3G室內(nèi)分布技術(shù)現(xiàn)狀

面對(duì)即將到來的3G時(shí)代，室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)受到了業(yè)界越來越多的關(guān)注。本文論述了室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決室內(nèi)覆蓋、吸收話務(wù)量、提高用戶滿意度的直接有效方式，提出了2G/3G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的不同覆蓋解決方案，對(duì)多系統(tǒng)合路器(POI)的共用問題進(jìn)行了考慮，分析了室內(nèi)分布系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)要求，探討了分布式天線系統(tǒng)和漏纜分布系統(tǒng)的鏈路預(yù)算，為室內(nèi)覆蓋的設(shè)計(jì)提供了參考。

3G對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)的要求

3G網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量來自于室內(nèi)。根據(jù)香港SUNDAY對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集結(jié)果可知，3G業(yè)務(wù)的室內(nèi)話務(wù)量占總話務(wù)量的一半以上。而NTTDoCoMo的最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大約70%的業(yè)務(wù)量來自于室內(nèi)。綜合考慮建筑物結(jié)構(gòu)、電磁波傳播環(huán)境和容量需求方面的因素，將室內(nèi)分布場景細(xì)分為以下幾類，見圖1。

和2G網(wǎng)絡(luò)相比，3G網(wǎng)絡(luò)在深層次覆蓋時(shí)存在諸多不足。此外，由于3G系統(tǒng)自干擾的特性，會(huì)引起“呼吸效應(yīng)”現(xiàn)象和“遠(yuǎn)近效應(yīng)”現(xiàn)象。因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)需要考慮減少網(wǎng)絡(luò)的滿載率，同時(shí)也要考慮切換區(qū)域大小的設(shè)置問題。

由于室外站進(jìn)行室內(nèi)覆蓋對(duì)信號(hào)的控制和深度覆蓋不能做到最優(yōu)，嚴(yán)重影響用戶的滿意度。韓國最大的移動(dòng)通信商SKT的數(shù)據(jù)顯示，大部分服務(wù)質(zhì)量差的位置都在室內(nèi)，且往往是由于宏蜂窩基站覆蓋不到位造成的。

相比之下，室內(nèi)分布系統(tǒng)不僅可以在話務(wù)密集地區(qū)進(jìn)行有效的話務(wù)吸收，解決室內(nèi)“無死角”覆蓋，而且減輕了室外站小區(qū)“呼吸效應(yīng)”，降低了室外系統(tǒng)的負(fù)荷，從而能夠提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和容量。

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)

傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)將不同系統(tǒng)割裂開來，采取單獨(dú)建設(shè)、單獨(dú)維護(hù)的策略。但由于我國目前網(wǎng)絡(luò)存在多種系統(tǒng)，且頻段跨度較大，所以室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)該采用多系統(tǒng)的寬頻室內(nèi)覆蓋方案，即一套天饋系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)覆蓋。

其中，信號(hào)源主要包括室內(nèi)宏蜂窩基站、室內(nèi)微蜂窩基站和直放站等。從系統(tǒng)容量和功率需求的角度，根據(jù)不同話務(wù)需求和覆蓋場景選擇不同的信號(hào)源。比如，對(duì)于大話務(wù)量地區(qū)，宜采用宏蜂窩基站作室內(nèi)分布系統(tǒng)的信號(hào)源，能夠插入多塊基帶處理板，滿足話務(wù)密集地區(qū)的需求；對(duì)于寫字樓等室內(nèi)用戶集中、話務(wù)量較高區(qū)域，可以考慮建設(shè)微蜂窩室內(nèi)分布系統(tǒng)；對(duì)于隧道、地鐵車站、地下商場、地下酒吧等強(qiáng)調(diào)覆蓋而非容量的場所，可以考慮用室內(nèi)直放站引入基站信號(hào)。

信號(hào)分布系統(tǒng)可以分為無源分布系統(tǒng)，有源分布系統(tǒng)和混合分布系統(tǒng)三種形式。無源分布系統(tǒng)是通過無源器件進(jìn)行分路，經(jīng)由饋線將無線信號(hào)盡可能平均地分配到覆蓋單元上，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)信號(hào)的均勻分布；有源分布系統(tǒng)中加入了功率放大器這一類有源設(shè)備。信號(hào)經(jīng)過各級(jí)衰耗后，到達(dá)末端時(shí)，可以利用放大器放大以達(dá)到理想的強(qiáng)度，保證覆蓋效果。也可以混合采用無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)的部分器件，建立一套混合的信號(hào)分布系統(tǒng)。

覆蓋方式主要有三種，即分布式天線系統(tǒng)(DAS)、泄漏電纜系統(tǒng)和混合方案。

分布式天線系統(tǒng)能夠支持從400MHz到2.5GHz很寬的頻率范圍；對(duì)于建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)狹長的特別區(qū)域，例如公路隧道、鐵路隧道、礦井等，可選用泄漏電纜分布系統(tǒng)，泄漏電纜不需要室內(nèi)天線，通過電纜上泄漏信號(hào)進(jìn)行覆蓋；多系統(tǒng)的寬頻室內(nèi)覆蓋方案共用天饋線系統(tǒng)，具有相當(dāng)靈活的可擴(kuò)展性。但是在多網(wǎng)合一的室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)系統(tǒng)間干擾的分析和抑制至關(guān)重要。

