3G室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化關(guān)鍵問題

摘要　首先對(duì)3G室內(nèi)分布系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，然后對(duì)其設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，并給出在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中的常見問題和相應(yīng)解決方案。

一、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境及特點(diǎn)

隨著移動(dòng)通信的普及，建筑物內(nèi)的話務(wù)密度不斷上升，室內(nèi)的話務(wù)占總話務(wù)的比例越來越高。根據(jù)國(guó)外運(yùn)營(yíng)商的統(tǒng)計(jì)，70%以上的話務(wù)量來自室內(nèi)，且數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)絕大多數(shù)發(fā)生在室內(nèi)，而室內(nèi)恰恰是網(wǎng)絡(luò)覆蓋的薄弱環(huán)節(jié)，僅僅依靠室外宏蜂窩基站的覆蓋已無法滿足容量及通信質(zhì)量的要求。室內(nèi)覆蓋的建設(shè)可以有效解決室內(nèi)的覆蓋、容量和質(zhì)量問題，同時(shí)也是運(yùn)營(yíng)商提升品牌，爭(zhēng)奪用戶的主要手段。室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、用戶感受和運(yùn)營(yíng)商品牌都是十分重要的。

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是滿足市區(qū)大型建筑物及重要地域話務(wù)分布的要求。室內(nèi)分布系統(tǒng)一般設(shè)在用戶集中、人口密集的大型建筑或重要地域。根據(jù)建筑物不同的話務(wù)和覆蓋特點(diǎn)，需要制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。

二、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

與2G網(wǎng)絡(luò)相比，由于3G系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，在進(jìn)行室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，不僅需要考慮信號(hào)源的選取和天線的布放，還要考慮最小耦合損耗，信號(hào)外泄以及和2G系統(tǒng)共用等問題。同時(shí)還要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展和業(yè)務(wù)定位來確定頻率的使用和相應(yīng)的覆蓋要求。為了減少后期優(yōu)化的工作量，需要對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，下面將對(duì)這些問題加以分析。

1.信號(hào)源的選取

在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中，可以作為信號(hào)源的有：蜂窩基站、直放站和射頻遠(yuǎn)端模塊等，其中微蜂窩基站和直放站應(yīng)用的最多。

蜂窩系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)穩(wěn)定、可靠，通信質(zhì)量好，可以有效地吸收話務(wù)量，適用于話務(wù)繁忙區(qū)域的室內(nèi)覆蓋；缺點(diǎn)是工程一次性投資大，需要解決傳輸線路等問題，受地理位置條件的限制。蜂窩型室內(nèi)分布系統(tǒng)大多應(yīng)用于星級(jí)酒店、高級(jí)寫字樓等比較大型的室內(nèi)建筑。

直放站安裝方便，投資最小，但有可能造成系統(tǒng)內(nèi)與外界網(wǎng)絡(luò)的干擾，同時(shí)在系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域話務(wù)量較高時(shí)會(huì)增加施主基站小區(qū)的負(fù)擔(dān)，而且在有源電分布系統(tǒng)中為避免多個(gè)放大器級(jí)聯(lián)引起的質(zhì)量下降，一般不再級(jí)聯(lián)干線放大器，限制了系統(tǒng)的服務(wù)區(qū)域。直放站作為信號(hào)源接入室內(nèi)分布系統(tǒng)，是利用施主天線空間耦合或利用耦合器件直接耦合存在富余容量的基站信號(hào)，再利用直放站設(shè)備對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大，為室內(nèi)分布系統(tǒng)提供信號(hào)源。

射頻遠(yuǎn)端模塊通過光纖將基站的射頻部分拉遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)基站射頻部分與基帶部分的分離，使得大容量基站可以集中放置在可獲取的中心機(jī)房，基帶部分進(jìn)行集中處理，射頻部分光纖拉遠(yuǎn)放置在規(guī)劃確定的站點(diǎn)上，這種技術(shù)也稱為射頻拉遠(yuǎn)。采用這種技術(shù)，可以節(jié)省常規(guī)建網(wǎng)方式中需要的大量機(jī)房，節(jié)約基帶單元的投資，減小饋線損耗。

