当时预期该系统在2000年使用,并工作在2000MHZ频段,故于1996年正式改名为IMT-2000。

第三代移动通信系统大致目标是全球化、综合化和个人化。

全球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖,支持全球漫游业务;综合化就是提供多种话音和非话音业务,特别是多媒体业务;个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。

随着社会的不断发展，人们的生活要求随之提高，3G也为大家带来了前所未有的生活节奏的冲击。

一个新事物的诞生到它的广泛应用是需要经过一个长期而艰难的过程的，在不断的提高和更新，以求达到最好的使用效果。

当然3G移动通信也不例外，它也还有一些局限和不足，比如在室内的信号覆盖就是一个刻不容缓的难题。

所以在此针对该问题提出一个解决方案。

希望能为3G做出自己的贡献。

第二章3G通信网络概述

第三代移动通信系统简称3G系统,它最早是国际电联（ITU-R）于1985年提出的,当时命名为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS）。

由于当时预期该系统在2000年使用,并工作在2000MHZ频段,故于1996年正式改名为IMT-2000。

第三代移动通信系统大致目标是全球化、综合化和个人化。

全球化就是提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖,支持全球漫游业务;综合化就是提供多种话音和非话音业务,特别是多媒体业务;个人化就是有足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。

第一节IMT-2000的技术要求和提供的业务

一、IMT-2000的要求

为实现上述目标,对其无线传输技术提出了以下要求。

（1）高速传输以支持多媒体业务

A．室内环境至少2Mbit/s;

B．室外步行环境至少384kbit/s ;

C、室外车辆运动中至少144kbit/s 。

（2）传输速率能够按需分配

（3）上下行连路能适应不对称需求

移动通信从第二代过渡到第三代的主要特征是网络必须有足够的频率, 不仅能提供话音、低速率数据等业务, 而且具有提供宽带数据业务的能力。

二、IMT-2000提供的业务

根据ITU的建议,IMT-2000提供的业务类型分为6种类型

（1）话音业务:

上下行链路的信息速率都是16kbit/s,属电路交换,对称型业务。

（2）简单消息:

是对应于短信息SMS 的业务,它的数据速率为14kbit/s,属于分组交换。

（3）交换数据:

属于电路交换业务,上下行数据速率都是64kbit/s。

（4）非对称的多媒体业务:

包括中速多媒体业务,其下行数据速率为384kbit/ s 、上行为64kbit/s 。

（5）高速多媒体业务:

其下行数据速率为2000kbit/s,上行为128kbit/s。

（6）交互式多媒体业务:

该业务为电路交换,是一种对称的多媒体业务,应用于高保真音响,可视会议,双向图像传输等。

3G的目标是支持尽可能广泛的业务,理论上,3G可为移动的终端提供384kbit/s或更高的速率,为静止的终端提供2.048Mbit/s的速率。

这种宽带容量能够提供现在2G网络不能实现的新型业务。

未来也许会出现一些现在无法想像的业务。

第二节IMT-2000系统的组成

与第二代移动通信系统相似,第三代移动通信系统的分层方法也可用三层结构描述,但第三代系统需要同时支持电路型业务和分组型业务,并允许支持不同质量、不同速率业务,因而其具体协议组成较第二代系统要复杂。

它主要由四个功能子系统构成,即核心网（CN）、无线接入网（RAN）、移动台（MT）和用户识别模块（UIM）组成。

分别对应于GSM系统的交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）移动台（MS）和SIM卡。

国际电联（ITU）定义了4个标准接口：

（1）网络与网络接口（NNI）:

由于ITU在网络部分采用了“家族概念”,因而此接口是指不同家族成员之间的标准接口,是保证互通和漫游的关键接口。

（2）无线接入网与核心网之间的接口（RANCN）,对应于GSM系统的A接口。

（3）无线接口（UNI）

（4）用户识别模块和移动台之间的接口（UIMMT）。

第三节中国3G移动通信的标准及优势

2000年5月5日,TD-SCDMA被ITU正式批准为国际标准,与欧洲和日本提出的WCDMA以及由美国提出的cdma2000标准同列三大标准的行列。

之后,TD-SCDMA又被3GPP（第三代合作伙伴）组织正式接纳,成为全球第三代移动通信网络建设的选择方案之一。

TD-SCDMA的优势

第一,TD-SCDMA有最高的频谱利用率。

因为我国标准是一种时分双工（TDD）的移动通信系统,只用一段频率就可完成通信的收信和发信,而WCDMA和cdma2000采用的都是频分双工（FDD）的移动通信系统,需要两段不同的频率才能完成通信的收信和发信；

