特殊覆蓋技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用

摘要　隨著移動(dòng)通信技術(shù)的高速發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化也面臨一些新的問題，網(wǎng)絡(luò)覆蓋是最先需解決的，本文綜合目前所遇到的一些覆蓋方面的問題。結(jié)合實(shí)際情況總結(jié)了4種特殊覆蓋技術(shù)。并就其在無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1、前言

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模的發(fā)展，室外覆蓋已基本做到了無縫連接。全國各地的大中小城市的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過長期優(yōu)化，室外覆蓋尤其是市區(qū)道路覆蓋已基本達(dá)到滿意狀態(tài)，但室內(nèi)覆蓋和特殊環(huán)境下的覆蓋還比較差，這些深層次的覆蓋問題日益突顯。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和日常網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，解決一個(gè)區(qū)域或一個(gè)投訴熱點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，已經(jīng)不再是一個(gè)基站、一面天線所能達(dá)到的，有的甚至還會(huì)帶來頻率干擾、切換頻繁等負(fù)面影響。在城市復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中深層次的覆蓋問題主要有：居民小區(qū)內(nèi)的部分路面的覆蓋不盡如人意；地下車庫、地下商場存在覆蓋盲區(qū)；電梯無覆蓋；高層覆蓋亂等。城市中需要深層覆蓋的區(qū)域往往具有潛在的高話務(wù)量需求，根據(jù)DoCoMo的最新統(tǒng)計(jì)，室內(nèi)場所吸收了將近70%的話務(wù)量。目前，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋技術(shù)從基站建設(shè)的單一化走向了多樣化和特殊化，怎樣利用一些特殊的覆蓋技術(shù)來解決無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中面臨的一些特殊問題，是本文所要討論的問題。

2、傳統(tǒng)覆蓋技術(shù)

運(yùn)營商每年都要投入大量的資金來解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，目前大部分城市的中心城區(qū)的基站密度越來越大，宏基站的分布基本上是每500 m就有一個(gè)。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)蜂窩系統(tǒng)，在蜂窩系統(tǒng)中有若干個(gè)收發(fā)信機(jī)，而且每個(gè)收發(fā)信機(jī)所覆蓋的范圍有一部分是重疊的，基于這種蜂窩系統(tǒng)，目前的覆蓋技術(shù)主要是蜂窩覆蓋技術(shù)，即采用全向或定向基站對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行覆蓋，如圖1所示。

圖1　全、定向站覆蓋示意

隨著網(wǎng)絡(luò)覆蓋的不斷深入，采用蜂窩覆蓋技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的方式也開始凸顯出其不利的方面，由于基站建設(shè)受其周邊環(huán)境、天線架設(shè)高度、電波輻射方向等方面的限制；而無線電磁波的覆蓋效果往往與預(yù)期的效果有所差距，因此產(chǎn)生了一系列的覆蓋難題。以下本文從另外一個(gè)角度來分析網(wǎng)優(yōu)中的無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋技術(shù)。

3、特殊覆蓋技術(shù)及應(yīng)用

由于傳統(tǒng)的覆蓋技術(shù)無法徹底地解決目前網(wǎng)絡(luò)覆蓋上存在的一些問題，因此針對(duì)這些特殊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，產(chǎn)生了一系列特殊的網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)。

（1）天線分裂技術(shù)

天線分裂技術(shù)是無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中使用的一種非常規(guī)方法，是針對(duì)特殊環(huán)境下使用的一種覆蓋技術(shù)。在覆蓋環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，必須形成主力覆蓋，在保證信號(hào)強(qiáng)度的情況下擴(kuò)大覆蓋面積。由于高樓的阻隔，特別是在轉(zhuǎn)彎處，一個(gè)定向天線是無法在兩個(gè)方向上形成連續(xù)覆蓋的，對(duì)此，可利用功分器將定向天線一分為二，這樣就能在不增加機(jī)架及載波數(shù)量，只增加天饋線的情況下擴(kuò)大單一小區(qū)的覆蓋范圍。由于目前城市已是密集覆蓋，因此功分后的天線輻射功率依然滿足原來覆蓋要求，如圖2所示。

