3G室內(nèi)分布研究與運(yùn)用分析

3G逐步商用后，運(yùn)營(yíng)商對(duì)于TD-SCDMA在室內(nèi)場(chǎng)景的運(yùn)用深入分析方面目前較為缺乏。對(duì)于具體的場(chǎng)景，我們需要從功率需求等多個(gè)方面綜合考慮來(lái)確定最終的信號(hào)覆蓋方案。

室內(nèi)分布面臨兩大難題

無(wú)論是哪種制式，最大的共同點(diǎn)就是其工作頻段均在2GHz左右，都屬于高頻率段。三代移動(dòng)通信系統(tǒng)相對(duì)二代移動(dòng)通信來(lái)說(shuō)，過(guò)高的頻率對(duì)于移動(dòng)業(yè)務(wù)的使用具有不可避免的影響：信號(hào)空間損耗大，覆蓋范圍��；但也相對(duì)解決了容量需求的問(wèn)題。

隨著業(yè)務(wù)需求層次的提升，參考2G網(wǎng)絡(luò)多年運(yùn)作的分析，我們不難得出如下趨勢(shì)和結(jié)論：從客戶(hù)角度方面，在室內(nèi)環(huán)境中，能更好更愜意更安全地使用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)；從市場(chǎng)推廣方面，在3G網(wǎng)絡(luò)中，更多的高價(jià)值商用客戶(hù)、更高比例的話(huà)務(wù)量、更多業(yè)務(wù)的推廣使用將集中于室內(nèi)環(huán)境；從運(yùn)維運(yùn)作方面，室內(nèi)分布可以解決室內(nèi)盲區(qū)，分散密集區(qū)域的話(huà)務(wù)壓力，降低室外系統(tǒng)的負(fù)荷，降低網(wǎng)絡(luò)整體干擾水平，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量、容量。因而，良好的室內(nèi)覆蓋將是提升3G業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)制高點(diǎn)。同時(shí)，由于2G頻段信號(hào)空間傳播損耗大，如何正確選取室內(nèi)分布天線(xiàn)的輸出功率成為室內(nèi)場(chǎng)景運(yùn)用的難點(diǎn)。

一方面，目前業(yè)主自主意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境輻射污染較為敏感，但又缺乏相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商在具體操作施工中阻力較大。根據(jù)中華人民共和國(guó)電磁輻射規(guī)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10439-89的規(guī)定：在30M～3000MHz，作業(yè)人員在每天8h工作期間內(nèi)，電磁輻射場(chǎng)的場(chǎng)量參數(shù)在任意連續(xù)6min內(nèi)的平均值應(yīng)滿(mǎn)足功率密度應(yīng)小于等于2W/m2；在一天24h內(nèi)，環(huán)境電磁輻射場(chǎng)的場(chǎng)量參數(shù)在任意連續(xù)6min內(nèi)的平均值應(yīng)滿(mǎn)足功率密度小于等于0.4W/m2。在考慮室內(nèi)分布天線(xiàn)高度與人體高度的相關(guān)關(guān)系后，由此計(jì)算出常規(guī)室內(nèi)分布天線(xiàn)（距人高1m）輸出口應(yīng)小于1.38W即31dBm（未考慮人體吸收損耗）。距人高2m時(shí)室內(nèi)分布天線(xiàn)輸出口應(yīng)小于5.28W即37dBm（未考慮人體吸收損耗）。

另一方面，3G頻段工作于2000Mhz，原有的傳播模型及鏈路預(yù)算方式均于2G有較大的不同。

1.傳播損耗不同。根據(jù)自由空間傳播損耗：LS(dB)＝32.4＋20logD＋20logF（D為KM，F(xiàn)為MHz），可得在相同的覆蓋場(chǎng)景下，3G相對(duì)2G有多7～9dB的損耗。

2.無(wú)源器件中除耦合器、功分器，3G損耗與2G相同外，使用較多的饋線(xiàn)損耗相差較大。舉例如表1和表2。

由表1可以看出，各類(lèi)無(wú)源器件在不同頻段下插入損耗是相同的，因此只要更換成相應(yīng)頻段的無(wú)源器件即可，不影響功率分配。

3．穿透損耗不同，根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)條件的測(cè)試，隨著頻率的增加，相同條件的穿透損耗有相應(yīng)的減少。3G的穿透損耗要比2G的相應(yīng)條件下要少2～5dB的損耗。