第二,TDSCDMA采用了世界领先的智能天线技术。

基站天线可以自动追踪用户手机的方向,使通信效率更高,干扰更少,设备成本更低；

第三,我国政府和运营商给予我国提出的3G标准以巨大的支持。

第四节我国3G产业发展的现状

我国于2004年实现了在TD-SCDMA终端核心芯片领域的群体突破。

从2004年4月至今,陆续有展讯、凯明、T3G、大唐/ADI、重邮信科相继推出了终端基带芯片,目前已开发的芯片经过各项测试,设计达到预期目标。

截至2006年底,我国已经有基于上述几款芯片的数十款终端、数据卡研发成功。

伴随着TD-SCDMA终端芯片领域的群体突破,我国TD-SCDMA终端产品的研发及产业化工作也步入了快车道。

经过TDSCDMA产业化专项测试的检验,这些终端的通话功能已经基本稳定,目前正在进行复杂环境及切换、数据业务的测试。

第三章3G工程需要考虑的因素

由于不同的用户群需要的服务不一样,因此在网络规划初期就有必要按业务需求合理分配资源,以节省投资,并能加快网络建设速度，结合实际工程经验,一个合理的3G室内覆盖工程需要重点考虑哪些因素呢？

第一节目标覆盖区覆盖等级

1.照不同区域对业务需求不同,根据需要提供的服务等级和规划目标可将目标覆盖区分为:

（1）重要区域（384kbit/s高速数据密集区域）:

要求CS12.2K、0S64K、PS384K等业务的连续覆盖；

（2）次重要区域（144kbit/s低速数据密集区域）:

要求CS12.2K、0864K、PSl28K等业务的连续覆盖；

（3）一般区域（64kbit/s语音电话、可视电话密集区,数据业务低发区）:

要求C312.2K、0S64K等业务的连续覆盖,可以考虑补充PS64K业务；

（4）非重点考虑的区域（有普通语音电话需求,数据业务低发区）:

保证CS12.2K业务。

2．用信号强度和信号质量区分不同将目标覆盖区分为：

（1）重要区域:

边缘导频功率≥-85dBm,Ec/Io≥-8dB；

（2）次重要区域:

边缘导频功率≥-90dBm,Ec/Io≥-10dB；

（3）一般区域:

边缘导频功率≥-95dBm,Ec/10≥-12d8；

（4）非重点区:

边缘导频功率≥-100dBm,Ec/1o≥-15dB。

第二节频率规划的原则

1．WCDMA系统中每个载频内的所有用户共享频率、时间和功率资源,用特征码（扰码和信道码）对信号作统计处理来区分信道,也即所说的码分多址技术。

2．WCDMA系统无需进行复杂的频率规划,信道间的隔离完全由特征码的统计特性的正交性来实现。

但特征码的正交性并不理想,造成系统的信道隔离不如FDMA和TDMA好,而且使用的信道越多,其他信道信号对本信道的干扰就越强。

如果功率配置、覆盖范围设置不合理,经常会出现导频污染现象。

3．导频污染是WCDMA系统独有的特性,是影响网络性能的一项重要因素。

导频污染增加了网络的干扰,同时使得切换算法无法有效地工作,必须严格加以控制。

4．在室内覆盖工程中,因为有建筑物的屏蔽、阻挡作用,室外宏基站对室内信号的干扰一般较小,所以在大部分场合都可以尽量采用室内、室外同频信号的策略,以节省有限的频率资源但是在有较大业务需求而无线环境本来就复杂的区域（如密集城区的高层型建筑物内）,室内、室外采用异频策略就能很好的解决增加容量和控制干扰的目的。

第三节天线的布放及功率分配

表3-1WCDMA室内覆盖系统不同业务的测试结果

业务类型

馈入导频功率

有效覆盖半径

CS12.2K

2-5dBm

<15m

CS/PS64K

2-5dBm

<12m

PS144K

2-5dBm

<10m

PS384K

2-5dBm

<8m

1.表1是WCDMA室内覆盖系统中同一天线覆盖范围内不同业务有效覆盖半径的测试结果。

因为3G室内覆盖区域基本都需要保证CS64K业务的连续覆盖,结合上表测试数据,设计的分布系统中室内全向天线的有效覆盖半径建议控制在8—12m范围内。

2.WCDMA系统是白干扰系统,理论分析UE发射功率的动态变化量会造成小区内的干扰,其原因是在室内WCDMA覆盖系统中,如果手机接收的信号强度足够强,由于功率控制会使手机的发射功率达到最低,如果这个时候用户的发射功率达到最低而用户还是离天线越来越近,那么就会对其它手机造成干扰,使其它手机不得不抬高发射功率。

3.当最小耦合损耗MOL（MinlmumCouplincLoss,可以认为是手机在位于离天线最近时候的路径损耗）为45dB,它引起了约9dB的噪声抬高,这意味着基站端所需要的功率的升高9dB,或者保证服务的最小比特率的降低;当MOL高于65dB时,由uE最小发射功率所引起的噪声电子的抬高将忽略不计。