圖2　天線分裂技術(shù)示意

天線分裂技術(shù)可以用在許多地方進(jìn)行覆蓋，例如：有的地方覆蓋廣度不夠，采用90°甚至120°天線時(shí)，覆蓋廣度和天線增益又比較難達(dá)到要求，這時(shí)就可以采用功分方式的天線分裂技術(shù)來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)覆蓋。筆者將這種分裂天線的技術(shù)用于只有一個(gè)方向?qū)Ω呒苄纬芍髁Ω采w的小區(qū)（基站只有一個(gè)小區(qū)覆蓋高架橋），將主力覆蓋小區(qū)的天線一分為二，從兩個(gè)角度對(duì)高架橋進(jìn)行覆蓋，提高主力覆蓋距離，結(jié)果取得了令人滿意的效果，通過路測發(fā)現(xiàn)，在以前切換頻繁的路段形成了主力覆蓋后，不但使該路段切換大為減少，語音質(zhì)量也有明顯的提高，總體切換失敗率和掉話率均有所下降，個(gè)別站的位置更新次數(shù)有明顯下降，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的。

（2）高層覆蓋技術(shù)

目前無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)規(guī)劃主要是解決地面道路、區(qū)域的覆蓋，對(duì)高層建筑的覆蓋考慮不多，因此建成的無線網(wǎng)絡(luò)存在一定的局限性，在高樓層區(qū)域覆蓋效果較差。在大中城市中，常常有一定數(shù)量的20層以上的高層建筑，在其中工作的手機(jī)客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求較高。隨著高層建筑數(shù)量的不斷增加，高樓層覆蓋問題日益突出，高層覆蓋技術(shù)也就應(yīng)勢(shì)而生，高層覆蓋技術(shù)在這里可以看作是解決高層覆蓋的一系列技術(shù)，除了較為傳統(tǒng)的室內(nèi)分布技術(shù)外，另一種就是室外高層覆蓋的技術(shù)。

高層室外基站覆蓋方式是采用安裝在20層以上、低于覆蓋目標(biāo)高度的室外基站，采用特定輻射方向的天線，天線傾角平射或者上傾，將無線信號(hào)集中發(fā)射至前方高層建筑，使高層室內(nèi)信號(hào)足夠強(qiáng)，建立主導(dǎo)覆蓋小區(qū)，從而保證信號(hào)質(zhì)量，如圖3所示。

圖3　高層覆蓋技術(shù)示意

采用這種方式需考慮高層基站對(duì)地面的影響，由于高層基站高度高，因此需要控制高層基站對(duì)地面的干擾。由于天線傾角為零度或上傾，垂直波瓣角度小，副瓣抑制20 dB以上，同時(shí)選址時(shí)要求被覆蓋目標(biāo)在正前方，最好有多棟高層，可利用樓宇阻擋，控制覆蓋范圍，減少對(duì)遠(yuǎn)距離地面的影響，從而保證低于地面基站信號(hào)10 dB以上。為此，一般考慮選擇方向性更強(qiáng)的八木天線，覆蓋個(gè)別特定的建筑；天線安裝傾角為零度水平發(fā)射。考慮到玻璃金屬幕墻的較強(qiáng)反射作用，可適度上傾發(fā)射，以減少對(duì)地面的影響，并將信號(hào)集中覆蓋高層樓宇。這里對(duì)天線質(zhì)量要求高，要求有良好的方向性。

（3）小區(qū)室外覆蓋技術(shù)

這里的小區(qū)是指居民住宅小區(qū)，并非蜂窩小區(qū)。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，居民小區(qū)呈多樣性發(fā)展，有高層也有低層，有大型社區(qū)也有廖廖幾棟的，有低密度的也有高密度的，通常情況下，一般室外可以覆蓋或勉強(qiáng)可以覆蓋，但室內(nèi)尤其是一二層室內(nèi)覆蓋效果較差。居民小區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋一方面可以解決室內(nèi)深度覆蓋問題，另一方面可以充分吸收這類區(qū)域的話務(wù)，緩解現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)容量壓力，其實(shí)質(zhì)是特殊場合的點(diǎn)或面的覆蓋。

我們首先要分析覆蓋目標(biāo)的特征，居民小區(qū)的特點(diǎn)是建筑物排列比較規(guī)則，按樓層高度可以分為：高層（小高層）住宅區(qū)，9層以上；普通（多層）住宅區(qū)，5～7層；別墅區(qū)和低矮住宅區(qū)，4層以下。按建筑密度可分為：高密度住宅區(qū)，樓間距10 m以內(nèi)；中等密度住宅區(qū)，樓間距10～20 m；低密度住宅區(qū)，樓間距20 m以上。按建筑材料可分為：混凝土框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、新型空心磚墻壁。另外受氣候影響，各地建筑物墻壁的厚度差別也較大�？偟膩碚f，南方地區(qū)墻壁較薄，一般為24 cm、37cm；而北方墻壁較厚，一般大于49 cm。在高檔住宅小區(qū)通常有地下停車場，這部分目前基本無覆蓋�？偟膩碚f，居民小區(qū)結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，目前覆蓋的主要手段是建設(shè)宏基站，理想的地點(diǎn)是在小區(qū)中心架設(shè)基站，爾后在小區(qū)周邊架設(shè)基站，倘若這兩種情況都無法實(shí)施或者覆蓋還達(dá)不到理想效果，就需要采用其他的覆蓋方式，小區(qū)室外覆蓋技術(shù)就是其中一種比較適用的技術(shù)。