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，需要考慮三方面的因素：降低室外信號(hào)對(duì)室內(nèi)的影響；減少室內(nèi)信號(hào)外泄；室內(nèi)環(huán)境的特殊性所帶來的傳輸與空間衰耗。

首先，由于室外基站會(huì)對(duì)室內(nèi)系統(tǒng)造成影響，所以必須對(duì)來自室外基站的信號(hào)進(jìn)行測量，以了解室外宏站對(duì)室內(nèi)系統(tǒng)的影響。

其次，室內(nèi)分布系統(tǒng)的信號(hào)泄漏容易造成對(duì)室外信號(hào)的干擾，容易導(dǎo)致室外用戶選用室內(nèi)信號(hào)，使軟切換增多，從而影響室外的掉話率。在3G工程設(shè)計(jì)階段就需要控制過多的軟切換區(qū)，減少室內(nèi)天線的輸出電平，控制信號(hào)泄漏電平。在靠近窗戶、門口等邊緣區(qū)域，應(yīng)采用方向性較好的定向天線，以減少信號(hào)的泄漏從而優(yōu)化切換關(guān)系。

最后，由于頻率上的差異，多系統(tǒng)共用室內(nèi)分布系統(tǒng)不可避免地帶來了不同系統(tǒng)間在室內(nèi)分布系統(tǒng)上功率損耗不一致的情況。比如，在2GHz下信號(hào)的饋線損耗，空間損耗和隔墻損耗都有增加。所以，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用“多天線低功率”方式進(jìn)行覆蓋，合理布防天線。

鏈路預(yù)算

1.容量預(yù)分析

A地的人流量是2000人/小時(shí)，設(shè)手機(jī)人均使用率為25%，A地移動(dòng)電話用戶數(shù)為2000*25%=500/小時(shí)。用戶均勻分布，平均每用戶忙時(shí)話務(wù)量為0.02Erl，則A地總的話務(wù)量為10Erl，按照20%的余量，最大吸收話務(wù)量為12Erl。系統(tǒng)信號(hào)源為微蜂窩基站，根據(jù)Erlang-B公式表，當(dāng)呼損率為2%時(shí)，兩個(gè)載頻容量為8.20Erl。因此采用4個(gè)載頻容量足夠提供系統(tǒng)使用。

2.覆蓋場強(qiáng)預(yù)分析

吸頂全向天線的輸出口功率為7dBm，增益為3dBi。距天線的最遠(yuǎn)覆蓋距離約為10m。自由空間傳播損耗是58dB，貫穿損耗和多徑衰落分別是15dB和10dB。則邊緣場強(qiáng)=7+3-58-15-10=-74dBm。

覆蓋電梯的定向板狀天線的輸出口功率為11dBm，增益為8.5dBi。距天線的最遠(yuǎn)覆蓋距離約為20m，20m自由空間傳播損耗是64dB，貫穿損耗和多徑衰落分別是20dB和15dB。則邊緣場強(qiáng)=11+8.5-64-20-15=-79.5dBm。

一般以移動(dòng)終端的發(fā)射功率來確定漏泄射頻同軸電纜的最大覆蓋長度。移動(dòng)終端的最大輸出功率為2W，系統(tǒng)要求的最低場強(qiáng)為-105dBm。頻率為2GHz，95%耦合損耗為86dB，耦合損耗的波動(dòng)余量為5dB。漏泄同軸電纜的衰減常數(shù)為44dB/km，跳線及接頭損耗為2dB，地鐵系統(tǒng)車體的屏蔽作用和吸收損耗為10dB。則最大覆蓋距離=(33-(-105)-86-5-2-10)/44=795m

在新的通信系統(tǒng)中，覆蓋、容量和質(zhì)量不再獨(dú)立，需要綜合考慮；多業(yè)務(wù)的同時(shí)存在也需要均衡考慮；重要的是，需要兼顧多網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行通信的狀況；干擾也將成為未來移動(dòng)通信的最大攻克難點(diǎn)。而這些對(duì)饋線、漏纜、器件及附件和天線的性能都提出了很高的要求。

鏈接　作者簡介

袁衛(wèi)文：現(xiàn)為中天日立射頻電纜有限公司(ZTT)技術(shù)部研發(fā)工程師。1990年畢業(yè)于中國人民解放軍國防科工委指揮技術(shù)學(xué)院。曾在西安衛(wèi)星測控中心(XSCC)任雷達(dá)工程師。多次獲國防科工委及XSCC的科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)。

王強(qiáng)：現(xiàn)任中天日立射頻電纜有限公司總經(jīng)理。先后畢業(yè)于中國人民解放軍通信工程學(xué)院南京大學(xué)商學(xué)院獲得碩士學(xué)位。2008年，組織研發(fā)的3G室內(nèi)分布漏泄電纜天線榮獲南通市人民政府頒發(fā)的南通市科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

藍(lán)燕銳：2001年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，現(xiàn)任中天日立射頻電纜有限公司副總工程師職務(wù)，負(fù)責(zé)新品開發(fā)、技術(shù)管理工作。2007年編寫論文《移動(dòng)通信用漏泄射頻同軸電纜》被收集進(jìn)中國通信學(xué)會(huì)2007年光纜電纜學(xué)術(shù)年會(huì)的論文集。