经测试,普通全向吸顶天线空间耦合损耗大约为25—30dB,为了保证MOL≥65dB,则从基站到天线入口的链路损耗需要35dB以上,即天线入口导频功率应不大于33-35=-2dBm。

考虑到楼内天线安装高度普遍在2.2m以上,而用户实际持手机高度不会超过2m,所以建议实际天线入口导频功率不超过3dBm,以控制天线的最大覆盖半径不至于太小。

第四节干扰

在3G室内分布系统建设中,因为要尽量共用室内分布系统,各系统的有源设备在发射有用信号的同时,在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号,这些信号落到其他系统的工作频带内,就会对其他系统形成干扰。

通过理论分析,对于整个系统的各种干扰信号的抑制,只能通过多频合路器的通道隔离度来实现。

在无源器件的使用上,需要严格选取。

第五节信源的选择

1.由于实际WCDMA网络中可能同时提供CSl2.2kbit/s、OS64kbit/3、PS64kbit/3、PSl28kbit/s、PSl44kbit/s及PS384kbit/s业务,每种业务占用不同的网络资源,对信号质量的要求也不一样,要构建一个合理的满足话务需求的无线网络,就需要对业务需求做仔细考察。

2.从外场测试结果看,WCDMA系统的容量较OSM系统大很多,考虑在建网初期网络用户较少,网络的广泛覆盖是网络建设的关键,在此前提下可以多使用直放站代替基站作为信源,这样不仅能加快网络建设速度,还可以有效转移大型宏基站的多余资源,能够降低初期建设投资;待日后话务量渐涨的情况下再将其更换为基站。

3.对于业务需求大、有条件建设专用机房的目标覆盖区,可优先考虑采用室内宏基站;对于建设条件有限（如没有专门的机房）的场合,则优先考虑使用微蜂窝。

信号源的选取,我们需要综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信号源方式等因素的影响,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。

第四章室内3G移动通信网络的建设

第一节室内3G网络建设的重要性

一、对于客户群而言

（1）.随着移动通信的普及，室内吸收了大部分的话务量，根据DoCoMo的最新统计，室内场所吸收了将近70%的话务量，这些场所主要是办公楼、车站和家庭等。

从目前的2G/2.5G网络运营经验可知，移动用户的60%也分布在室内。

（2）.从3G业务的使用来看，室内提供舒适的环境，等候时间也大多在室内消磨，因此室内用户更喜欢使用3G丰富的业务。

二、对于运营商而言

通过建设3G室内分布，可以争夺室内话务量，开拓新的话务量。

据DoCoMo的统计，在实施了室内覆盖的建筑物内话务量增大了1.43倍。

室内覆盖还可以分散过密地区的话务量，从而减轻室外基站的压力，降低室外基站的数目和配置。

三、对于网络容量而言

室内覆盖也降低了室外系统的负荷，由于3G自干扰的特性，也就降低了室外网络整体干扰水平，从而提高整个系统的容量。

因此室内覆盖对于3G网络的建设具有至关重要的作用。

第二节3G室内覆盖规划原则

3G系统与2G在使用频段、编码技术等方面不同，故3G室内覆盖有一些新特点。

3G室内覆盖需对覆盖、容量、质量进行统一规划，而2G系统只需考虑室内场强信号水平满足用户接入电平要求，网络质量可通过后期频率规划进行调整。

3G室内覆盖规划需遵守以下几个原则：

第一．是统一性原则，包括室内室外站点规划、设计的统一，在建设室内覆盖时要考虑室外信号的影响，同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。

第二．是差异性原则。

由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目地加大室内覆盖，要以用户满意度为衡量标准，制定不同的质量目标。

有的地方能够接受覆盖盲点的情况下，可以在建设策略和建设阶段上进行调整。

第三．是经济性原则，对于一个特定的建筑物而言，室内覆盖解决方案可能有多种的选择，不能单纯地为了追求技术上的完善盲目扩大投资，但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室内覆盖方案。

第三节信号源和室内分布系统的考虑

一、信号源

3G室内覆盖系统的信号源主要有宏蜂窝加RRU、微蜂窝、直放站几种方式。

在选取室内覆盖系统信源时，需从容量及覆盖两方面考虑，选取时遵循如下原则：

（1）.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（可充分利用室外宏基站的容量）

（2）.对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景，优先选用微蜂窝作为信号源；

（3）.对于高话务密度和大覆盖规模的场景，优先选用宏基站+RRU作为信号源（单个RRU的容量与单个宏小区的容量等同）。

二、室内分布系统

在进行室内分布系统建设时，如果已有2G室内分布系统，应优先考虑2G/3G之间共用室