基于GSM网络的室内覆盖设计.docx
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基于GSM网络的室内覆盖设计
毕业设计中文摘要
随着社会的发展，城市中移动通信用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。
由于现代城市建筑都是框架结构，而且规模越来越大，对移动通信信号有很强的屏蔽作用，室内信号覆盖有待提高。
本文主要是为邢台丰南联通分公司附属楼做室内信号覆盖，提出了比较完善的覆盖方案。
包括站点勘测，场强和通话等级分析，信源的选取，信号分布系统的选取，室内分布系统中天线的选取，室内覆盖中场强的计算和工程实施，最终完成了对该站点的室内信号覆盖。
关键词：
室内覆盖场强信源
毕业设计外文摘要
TitleResearchforindoorcoveragebasedonGSMnetwork
Abstract
Withthedevelopmentofsociety,thecity'srapidincreaseinmobileusersandmoreandmorehigh-risebuildings,trafficdensityandcoveragerequirementsarealsoincreasing.Asthemodernurbanbuildingsareframe,andtheincreasingscale,themobilecommunicationsignalhasastrongshieldingeffect.,indoorcoveragehasbecomeoneoftheproblemssolved.
Thisarticleistodoindoorcoverageforthesubfloor,XingtaiBranchFengnanUnicomandmakesafairlycompletecoverageoftheprogram.Itincludessiteinvestigation,fieldandcalllevelanalysis,sourceselection,theselectionofsignaldistributionsystems,theselectionofantennasofindoordistributionsystem,calculationoffieldstrengthandimplementationoftheprojectandcompletedforthisbuildingindoorsignalcoverageatlast.
KeyWords：
Indoorcoverage、Source、Fieldstrength
1引言………………………………………………………………………………1
1.1课题的背景与意义…………………………………………………………1
1.2GSM系统现状………………………………………………………………2
1.3室内覆盖系统现状…………………………………………………………2
2丰南联通附楼站点勘测与分析…………………………………………………4
2.1工程站点勘测………………………………………………………………4
2.2现场电磁环境测试与分析…………………………………………………6
3丰南联通附楼工程方案设计……………………………………………………9
3.1方案设计思路………………………………………………………………9
3.2覆盖方案的选择……………………………………………………………11
3.3设备和器件的选择…………………………………………………………13
4丰南联通附楼工程实施与参数设置……………………………………………18
4.1工程实施……………………………………………………………………18
4.2参数设置……………………………………………………………………22
4.3工程验收……………………………………………………………………26
结论…………………………………………………………………………………29
致谢…………………………………………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………………………31
附录A………………………………………………………………………………32
附录B………………………………………………………………………………34
1引言
1.1课题的背景与意义
