移动通信室内覆盖技术

移动覆盖技术

一、为什么要建设室内覆盖系统？

随着城市建筑的日益增多以及建筑材料的复杂化，手机在密集的建筑间，建筑物内、地下室、隧道、高速公路等地会出现接通率低、漫游不畅甚至掉话现象，给移动用户带来不便，这就需要移动运营部门不断地对网络进行优化。

而室内覆盖系统便是移动运营部门对室内信号弱及信号盲区进行覆盖的主要网络优化方式。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。室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的。

进行室内覆盖系统建设的直接理由是：

室内移动通信环境有太多需要完善的地方；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。

二、什么地区需要室内覆盖？

室内盲区：新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。

话务量高的大型室内场所：车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。

发生频繁切换的室内场所：高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。

三、什么是室内覆盖？

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。

室内覆盖系统为上述问题提供了较佳的解决方案。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覆盖。

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；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。

四、实现室内覆盖的方法

实现室内覆盖的技术方案可分为三种：

1、微蜂窝有线接入方式

是以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源，即有线接入方式。适用于覆盖范围较大且话务量相对较高的建筑物内，在市区中心使用较多，解决覆盖和容量问题。改善高话务量地区的室内信号覆盖，微蜂窝是最佳解决方案。与宏蜂窝方式相比，微蜂窝方式是更好的室内系统解决方案。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。

但微蜂窝在室内使用时，受建筑物结构的影响，使其覆盖受到很大限制。对于大型写字楼等，如何将信号最大限度、最均匀地分布到室内每一个地方，是网络优化所要考虑的关键。且微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。因此，对宏蜂窝方式亦或微蜂窝方式的选取，需要综合权衡移动网络和运营商的多方面因素才能定夺。

2、宏蜂窝无线接入方式

是以室外宏蜂窝作为室内覆盖系统的信号源，即无线接入方式。适用于低话务量和较小面积的室内覆盖盲区，在市郊等偏远地区使用较多。

宏蜂窝方式的主要优势在于成本低、工程施工方便，并且占地面积小;其弱点在于对宏蜂窝无线指标尤其是掉话率的影响比较明显。

目前，采用选频直放站并增加宏蜂窝的小区切换功能可以缓解这一矛盾:当对应的宏蜂窝频率发生变化时，直放站选频模块需要作相应调整。

随着运营商对成本和网络资源利用率的注重，宏蜂窝方式在最近一年出现升温的势头。

3、直放站（Repeater）

在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（Repeater）将室外信号引入室内的覆盖盲区。

利用微蜂窝解决室内问题也存在很大的局限性。建设微蜂窝的设备投入与工程周期都较大，只适合在话务量集中的高档会议厅或商场使用。在这种情况下，直放站（Repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。直放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，

设备型号也丰富多样，在移动通信中正扮演越来越重要的角色。

直放站的应用场合主要有以下几种：

·扩大服务范围，消除覆盖盲区；

·在郊区增强场强，扩大郊区站的覆盖；

·沿高速公路架设，增强覆盖效率；

·解决室内覆盖；

·将空闲基站的信号引到繁忙基站的覆盖区内，实现疏忙。

使用微蜂窝和直放站的比较：

五、室内覆盖系统的组成

室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成。

六、信号源提取的几种方法

（一）直放站做信号源

1. 通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号；

2. 用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到盲区内的直放站。

3. 用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到盲区内的直放站。

（二）微蜂窝(基站)加直放站方式

七、信号分布的基本方式

1. 无源天馈分布方式

通过无源器件和天线、馈线，将信号传送和分配到室内所需环境，以得到良好的信号覆盖。用于中小型地区。

2. 有源分布方式

通过有源器件(有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等)和天馈线进行信号放大和分配。

3. 光纤分布方式

主要利用光纤来进行信号分布。适合于大型和分散型室内环境的主路信号的传输。

4. 泄漏电缆分布方式

信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线起到信号的发射和接收作用。它适用于隧道、地铁、长廊等地形。

总的来说，信号分布系统根据覆盖区域的具体情况，组合无源、有源、光纤、泄漏等方式，进行综合性的分析。在实际使用中，室内分布系统可使每个微蜂窝覆盖范围增至几十层楼左右；如果加装干线放大器，覆盖范围还可大幅度增加。

一个完备的室内分布系统应能够通过一个特定的接口，取得基站的下行信号，均匀地分布到指定场所的每一处。同时，又将这场所的每一处的基站上行信号收集到后，均匀地送达特定的接口。

构成室内分布系统的主要设备是：馈线、天线、干线放大器、延长放大器以及耦合、功分等无源器件。在系统设计上主要考虑的是能量分配的问题。

八、室内覆盖系统的工程建设

室内覆盖系统的建设可分为准备、市场、协商、设计、安装、验收、运行维护等七个阶段。

准备工作是指由技术人员对建筑物内的无线信号进行测试，确定工程选点。准备工作是整个工程的发起阶段，下述选点原则可供参考：

第一，尽量寻找室内信号不好、又有人流量的建筑物作为室内覆盖选点的对象。

第二，选择城区内知名的高层建筑进行覆盖，如热卖出租的写字楼。就目前的网络优化手段而言，对于高层空间的无线干扰及乒乓切换效应，没有其它更为有效的解决方案。

第三，分析宏蜂窝话务情况、划定高话务区域，然后在高话务区域寻找话务热点建筑，利用室内覆盖系统吸收建筑物内的话务，从而缓解宏蜂窝容量方面的压力。一般可选择城区中心人流量大的商场、酒肆等，不论信号覆盖情况如何，均考虑进行覆盖。

市场工作指说服业主，达成合作意向。在当前市场经济和商业化日益发展的时代，市场工作在整个工程建设中举足轻重，业主对工程的接纳和配合直接关系到系统的最终建设。因此对市场工作应该给予充分重视，其中谈判技巧是考虑的要素之一。