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)在選擇信號(hào)源時(shí)，主要應(yīng)根據(jù)無線環(huán)境情況、要服務(wù)的區(qū)域的話務(wù)情況和所選室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)類型確定。選取信號(hào)源時(shí)，需要綜合考慮目標(biāo)話務(wù)量、覆蓋要求、電源要求、機(jī)房要求、具體場(chǎng)景特點(diǎn)要求等因素，最終采用既可達(dá)到所需的覆蓋要求又可合理控制成本的分布系統(tǒng)。其中最重要的考慮因素為容量和覆蓋：從容量角度考慮信號(hào)源的選取，主要是根據(jù)信號(hào)源可以支持的話務(wù)量和總的等效語音話務(wù)量需求來決定。一般對(duì)較小的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，在話務(wù)量較低時(shí)可選用直放站從周邊小區(qū)耦合信號(hào)；對(duì)較大的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，根據(jù)其可能達(dá)到的話務(wù)情況及安裝條件選用微基站或宏蜂窩基站作為信源。

從覆蓋角度考慮信號(hào)源的選取時(shí)，對(duì)于低話務(wù)密度、小規(guī)模覆蓋且較為封閉的場(chǎng)景，優(yōu)先選用直放站作為信號(hào)源；對(duì)于中等話務(wù)密度和中等覆蓋規(guī)模的場(chǎng)景，可以選用微基站作為信號(hào)源；對(duì)于高話務(wù)密度和大覆蓋規(guī)模的場(chǎng)景，建議采用選用宏基站+遠(yuǎn)端射頻模塊（RRU）作為信號(hào)源。除了容量和覆蓋，還要考慮機(jī)房和電源等配套設(shè)施，綜合這些因素后最終決定采用那種方式進(jìn)行室內(nèi)覆蓋。

2.天線的選擇與布放

分布式天線系統(tǒng)中使用的天線，一般增益較小，對(duì)波束的半功率寬度也沒有具體要求，這是由室內(nèi)覆蓋的特點(diǎn)決定的�？蛇x擇的天線類型有多種，如小的平板定向天線，全向柱形天線，全向吸頂天線。這些天線一般為垂直極化天線。定向平板天線和全向吸頂天線通常用于辦公室、賓館、居住樓、展覽館、走廊。對(duì)于一般單根天線覆蓋區(qū)域較小的場(chǎng)合，建議使用全向天線。如果是覆蓋比較空曠的狹長(zhǎng)區(qū)域，則建議采用定向天線。全向柱形天線主要用于內(nèi)部空間大的建筑，如體育館工業(yè)場(chǎng)館、商場(chǎng)。對(duì)于居住樓和賓館，設(shè)計(jì)天線的安裝位置是有較大困難的，除了復(fù)雜的樓層布局，視覺效果也是很重要的。

在室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中，考慮到室內(nèi)環(huán)境的特殊性、減少信號(hào)外泄、降低室外信號(hào)對(duì)室內(nèi)的影響三方面因素，也為了保證系統(tǒng)均勻、有效覆蓋，更主要的是增加系統(tǒng)容量，降低多址干擾，可根據(jù)模擬測(cè)試結(jié)果，采用多天線小功率原則，合理布放天線，保證室內(nèi)分布效果。