随着通信技术的不断发展，移动通信运营商已经建成了比较完善的移动通信网络。
但广大用户对通信的服务质量也提出来越来越高的要求。
室内覆盖作为移动通信网络覆盖的一个薄弱环节，已经成为亟待解决的问题之一。
根据相关材料统计，部分地区的室内话务量已在总话务量中占有较高的比例。
因此加强室内覆盖，对于提高移动通信质量，有重要意义
城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。
这些建筑物规模大、质量好，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。
在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。
另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。
移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。
网络覆盖、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。
覆盖方面，由于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；
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：
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，并出现掉话现象。
因此，改善室内覆盖，既是对室内盲区的改善，也是对室内话务繁忙的改善，同时也是对室内通话质量的改善。
由此可见，改善移动通信室内覆盖问题具有多重意义：
一方面可以扩大信号覆盖面，减少盲区，增加业务量；另一方面可以提高接通率、切换成功率等网络指标；再者可以提高电信企业形象，提高网络竞争力，为用户提供更好的通信服务。
1.2GSM系统现状
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、网络层结构和业务做了规定的蜂窝系统。
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。
它联合了欧洲二十多个国家的电信运营部门、研究所和生产厂家组成的标准化委员会，从1982年开始提出，1992年欧洲各大GSM900运营商开始商业服务，到现在已经在去世界100多个国家和地区投入商用。
如今GSM移动通信系统已经遍及全世界，即所谓全球通，目前我国的移动通信网就是主要GSM系统为基础的移动网络系统。
GSM是由于若干子系统或功能实体组成。
包括移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）、操作子系统（OSS）。
其中基站子系统在移动台和网络子系统之间提供和管理传输通路，包括MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。
NSS管理通信业务，保证MS与相关的公共通信网或其他MS之间建立通信，NSS不直接与MS互通。
MS、BSS、NSS组成GSM系统的实体部分。
操作支持系统则为运营部门提供一种控制和维护这些运行部分的手段。
它是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟完善的一种。
我国于1993年开始建立GSM实验网，到目前已建成了覆盖全国的数字蜂窝移动通信网，是我国公共陆地移动通信网的主要方式之一。
1.3室内覆盖系统现状
随着GSM网络容量的不断扩大，基站也越来越密集。
在大城市，已经实现了室外的无缝覆盖，但是室内覆盖的问题一直都没有得到很好的解决，主要原因是现代化大规模建筑传统损耗的影响比较大。
无线电波在传播过程中，由于受到地形或建筑物的影响，会存在阴影效应，多径干扰等问题，从而造成信号衰落，在其覆盖范围内出现的信号弱或者无信号的盲区，典型的如电梯、高层建筑内部、车库和地下通道等。
为解决上述室内信号覆盖不理想的问题，目前最好的解决方法是在建筑物内安装室内分布系统。
该系统就是将基站信号通过有线方式直接引入到室内的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室内覆盖盲区、抑制干扰的目的，它不仅能够解决宏蜂窝中的覆盖问题，分担宏蜂窝的话务量，为楼内的移动通信用户提供稳定、可靠的室内信号，使用户在室内也能享受到高质量的移动通信服务，而且选址灵活、安装维护简单方便，因而得到日益广泛的应用。