4．業(yè)務(wù)側(cè)重不同。2G移動(dòng)通信因數(shù)據(jù)速率較低，語(yǔ)音通信是考慮的重點(diǎn)。而3G則重點(diǎn)在數(shù)據(jù)及流媒體應(yīng)用上，因而相關(guān)信號(hào)鏈路預(yù)算會(huì)有較大不同。

室內(nèi)分布測(cè)試數(shù)據(jù)分析和結(jié)論

為便于說(shuō)明這一方面的不同，我們以GSM和TD-SCDMA為例以具體的數(shù)據(jù)說(shuō)明。已知邊緣場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算公式為：

邊緣場(chǎng)強(qiáng)=天線(xiàn)口功率＋天線(xiàn)增益－20m空間損耗－隔墻損耗－多徑衰落－人體損耗

從而得出TD-SCDMA網(wǎng)與GSM網(wǎng)的分布系統(tǒng)鏈路預(yù)算具體差別如表3所示。

所以在同等環(huán)境條件下，TD-SCDMA的天線(xiàn)口功率只要比GSM網(wǎng)絡(luò)多6dB就能滿(mǎn)足相應(yīng)的覆蓋要求。故如GSM室內(nèi)天線(xiàn)最大發(fā)射功率為+15dBm(25m寬的建筑物保證信號(hào)外泄最小)，則相應(yīng)TD-SCDMA的天線(xiàn)口功率應(yīng)為+9dBm。

在保證覆蓋測(cè)試及信號(hào)外泄最小的前提下，我們以25m寬，50m長(zhǎng)，房間布局復(fù)雜的建筑物為例，分別在2個(gè)吸頂天線(xiàn)及3個(gè)吸頂天線(xiàn)，40m長(zhǎng)的1/2饋線(xiàn)下說(shuō)明信源功率的需求及覆蓋示意如表4。

由表4我們可得出在室內(nèi)場(chǎng)景情況下，全向吸頂天線(xiàn)保證間距為15m，單天線(xiàn)GSM9dBm，TD-SCDMA3dBm可保證覆蓋率95%，滿(mǎn)足覆蓋測(cè)試及信號(hào)外泄最小。按目前TD設(shè)備RRU信源功率2W的情況，僅能滿(mǎn)足50m長(zhǎng)，25m寬的建筑2層（即2500m2）的數(shù)據(jù)信號(hào)覆蓋需求。

為此，在建設(shè)G3室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)覆蓋等級(jí)、話(huà)務(wù)等級(jí)、業(yè)務(wù)需求，結(jié)合市場(chǎng)發(fā)展策略，確定建設(shè)優(yōu)先級(jí)分批建設(shè)。對(duì)無(wú)法利用室外基站信號(hào)達(dá)到室內(nèi)良好覆蓋以及對(duì)業(yè)務(wù)需求大的公共場(chǎng)所，應(yīng)優(yōu)先安排建設(shè)。優(yōu)先覆蓋的原則如下。

從建筑物的性質(zhì)考慮，大型公共場(chǎng)所、重要辦公樓優(yōu)先。

從話(huà)務(wù)量角度考慮,高業(yè)務(wù)量區(qū)域、人流量大的區(qū)域優(yōu)先。對(duì)擁有二代網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商而言，應(yīng)優(yōu)先考慮2G／3G需求有交集的建筑。同時(shí)可根據(jù)2G網(wǎng)絡(luò)的話(huà)務(wù)量來(lái)預(yù)測(cè)3G的需求。

從覆蓋角度考慮，根據(jù)2G的經(jīng)驗(yàn)，樓高15層以上、單層面積超過(guò)1200m2、室內(nèi)間隔較多的建筑物優(yōu)先。如果存在2G網(wǎng)絡(luò)，且3G規(guī)劃站址相同，可根據(jù)目前2G的覆蓋情況較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)3G覆蓋情況；也可根據(jù)室外基站規(guī)劃仿真結(jié)果，對(duì)室外基站能否解決室內(nèi)覆蓋進(jìn)行初步判斷。

室內(nèi)分布場(chǎng)景細(xì)分八類(lèi)

為了方便對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行話(huà)務(wù)模型和傳播模型分析，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，我們將室內(nèi)分布場(chǎng)景細(xì)分為以下八類(lèi)。