3.信號(hào)外泄的控制

由于3G是干擾受限系統(tǒng)，因此減少不必要的干擾對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)容量有很重要的影響。由于各種墻體的損耗不一致，尤其是窗戶和玻璃幕墻的損耗較小，很容易造成3G室內(nèi)小區(qū)信號(hào)經(jīng)過外墻泄漏到室外，造成室外不必要的切換，增加資源額外開銷和掉話率。因此，需要控制室內(nèi)小區(qū)信號(hào)外泄的強(qiáng)度、位置和范圍�？疾焱庑闺娖綇�(qiáng)度的參考點(diǎn)常常是建筑物墻體之外的10米�？刂菩盘�(hào)外泄的方法主要是利用墻體的隔離作用，輔助以外墻附近盡可能安裝板狀定向天線向內(nèi)覆蓋，另外盡可能使用小功率天線靠近外墻放置。

4.最小耦合損耗問題

最小耦合損耗（MCL）是指基站和手機(jī)的發(fā)射部分與接收部分之間最小的耦合損耗。MCL可以認(rèn)為是手機(jī)在位于離天線最近時(shí)候的路徑損耗。在用戶向天線方向移動(dòng)的過程中，由于功率控制而使手機(jī)的發(fā)射功率越來越小，如果這個(gè)時(shí)候用戶的發(fā)射功率達(dá)到最低而用戶還是離天線越來越近，那么就會(huì)對(duì)其它手機(jī)造成干擾，使其它手機(jī)不得不抬高發(fā)射功率，從而導(dǎo)致整個(gè)室內(nèi)系統(tǒng)的噪聲抬高。實(shí)際上，可以通過詳細(xì)規(guī)劃減少M(fèi)CL的影響。由于手機(jī)最小發(fā)射功率所引起的噪聲取決于UE和基站之間的最小路徑損耗，因此應(yīng)當(dāng)考慮饋線和設(shè)備的損耗。

5.3G與2G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)

對(duì)于已經(jīng)有2G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，在建設(shè)3G室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)需要考慮與2G共用的問題。在和2G室內(nèi)分布共用時(shí)，主要采取原系統(tǒng)信號(hào)饋入點(diǎn)處加裝合路器設(shè)來實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的共享。通�？赡苡龅皆�2G系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)功率電平配置不足的問題。如果原室內(nèi)基站設(shè)備發(fā)射功率留有一定的備用余量，可通過調(diào)整其發(fā)射功率得以解決。不然將導(dǎo)致該建筑物內(nèi)部邊緣部分電平的不足，造成部分邊緣區(qū)域無主力覆蓋，破壞了原樓宇于外界切換區(qū)域的均衡和原系統(tǒng)設(shè)計(jì)中室內(nèi)覆蓋小區(qū)和外界小區(qū)的關(guān)系，一般該不平衡需要通過局部網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整得以解決。

3G和2G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)無源器件和饋線進(jìn)行更換和改造。如果原有的無源器件的頻譜范圍不包括3G的頻率，那么需要新增或者更換的器件包括：合路器、功分器、濾波器、耦合器、天線、匹配負(fù)載、射頻跳線、普通饋線以及超柔饋線等。

如果原有的無源器件（功分器、耦合器、天線、饋線、泄漏電纜、轉(zhuǎn)接頭以及負(fù)載）包括3G的頻率范圍，那么這些器件不必更換或者改造。

6.相關(guān)參數(shù)設(shè)置

對(duì)于3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要根據(jù)用戶在室內(nèi)使用的業(yè)務(wù)情況來確定目標(biāo)業(yè)務(wù)，根據(jù)目標(biāo)業(yè)務(wù)的要求來決定相應(yīng)的覆蓋要求，覆蓋要求一般包括接收信號(hào)編碼功率（RSCP）和Ec/Io（碼片量與接收點(diǎn)頻譜密度之比）。在頻率選擇上，如果頻率資源相對(duì)充裕，應(yīng)該考慮采用異頻方式，這樣可以減少干擾帶來的影響。雖然異頻在切換成功率上比同頻軟切換要低，但可以滿足用戶的要求。