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系统发展到今天，网络质量已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。
分析表明，有三种地方是室内覆盖的重点：
1、高层建筑。
由于这些地方信号比较杂乱，受到的干扰比较严重，因此，虽然手机的信号有时候很强，但不稳定。
在10层以上的高层建筑及地势较高的市区，由于孤岛效应和受同频或邻频干扰的影响，会产生乒乓切换及掉话。
改善这些地区的覆盖，可以提高接通率，减少掉话率。
2、建筑物内部和阴影处。
在地下场所存在信号盲点，特别是因建筑物的屏蔽，楼层隔墙的阻挡，回事信号有5—20dBm，甚至更高的衰减，使手机无法上网。
3、话务密集地区，如会场、商场、体育馆等。
话务量非常高，在繁华的商业街、露天集体活动场所、批发市场及展览馆内，会出现手机的密集点等等，常会使其周围基站信道堵塞率上升。
在这些地方安装室内覆盖系统可以吸收话务，减少网络的拥塞率，提高接通率。
因此城市蜂窝网络的减少应由室外向室内、二维向三维立体覆盖的方向转化。
而实现这一转化的最佳方案就是采用蜂窝或直放站作为信源，以及与之配套的室内分布系统。
2丰南联通附楼站点勘测与分析
2.1工程站点勘测
2.1.1站点结构介绍
丰南联通分公司附楼位于邢台市丰南区，固定员工和每天进出流动人口约200人。
该楼坐西向东，楼层数为三层。
由于一楼为租赁商铺，因此不用考虑信号覆盖。
二楼和三楼为联通公司办公所用，信号质量要求较高。
建筑物外墙为钢筋水泥结构，门窗尺寸较小，投入使用之后封闭性太强，楼体屏蔽信号严重。
由于楼内联通GSM信号覆盖较弱，话质较差，通话过程中声音嘈杂，甚至掉话，因此要对其进行针对性的信号覆盖。
图2.1丰南联通分公司附楼外观
该楼的平面图形类似于长方形，南北长55米，东西宽15米，二、三楼楼层结构一样，每层各有15间办公室，没有配电室，办公室内全都没有吊顶，走廊里有吊顶，如图2.2所示。
各个房间之间的墙体没有隔板，均为钢筋水泥或实心砖砌结构，墙体穿透损耗比较大。
图2.2丰南联通分公司附楼平面图
2.1.2周围基站情况
图2.3周围基站分布图
丰南联通分公司附楼在丰南联通基站的所覆盖的小区范围内，并且距离其它基站距离较远。
丰南联通基站位于站点正北偏东30度，约2公里处。
基站与站点之间，地势平坦，但是建筑隔挡较多，有空间距离损耗公式（Lbs=32.45+20lgf（MHz）+20lgd（KM））计算可得空间损耗约为100dBm。
因为丰南联通附楼外墙均为钢筋水泥结构，信号进入室内损耗大约为20dBm，基站功率为35dBm，所以当信号真正从基站发射到站点楼内场强约为-85dBm，一般室内覆盖边缘场强要求为≥-80dBm，显然目前这种情况不满足要求。
2.2电磁环境测试与分析
2.2.1现场测试描述
表2.1测试软件说明
测试说明
测试人员
谢迎彪
测试时间
2011-3
2G测试手机型号
三星F400
便携式电脑
联想SL400
2G测试软件
HandTestC+G
鼎立测试软件
TEMS测试软件
2.2.2DT测试分析
覆盖强度测试：
由于建筑为钢筋混凝土结构，投入使用后全部封闭，楼外信号很难覆盖的室内。
楼内2、3层覆盖强度≥-80dBm的区域很少，甚至一大部分区域场强低于—94dBm，从测试轨迹来看，建筑平层中心位置存在弱覆盖现象。
场强测试图如下图2.4、2.5所示。
图2.4丰南联通分公司附楼2楼场强测试
图2.5丰南联通分公司附楼3楼场强测试
通话质量：
通过两个个楼层测试发现，丰南联通附楼内目前通话质量在3级以上的区域占有绝大部分，根本无法达到通话等级在3级以上的区域占97%的标准，严重不符合网络覆盖要求。
通话等级测试图如下图2.6、2.7所示。
图2.6丰南联通分公司附楼2楼通话等级测试
图2.7丰南联通分公司附楼3楼通话等级测试
CQT测试统计
表2.2当前周边电磁环境测试记录
测试点
方位
BCCH
LAC
CI
RxLevel（dBm）
RxQual
备注
办公楼外
北
115
12650
20901
-74
2
话质较差
接通困难
办公楼外
南
121
12650
30901
-85
4
办公楼外
西
121
12650
30901
-77
3
办公楼外