协商工作指与业主就相关事项进行协商，达成有关协议，并签署协议书，内容包括物业管理、出入、双方责权利等。

设计工作指进行室内覆盖系统的工程设计，包括微蜂窝系统、传输系统、室内分布系统、电源系统共四部分内容。

安装工作指根据设计文件进行工程施工和安装，在所有准备工作就绪后，一般在３周之内可开通系统。

1. 设计考虑因素

信号源、场强分布、上行信噪比、互调干扰、上下行平衡、传输和分配损耗、施工难度、造价。

场强分布的一般设计标准：掉话率：< 1％、阻塞率：> 99%、接通率：> 95%((95%以上的地方可接通)、边缘场强：> -85dBm、 C/I> 12dB、上行噪声电平：< -120dBm、天线口功率：5 --- 15dBm、室外溢出信号：< -85dBm、切换成功率：> 95/。

★场强分布(室内空间传输损耗模型)

L = PL + 10*N*Lgd(米) + FAF

其中：PL为距天线1米处的路径衰减：典型值为30dB，N为同层衰减指数,办公楼 N＝3.25, 一般建筑N＝2.76,商场N＝2.18,FAF路径损耗附加值：玻璃8dB,隔墙10 --- 15dB,预制板20 --- 30dB

★上行信噪比

基站的白噪声为-120dBm，为了保证接收机的灵敏度，需要设置上行增益，使上行链路的总输入噪声小于-120dBm。

如：基站输出P＝43dBm，输入到直放站为-40dBm，即有效路径损耗为83dB，那么直放站的上行增益设置一定要小于：

83 －后极总的噪声系数

如只有直放站是有源器件，噪声系数为5dB，增益应设为小于78db;

如增益设为80，直放站总的噪声-115dBm(白噪声＋噪声系数)，在输出口变为-35dBm，经过83dB的有效路径损耗输入到基站为-118dBm，大于源噪声-120dBm, 使基站接收机灵敏度降低2dB。

★室内覆盖所需设备与器件

1微蜂窝，基站

2直放站(宽带、信道选择)：增益70－90db,20-33dBm输出

3干线放大器：增益30－50db,20-30dBm输出4藕合器：40dB(-0.3),30dB(-0.3),20dB(-0.5),10dB(-0.8),7dB(-1.1),5dB(-1.3)

5功分器：4功分器(-6.4)；3功分器(-5)，二功分器(-3.3)

6室内天线：定向(60-120度，5-10dBi),全向吸顶(2-5dBi)

7馈线接头：

波纹管电缆：7/8(-4dB/100m);1/2 (-7dB/100m);1/4 (-11dB/100m);屏蔽网电缆：7D-FB(-15dB/100m);9D-FB(-12dB/100m);12D-FB(-9dB/100m)

8泄漏电缆：7/8 (-6dB/100m);1-1/8(-4dB/100m)

9施主基站：水平波束角<35度；增益：15-18dBi

10光端机：点对点、点对多点

11光纤：双纤、单纤

★工程勘测设计

1、确定覆盖区域

室内覆盖的目的是在建筑物内部需要场强覆盖，而基站信号又无法辐射的区域提供理想的信号覆盖。因此，工程设计的首要工作是勘测确定哪些区域已被基站所覆盖，哪些区域还需室内分布系统增强信号。在勘测时，应特别注意话务繁忙地带，即用户最经常使用移动电话的地方，往往这一区域要设计一个分布天线。

2、预测覆盖效果并确定工程方案

经过实地勘测，可基本确定各分布天线的位置，并根据各分布天线管辖范围来确定其每个信道的输出功率Ptd。为了使方案规划更加准确，往往可对这些区域进行场强覆盖预测。

具体地可以采取以下方法：

用信号发生器和室内天线组成发射单元，在分布天线位置发出所设计的相应输出功率Ptd，而将测试手机作为接收单元，在相应覆盖区域各点测试场强的大小，观察是否能良好地接收到信号。

为使工程具有良好的性能价格比，工程设计还需选取放大量合适的匀点分布系统。

其中所需参数：

Lf 可从工程拟采用的馈线长度、型号算出；

Lc、GA1、GA2 可从工程采用的合/分路器和天线的规格型号中获得；

Prd可用测试手机在安装室外天线位置上测得；

用一部手机在覆盖区各处发出上行信号，而用一部测试手机在安装相应室内分布天线位置接收信号，所测得的最小信号即可视为此分布天线上行路线的最低输入电平Pru;

而系统对基站的最低输出电平Pru可由式 Pru=Sr+Ls 确定。

式中Sr为基站接收灵敏度，一般取-104dBm,

Ls为系统室外天线至基站的自由空间损耗，可由

Ls=32.5+20logF+20logd 计算获得。

式中：

d为系统至基站间的距离(km)，

F为信号频率(MHz)。

至此，确定系统放大量Ad、Au的所有参数均已获得，这样就可选取合适的室内匀点分布系统进行施工。

九、如何评价一个好的室内覆盖系统

1以最少的设备满足设计要求；

2不会因增加室内覆盖系统而影响整个网络的性能；

3兼容所有移动通信体制：CDMA800，GSM900，DCS1800，3G(2GHz频段，增加新的系统简单方便；)

4使用寿命长，具有远程监控能力，管理维护方便；

5综合考虑性价比。

以上对室内覆盖系统进行了简要介绍，从移动通信运营商的战略眼光来看，室内覆盖系统对于运营商提高服务水平、增强竞争实力、树立企业形象，具有不可低估的作用。

随着移动通信网络优化工作的深入展开，室内覆盖系统必将成为一种重要的优化手段运用于网络优化工作中。