這里的室外覆蓋技術(shù)是與室內(nèi)覆蓋相對(duì)的一種，即在室外采用分布式系統(tǒng)來解決室內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種技術(shù)。如圖4所示，可以在小區(qū)安裝室外分布系統(tǒng)，將天線安裝在室外的路燈燈柱或路牌等高度在5 m左右的物體上，老式小區(qū)可以與室外電話線或有線電視電纜綜合布線。

圖4　小區(qū)室外覆蓋技術(shù)示意

小區(qū)室外覆蓋技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以根據(jù)小區(qū)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)情況不同而不同，可以進(jìn)行全覆蓋，也可以部分覆蓋；可以采用整體覆蓋方式，也可以進(jìn)行分片覆蓋；在無法走纖的覆蓋區(qū)域，可以采用無線直放站傳遞的方式進(jìn)行覆蓋。小區(qū)室外覆蓋技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式較室內(nèi)覆蓋要靈活，后者主要受空間的限制。

（4）多點(diǎn)覆蓋技術(shù)

在現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)中，覆蓋弱區(qū)或盲區(qū)并不是很集中，而是分布得比較散，如獨(dú)立樓的電梯、地下停車場等，對(duì)于這些地方，目前幾乎都是直接從附近基站采用直放站放大尾端信號(hào)來解決，有的是無線直放站，有的是光纖直放站。由于無線直放站無法對(duì)收端信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，往往導(dǎo)致放大后的信號(hào)比較雜亂，目標(biāo)覆蓋區(qū)內(nèi)切換失敗較多，較易掉話。光纖直放站雖然避免了這個(gè)問題，但由于直放站對(duì)上行基站引入了一定的噪聲，導(dǎo)致上行基站底噪抬高，容易影響上行基站的通信，從而影響該基站覆蓋區(qū)域內(nèi)用戶的正常通信。

多點(diǎn)覆蓋技術(shù)是采用一個(gè)基站（微蜂窩）帶多個(gè)光纖直放站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋的一種覆蓋技術(shù)，而該微蜂窩僅僅作為信號(hào)源，不對(duì)室外進(jìn)行覆蓋，如圖5所示。

圖5　多點(diǎn)覆蓋技術(shù)示意

多點(diǎn)覆蓋主要適用于覆蓋區(qū)域較小、話務(wù)較低的目標(biāo)區(qū)，正是因?yàn)檫@兩個(gè)特點(diǎn)，對(duì)光纖直放站選型時(shí)一定要注意其功放的大小，功率過大雖然僅僅比目標(biāo)區(qū)的接收電平強(qiáng)幾個(gè)dB，但對(duì)上行信號(hào)源會(huì)產(chǎn)生較大影響，甚至?xí)�影響該信�?hào)源下其他點(diǎn)的通信；功率過小就無法達(dá)到覆蓋的目的，造成資源浪費(fèi)。因此，合理選擇光纖直放站的型號(hào)是實(shí)踐多點(diǎn)覆蓋技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

4、小結(jié)

在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中，覆蓋是第一位的，覆蓋目標(biāo)的復(fù)雜性和無線電波的不可預(yù)見性，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋是復(fù)雜的，網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋往往不是一兩種覆蓋技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)每一種覆蓋技術(shù)也不是孤立的，比如在高層覆蓋中，可以在圖3中的高層A架設(shè)基站，用以覆蓋高層B，同時(shí)也可以利用基站耦合方式和室內(nèi)分布系統(tǒng)來對(duì)高層A進(jìn)行覆蓋。同樣在對(duì)住宅小區(qū)的電梯高層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋時(shí)，可以采用高層覆蓋和小區(qū)室外覆蓋相結(jié)合的方式來解決覆蓋問題�？傊�，就是根據(jù)具體情況選擇適合的覆蓋技術(shù)。