3G网络室内信号覆盖系统设计

【摘 要】3G网络室内信号的有效覆盖，是保证3G网络通信服务质量的一个重要组成部分。为提高室内信号覆盖质量，以WCDMA网络为例，介绍了室内覆盖系统设计的步骤，最后给出一个具体室内覆盖系统设计工程实例，通过测试数据分析说明了覆盖系统设计的效果和意义，具有一定工程参考价值。

【关键词】3G技术 WCDMA 室内覆盖 系统设计

1 前言

现阶段移动通信已成为人们的主要通信方式，因此对移动通信的质量也提出了更高的要求。在室内由于移动信号受障碍物阻挡严重，仅靠室外天线覆盖通信效果很差，甚至会造成服务中断。目前日益成熟并已商业化运营的3G技术更侧重于数据业务的发展，而数据业务更多发生在室内，室内覆盖的好坏将直接影响到3G网络质量，所以做好室内信号覆盖系统设计非常必要。其不仅能扩大网络覆盖范围、提高通信质量、有效增加网络容量，而且对提升运营商的服务质量、增加用户的满意度、提高市场竞争力有着深远意义。本文以WCDMA网络为例，深入地分析了室内信号覆盖系统设计步骤并给出实例验证。

2 室内覆盖系统设计需考虑的主要问题

2.1 电磁环境

以一幢高层建筑为例，所处楼层不同，受电磁环境的影响程度也有很大区别。在建筑低层，信号受周围各种环境影响很大，如绿地和树木对电磁波的吸收、周围建筑物的阻挡等都会导致信号衰落很大，使得用户难以正常通信和接入；在建筑中层，随着高度的提升，可以收到周围多个基站的信号，导致信号重叠且没有主导频，系统频繁切换，从而产生乒乓效应；在建筑高层，由于周围基站较多，造成同频、邻频干扰严重，电磁环境进一步恶化，甚至产生孤岛效应，形成通信盲区。

2.2 覆盖容量

覆盖容量预测合理与否对室内覆盖系统建设效果影响很大。若容量预测太小，当移动用户量大、无线业务发生频率高时，基站所提供的载频往往不能满足用户需求，导致忙时无线信道拥塞，用户得不到良好的服务，进而造成工程重复建设；若容量预测太大，则会引起昂贵信源设备的浪费，造成工程成本增加。

2.3 覆盖场景

与2G相比，WCDMA室内覆盖系统设计除了需考虑用户的话音业务以外，还要考虑数据业务的需求。因此在进行覆盖系统设计时，要根据不同覆盖区域的具体场景及业务发展预测来有重点地进行室内覆盖规划设计。如在大型超市，用户业务主要以话音业务为主，高峰时段话务密度较大，设计覆盖容量应以峰值话务量来估算；在商务写字楼等地高端用户所占比重较大，室内覆盖更需要考虑固定用户的数据业务覆盖要求。

3 室内覆盖系统设计步骤

3.1 容量估算

与2G相比，WCDMA网络存在语言、数据等多种业务，其上、下行容量不对称，因此需要从上、下行两个方向分别进行容量估算。在进行估算时不能只考虑语音业务，要综合考虑各种业务的速率以及所需的Eb/No对系统的影响，将其等效成混合业务来进行估算。常用的估算方法有坎贝尔法，具体如下：

，，

（1）

其中，c为容量因子；v为混合业务方差；a为混合业务均值；ai为业务等效强度；Ci为业务i需要的信道数；OfferedTraffic为虚拟业务量；Capacity为虚拟信道数。

根据式（1）估算的虚拟信道数、虚拟话务量以及阻塞概率来估算小区虚拟用户数，并与室内覆盖楼层中估算的用户数比较，如果大于则说明容量满足要求。

3.2 确定室内传播模型

由于室内环境的多样性，电磁场分布复杂，影响电磁波传播的因素很多，因此正确选择传播模型分析室内覆盖系统十分重要。通常采用Keean-Motley模型进行分析并在实测数据基础上加以修正，具体计算距离天线d处的信号路径损耗公式为：

P L—（d）=38.5+10×n×lg（d）+R （2）

其中，n为衰减因子，在较封闭的环境中取值为3～3.5；R为由楼板、隔板、墙壁等引起的附加损耗。

3.3 选取信源

信源的选取应充分考虑覆盖区域的场景特点、话务量、覆盖面积、机房位置和供电电源等具体需求，可选信源有直放站、微蜂窝基站、宏蜂窝基站和射频拉远基站等。在室内信号较弱或覆盖区域相对较封闭的环境中，可以采用直放站引入基站信号；在室内用户集中、话务量较高的大型建筑中，可以建设微蜂窝基站来改善用户通信质量；对于商场、机场等话务量需求大的特大型场所，可以增加宏蜂窝基站作信号源来满足业务量需求。当室内覆盖面积较大且敷设馈线较长时，可用宏蜂窝基站配以射频拉远单元做信号源，以降低馈线损耗，从而保证高质量的覆盖效果。