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)中包含很多參數(shù)，這些參數(shù)的設(shè)置對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)性能有很大的影響，因此需要在設(shè)計(jì)階段就認(rèn)真考慮。在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于存在和2G網(wǎng)絡(luò)的互操作，因此異系統(tǒng)切換參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響較大。以WCDMA網(wǎng)絡(luò)為例，WCDMA向2G系統(tǒng)切換關(guān)鍵控制參數(shù)主要由觸發(fā)2d、2f和3a事件的參數(shù)決定。2d、3a觸發(fā)門限設(shè)置越低，話務(wù)越多地留在3G網(wǎng)絡(luò)。但這兩參數(shù)設(shè)置越低，發(fā)生切換時(shí)的3G信號(hào)越差，越容易發(fā)生掉話。2d、3a參數(shù)設(shè)置較高，可以在WCDMA信號(hào)變差之前將業(yè)務(wù)切換到2G小區(qū)，降低掉話率。通過測(cè)試結(jié)果來看，為避免3G網(wǎng)絡(luò)邊緣掉話，應(yīng)在3G信號(hào)較好情況下啟動(dòng)異系統(tǒng)測(cè)量，即異系統(tǒng)電路域業(yè)務(wù)的2d事件觸發(fā)電平不要設(shè)置過低。但2d和3a門限設(shè)置也不能過高，否則將引起大量3G用戶切換到2G小區(qū)，引起GSM網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量上升。

各事件的觸發(fā)門限值可以選擇Ec/Io或者RSCP，具體選擇可以根據(jù)情形來設(shè)定。在小區(qū)覆蓋邊緣，系統(tǒng)多為上行路損受限，從而觸發(fā)由于覆蓋原因?qū)е碌南到y(tǒng)間切換，建議采用RSCP測(cè)量量，而且Ec/Io變化的區(qū)間相對(duì)較小，變化太快，不適于覆蓋原因?qū)е碌那袚Q；對(duì)于小區(qū)覆蓋中心，干擾較大，系統(tǒng)多為下行干擾受限，從而觸發(fā)系統(tǒng)間切換，因此Ec/Io測(cè)量量更能表征系統(tǒng)的受干擾程度。

三、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵問題

3G室內(nèi)覆蓋的工程驗(yàn)收對(duì)網(wǎng)絡(luò)日后的通信質(zhì)量有重要影響，需要一套嚴(yán)格而明確的驗(yàn)收流程和方法來保證整個(gè)工程和網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。首先要確定驗(yàn)收指標(biāo)，驗(yàn)收指標(biāo)包括設(shè)備指標(biāo)，覆蓋指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。然后進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)收，其中有無源器件駐波比，天線口發(fā)射功率，合路器隔離度和有源器件對(duì)基站低噪的抬升。下一步結(jié)合設(shè)計(jì)要求對(duì)相應(yīng)的覆蓋指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)要求，對(duì)通話質(zhì)量和切換質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，最后給出整體的驗(yàn)收結(jié)果和相應(yīng)的修改意見。

隨著室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)建設(shè)和驗(yàn)收的結(jié)束，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入維護(hù)和優(yōu)化過程。由于業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展和變化，實(shí)際網(wǎng)絡(luò)很難與設(shè)計(jì)指標(biāo)完全保持一致，同時(shí)無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也在不斷變化，室內(nèi)分布系統(tǒng)需要不斷的進(jìn)行優(yōu)化才能保障高質(zhì)量的信息通信。3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的優(yōu)化主要問題集中在覆蓋控制和相應(yīng)的切換區(qū)域優(yōu)化。