东
115
12650
20901
-75
3
描述地下停车场和电梯内信号情况：
无停车场、无电梯。
结论：
通过对本次覆盖楼宇的GSM信号测试情况来看，该区域的GSM网络覆盖大部分信号极弱，且为人员聚集的地方，建议对该区域增强GSM信号覆盖，以满足2G用户需求。
3丰南联通附楼工程方案设计
3.1设计思路
3.1.1设计依据
（1）900/1800MHzGSM数字移动通信网话路网技术体制；
（2）900MHzTDMA数字移动通信工程设计暂行规定；
（3）《建筑与建筑群综合布线系统综合设计规范》（GB/T50311-2000）；
（4）《电磁辐射防护规定》（GB8702-88）；
（5）《电磁辐射环境影响评估方法与标准》（HT/T10.3-1996）；
（6）《移动通信基站防雷与接地设计规范》；
（7）中国移动通信集团河北有限公司关于“室内分布系统工程施工和验收规范”；
（8）中国移动通信集团河北有限公司关于“室内分布系统设计规范”；
（9）中国移动通信集团河北有限公司关于“室内分布系统工程实施细则”；
（10）集团公司下发的《GSM室内分布改造标准化方案》；
（11）现场勘察资料及测试数据；
3．1.2选择基站
如果用户容量较大且本建筑物上有宏蜂窝基站，可以通过耦合器或者功分器将宏蜂窝基站输出信号的一部分引入室内，用宏蜂窝基站作信号源；如果在室内用户比较集中，话务拥塞的条件下，又不便通过增加室外宏基站的容量和数量的方式来解决，可以通过建设微蜂窝室内分布系统来分流话务量，改善用户通信质量，但是这种方式造价昂贵；如果在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，话务量不大，场所面积较小宜采用直放站做信源引入设备。
而且在丰南联通分公司大院内有光缆，引入光纤信源也比较方便，因此本方案采用光纤直放站来做室内覆盖。
丰南联通分公司附楼覆盖范围用户人数约220人，其中手机拥有率约为90%，其中联通用户约占80%左右，手机持有量=220人×90%×80%≈158部。
楼內话务量高峰时段为09：
00——16：
00
此时话务量（ERL）＝手机持有量×0.025（人均话务量）
＝158×0.025
＝3.96ERL
设系统在呼损率为0.02时，爱尔兰表如下
表3.1爱尔兰表
载频数
1
2
4
6
8
话务量（ERL）
2.28
8.2
21.9
36.2
51.53
依据话务量预测结果及考虑到部分数据业务信道的冗余，建议选用配置为2载频以上的宏蜂窝作为信号源。
周围其他基站中，有的跟站点之间没有光纤资源，有的是载频数太少，而丰南联通基站为4载频的基站，与站点之间又有光纤资源，所以选择从该基站引入信源。
3.1.3信号源的引入
本方案不采用宽频直放站，而采用选频直放站。
因为宽频直放站，频带较宽，在放大有用信号的同时也会对噪声放大，抬高了底噪，进而会影响基站的接受灵敏度和上下行平衡。
如果采用采用选频直放站就不会有这种问题。
但是选频直放站对信号的处理时间比宽频直放站要长，不算光纤线路上传输的时间延迟，单选频直放站本身处理信号的时延就有15µs,GSM系统时延色散的阈值为14.7µs。
由卫星地图可以看出，丰南联通基站的第一扇区主瓣和第二扇区旁瓣对站点都有覆盖，如果还从这两个扇区中引入信号的话，势必会造成重叠覆盖，从而产生时延色散。
因此应该从基站的第三扇区引入信号。
3.1.4选择传输方式
部分室内场所由于话务量不高，单独建基站很浪费设备资源，而且单独建基站需考虑中继链路、电源等方面的问题，如果采用无线中继方式，虽然可以大大节省投资，并且安装方便节省建设时间，但是缺点也很明显，如：
信号不稳定，易对周围基站产生干扰，不建议在大城市中的高层建筑里采用这种方式。
本方案采用有线传输方式进行室内覆盖，其优点是信号稳定，且易于获得足够的信号强度，可以覆盖较大面积的建筑物，另外较容易利用参数的设置控制其覆盖面积，优先级别等。
虽然相对费用比无线的高，但是对于小工程来讲，还是比较合适的。
采用电缆传输方式进行室内覆盖，成本低，但传输损耗大；采用光纤传输进行室内覆盖，传输损耗小，但价格较高。
本方案采用光电混合传输进行室内覆盖，面积的室内覆盖。
既发挥了光纤的优点，又降低了成本。
从信号源到室内之间用光缆传输，损耗小，并且结构简单，易于维护。
再室内用电缆馈线传输，造价低，覆盖范围有限，正好适用于小面积场所覆盖。
3.2覆盖方案的选择
在实际生活当中，一个工程所用的方案并不是唯一的，不同的方案都有各自优缺点。