3.4 选取覆盖方式

（1）射频分布系统

无源射频分布系统主要由分/合路器、耦合器、馈线、天线组成。由于该系统是无源分布，所以出故障率低、可靠性高、易于扩展、投资规模小，但覆盖范围受信源输出功率影响较大。当信源输出功率不能满足覆盖需要时，则应在无源射频分布系统中加干线放大器等有源设备，做成有源射频分布系统来延伸信号覆盖范围，弥补信号在传输中的损耗。与无源射频分布系统相比，系统扩容难度加大，投资规模也会增加。

（2）光纤分布系统

光纤分布系统是用光纤作为传输媒介，也属于一种有源分布系统，主要由中继端机、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。该分布系统具有传输损耗小、便于新系统和多系统的接入、分合路比较容易、利于系统调整覆盖范围、易实现小区分裂、信源组合和频率复用、适合于长距离传输等优点。

3.5 信源与覆盖方式的综合考虑

进行实际室内覆盖设计时，在对信源及覆盖方式选取上应本着既要有效解决覆盖范围和室内移动业务接入要求，又要减少室内电磁波污染并合理控制工程成本、降低造价的原则来综合考虑。通常在建筑面积不大的微、小型建筑中，如果建筑结构简单、内部障碍小，可根据覆盖范围大小选择小功率直放站、中功率直放站或微蜂窝做信源，选用无源射频分布系统进行室内覆盖；如果建筑物内部结构复杂、信号衰减大，则考虑改用有源射频分布系统。在中型建筑物中，通常选用微蜂窝做信源，采用有源射频分布系统。在大型建筑中，可采用微蜂窝或宏蜂窝基站做信源，楼层较高时采用有源射频分布系统、楼层面积较大时采用光纤分布系统。

4 室内覆盖系统设计实例

4.1 工程背景

某市新建一幢集商店、娱乐、办公、住家为一体的多功能大厦，高28米，由主楼和地下室组成，地上共6层，地下2层，总建筑面积约为3万平方米。在大楼投入使用之际，现对该大楼室内的信号覆盖系统进行设计。

4.2 设计方案

（1）根据实际情况，整个大厦建设面积大、用途不一，因此决定将大厦分成4个小区，每个小区根据实际情况进行话务预测。

（2）为提高系统性能价格比，充分利用信源的能量，该工程采用光纤直放站做信源，通过光纤将室外基站信号引入，远端机放置在一楼的弱电井里，采用无源射频分布系统加干线放大器进行室内分布系统分配（见图1）。

（3）为了能让手机在楼层内完成切换以及保证手机在进出电梯时能正常通话和切换，在电梯里加了两副对数周期天线增强电梯内部信号，避免了电梯在不同小区中运行及进出电梯时由于来不及完成切换而产生掉话。

（4）经实地勘察，该大厦1—3楼结构较复杂，墙体对信号的衰减较大，需安装天线密度较大才能满足覆盖要求；其他楼层结构相对来说较为空旷，使用较少天线就可以达到良好的覆盖效果。

（5）利用直放站可覆盖1—3楼，地下室及4楼用5W干线放大器，5、6楼分别用2W干线放大器作信号补偿后进行覆盖。

（6）光纤直放站远端机将光信号转为射频信号后有1/2″馈线电缆将信号引入各层的弱电井中，各层的天馈分布系统均由弱电井引线，主干馈线、功分器、耦合器均固定在弱电井。

（7）室内天线采用全向吸顶天线，天线帽全部在装修吊顶下方，以保证天线垂直水平美观，且不破坏室内整体环境。

4.3 室内覆盖设计测试验证

（1）信号数据测试

模拟测试

分别从大厦的居民区、商店、办公区选择了9个测试点进行信号覆盖效果模拟测试。经过测试，每副全向吸顶天线覆盖范围为20米的一个圆，以此为依据在整个覆盖区按照人流量的大小估计话务量的需求合理布放天线，通过分析和计算，系统能达到理想的覆盖效果，且投资最少、扩容方便。

边缘场强预测

设从天线出来的信号穿透一堵墙，每堵墙衰减取15dB，地面、墙壁及天花板等物体反射的多径传输衰落储备取10dB，功率储备取5dB，传播20米空间范围的自由衰减取50dB，则路径总衰减为：L=L自由+L墙+ L多径+L储备=50+15+10+5=80dB。

若覆盖天线有效发射功率为10dBm，则：预测点边缘场强=覆盖天线有效发射功率-路径总衰减=10-80=-70dBm。

根据以上计算结果可知，该系统设计能达到良好的覆盖效果。

（2）数据的测试结果及分析

该室内覆盖系统工程完工后，在大厦各层进行信号电平测试和通话质量测试，并与覆盖系统开通前的测试数据作对比，如表1所示。

由表1可见，信号覆盖效果得到明显改善，可以很好地解决大厦楼内存在的弱信号及信号盲区问题，填补了网络缝隙，优化了信号覆盖和无线指标，提高了用户用网满意度，从而保证了运营商的良好信誉。

参考文献：

[1] 张敏，蒋招金，等. 3G无线网络规划与优化[M]. 北京： 北京邮电大学出版社， 2012.

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