（1）商務(wù)寫(xiě)字樓。該環(huán)境穿透損耗較小，高端用戶(hù)比重較大。需要考慮用戶(hù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求；一般情況在白天話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（2）賓館酒店。該場(chǎng)景穿透損耗較大，高端用戶(hù)比重較大，語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量相對(duì)較大；一般情況在夜晚話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（3）會(huì)展中心、會(huì)議中心、室內(nèi)體育場(chǎng)館。室內(nèi)無(wú)線(xiàn)傳播條件比較理想，信號(hào)為視距傳輸，能量以直達(dá)徑為主，與室外的隔離度比較高，用戶(hù)的話(huà)務(wù)主要以事件為觸發(fā)，有大量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋需求；一般情況在白天及特殊時(shí)段話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（4）民航機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站。傳播環(huán)境比較簡(jiǎn)單，信號(hào)視距傳輸，能量以直達(dá)徑為主。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在總的業(yè)務(wù)中占的比重相對(duì)較高，其中候機(jī)大廳、VIP候機(jī)廳要保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的覆蓋；一般情況在白天話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（5）高層居住樓。該場(chǎng)景穿透損耗較大，語(yǔ)音業(yè)務(wù)和視頻通信業(yè)務(wù)量相對(duì)較大；一般情況在夜晚話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（6）大型購(gòu)物商場(chǎng)。穿透損耗小，層間穿透損耗較大，用戶(hù)業(yè)務(wù)主要考慮語(yǔ)音業(yè)務(wù)，高峰時(shí)段的話(huà)務(wù)密度較大；一般情況在白天話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（7）娛樂(lè)場(chǎng)所。室內(nèi)面積小，高端用戶(hù)多，話(huà)務(wù)需求不高，場(chǎng)所數(shù)量眾多且分布不集中；一般情況在夜晚話(huà)務(wù)強(qiáng)度較大。

（8）地下停車(chē)場(chǎng)。封閉情況很好，雖然高端用戶(hù)比重較大，但話(huà)務(wù)量較小，且以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主。

為說(shuō)明各種場(chǎng)景的話(huà)務(wù)及業(yè)務(wù)需求，我們以中小城市環(huán)境為例列出表5說(shuō)明各場(chǎng)景的業(yè)務(wù)模型。

其中體育館／民航機(jī)場(chǎng)在特殊時(shí)段，語(yǔ)音話(huà)務(wù)量會(huì)出現(xiàn)高峰，因此其單用戶(hù)話(huà)務(wù)量按室外密集一類(lèi)的最高值給出；相較而言，商場(chǎng)超市、賓館酒店、娛樂(lè)場(chǎng)所的話(huà)務(wù)量稍低，按室外一般城區(qū)給出；而地下停車(chē)場(chǎng)的話(huà)務(wù)量則按照室外的交通干線(xiàn)給出。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中單用戶(hù)吞吐量：室外密集一類(lèi)的單用戶(hù)平均吞吐量定義為每忙時(shí)0.81kbit/s，在室內(nèi)的各種場(chǎng)景中，只有娛樂(lè)場(chǎng)所按此值定義，其它場(chǎng)景考慮較高的數(shù)據(jù)需求，均按其3倍取值。

另外，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，其上下行流量的比例為1:4；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)各類(lèi)承載的比例為PS64：PS128:PS384=6:3:1。根據(jù)混合業(yè)務(wù)話(huà)務(wù)量，按照坎貝爾方法我們可得出如表6場(chǎng)景載波規(guī)模。

對(duì)于具體的覆蓋場(chǎng)景，我們需要從系統(tǒng)容量和功率需求兩個(gè)角度確定信源的規(guī)模選型和天線(xiàn)的布置方法，兩方面綜合考慮，才能確定最終的覆蓋方案。

由于2G與3G將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)共存，同時(shí)三家運(yùn)營(yíng)商也將在相同的區(qū)域布置各自的覆蓋系統(tǒng)。由此對(duì)于干擾受限的TD-SCDMA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，針對(duì)不同制式，不同運(yùn)營(yíng)商的通信系統(tǒng)在室內(nèi)分布上要完全規(guī)避較為困難，其相關(guān)參數(shù)的控制與設(shè)置應(yīng)是今后著重解決的問(wèn)題。