因此本文设计了两套比较好的覆盖方案，通过比较选择，来达到最佳的覆盖效果。
图3.1方案一系统图
图3.2方案二系统图
方案一中二楼、三楼都采用串联的方式进行室内覆盖，天线最终输出口功率相对均匀，粗略估算所用馈线为150米，用耦合器数目较多，工程造价相对较高。
主机安装在三楼背面露天楼梯拐角处的墙壁上，配电柜也在此处，取电比较方便。
楼梯下方有光缆，信号引入也比较方便。
方案二中二楼、三楼都采用并联的方式进行室内覆盖，天线最终输出口功率非常均匀，粗略估算所用馈线为130米，用功分器较多，工程造价相对较低。
主机安装在三楼走廊的墙壁上，电源和信源引入均不方便。
综合比较两个方案，均可以达到覆盖效果，但方案一施工容易，因此在工程造价可以承受的前提下，选择方案一作为最终覆盖方案。
3.3设备和器件的选择
3.3.1主机的选择
由3.1.2节可知本方案中主机为选频光纤直放站，由于提供信源的基站为4载波基站，防止以后运营商更改频点或系统扩容，所以选择8载波的光纤直放机。
根据方案一的系统图可知，远端直放站输入功率为22dBm，室内覆盖场强即可达到标准，因此选择功率为1W即增益30dBm的主机即可。
3.3.2天线的选择
鞭状天线和定向天线覆盖范围较大，主要应用于覆盖电梯间或者对于相对空间较大的地带，例如远离人群的地下娱乐场所、地下车库、大型厂馆等，使用鞭状天线或定向天线既可以节省天线数量，又符合环保要求；吸顶天线覆盖范围比较小，它是以天线为中心向四周360全向覆盖，适用于空间损耗比较大的钢筋水泥建筑的室内覆盖。
此外它还具有价格低、体积小、外型美观、安装方便等优点。
吸顶天线天线输出口功率较低，对人体辐射也较小。
因此本方案采用全向吸顶天线做覆盖天线。
3.3.3所用其他器件
表3.2RD-5N/NP-F2腔体功分器
用途
多系统室内信号分布系统功率分配
工作频带
800~2500MHz
分配损耗
二功分:
3dB
三功分:
4.8dB
四功分:
6dB
插损
0.1dB800~2200MHz
0.2dB2200~2500MHz
阻抗
50Ω
驻波比
二功分:
≤1.2
三功分:
≤1.25
四功分:
≤1.3
功率容量
200W
接头类型
N型K头
体积
二功分:
202×43×25mm
三功分:
202×61×25mm
四功分:
202×61×43mm
重量
二功分:
0.36kg
三功分:
0.39kg
四功分:
0.42kg
环境温度
-40~+75℃
相对湿度
≤95%
器件照片
表3.3RC-5NK-（10,15,20,30）腔体耦合器
用途
多系统室内信号分布系统功率分配
工作频带
800～2500MHz
插损
6dB耦合器≤1.8dB
10dB耦合器≤0.7dB
15dB耦合器≤0.5dB
20dB耦合器≤0.5dB
阻抗
50Ω
驻波比
≤1.4:
1
功率容量
200W
接头类型
N型K头
体积
242×63×25mm
重量
0.48kg
环境温度
-40～85℃
相对湿度
95%
器件照片
表3.4RC-5PJ/PK/NK-20/30/40/45/50/55/70C大功率耦合器
用途
基站信号提取（耦合）
工作频带
820～960MHz/1710～1880
插损（不包括分配比）
<0.1dB
耦合度
20～70dB
阻抗
50Ω
驻波比
≤1.2
功率容量
200W
接头
Din-J，Din-K，N-K
体积
82×56×36mm
重量
0.4kg
环境温度
-30～65℃
相对湿度
≤95%
器件照片
表3.5IXD-360V03NN全向吸顶天线
电气性能指标
工作频率（MHz）
806～960，1710～2500
阻抗（Ω）
50
增益（dBi）
806~960MHz：
≥2.0dBi
1710~2500MHz：
≥4.0dBi
功率容量（W）
50
驻波比
＜1.4
极化方向
垂直极化
垂直面波瓣宽度
806~960MHz：
100°～120°
1710~2500MHz:
30°～65°
水平面波瓣宽度
360°
接头类型
N--K
图
水平面方向图垂直面方向图
表3.6馈线
型号
RF502
1/2
900MHz损耗
≤8dB/100m
2300MHz损耗
≤12dB/100m
7/8
900MHz损耗
≤4dB/100m
2300MHz损耗
≤8dB/100m
功率（KW）
≤0.5
阻抗（Ω）
50
阻燃
是
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