1.每個(gè)樓層靠窗口區(qū)域的覆蓋問題和干擾問題的優(yōu)化

移動(dòng)用戶有靠窗打電話的習(xí)慣，如果室內(nèi)信號(hào)在窗口處信號(hào)過低，就可能在窗口處和室外小區(qū)構(gòu)成切換區(qū)，不但會(huì)影響小區(qū)容量，還可能引起乒乓切換增大掉話概率。如果室內(nèi)覆蓋信號(hào)過強(qiáng)，就會(huì)泄漏到室外宏小區(qū)，對(duì)室外同頻小區(qū)造成干擾。對(duì)樓層比較高的地方，在靠近窗口的地方也會(huì)收到來自其他小區(qū)的信號(hào)，對(duì)室內(nèi)同頻小區(qū)也會(huì)造成干擾。對(duì)于室內(nèi)和室外為同頻相鄰小區(qū)的時(shí)候，可以將天線安裝在窗戶邊上向內(nèi)覆蓋；或者將所有室內(nèi)使用同一個(gè)的頻點(diǎn)，該頻點(diǎn)和室外的頻點(diǎn)設(shè)置為不同，以減少干擾。

2.室內(nèi)和室外過渡區(qū)的切換掉話問題的優(yōu)化

在室內(nèi)和室外的過渡區(qū)（一般是大樓入口處），如果室內(nèi)小區(qū)和室外小區(qū)的頻點(diǎn)不同，就會(huì)出現(xiàn)異頻硬切換，由于異頻硬切換的成功率一般低于軟切換，因此就會(huì)導(dǎo)致掉話率指標(biāo)升高�？梢圆捎萌缦路椒ń鉀Q：①通過合理調(diào)整切換參數(shù)，控制室內(nèi)外小區(qū)硬切換區(qū)大��；②考慮在室內(nèi)構(gòu)建一個(gè)過渡小區(qū)，這樣室外小區(qū)先軟切換到室內(nèi)小區(qū)，然后在兩個(gè)異頻的室內(nèi)小區(qū)之間進(jìn)行異頻切換。通過合理布置天線及控制天線口的功率控制硬切換區(qū)的大小，從而提高室內(nèi)小區(qū)之間的硬切換成功率。③異頻硬切換建議以RSCP做判斷；以RSCP做判斷另一優(yōu)點(diǎn)是切換區(qū)域較易控制，以充分利用室內(nèi)信號(hào)覆蓋，從而節(jié)省室外宏站資源。

3.電梯口的切換參數(shù)優(yōu)化

因?yàn)槊繉訕嵌紩?huì)有電梯入口，當(dāng)用戶保持連接進(jìn)入時(shí)，要保證不掉話，可以在電梯處引入室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)或小基站，對(duì)電梯內(nèi)進(jìn)行覆蓋，一般來說，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的每層或某幾層樓是一個(gè)小區(qū)，和電梯內(nèi)可能不是同一個(gè)小區(qū)，這樣進(jìn)出電梯時(shí)就會(huì)發(fā)生軟切換，為了保證在電梯門關(guān)上的時(shí)候完成軟切換，提高軟切換成功率和降低軟切換時(shí)延，就必須優(yōu)化調(diào)整面向小區(qū)的切換參數(shù)。主要的切換參數(shù)有軟切換門限、磁滯、延遲觸發(fā)時(shí)間。一般的，用于電梯覆蓋的小區(qū)與電梯服務(wù)的樓層使用相同的小區(qū)，減少切換可能發(fā)生的區(qū)域。部分軟切換區(qū)域不理想，主要因?yàn)楦采w問題。這可以通過增加天線分布解決。

四、結(jié)語

3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的關(guān)鍵是根據(jù)建筑內(nèi)的話務(wù)構(gòu)成、建筑的結(jié)構(gòu)、建筑外的無線環(huán)境以及具體的工程可實(shí)施性等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮到覆蓋、容量、成本、安全等問題，還要考慮市場(chǎng)的發(fā)展和多網(wǎng)的兼容問題，這樣才能用最小的投資建設(shè)最好的網(wǎng)絡(luò)，從而換來最大的收益。在工程建成后，還需要根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況和業(yè)務(wù)的發(fā)展不斷進(jìn)行優(yōu)化，最終為用戶提供高質(zhì)量的3G業(yè)務(wù)。