小靈通室內(nèi)分布系統(tǒng)建設探討

1、概述

（1）問題的提出

由于建筑物對無線信號的衰減大；小靈通基站和手機的發(fā)射功率均較低，形成了較多的室內(nèi)弱場強區(qū)甚至盲區(qū)。例如，建筑物高層空間易產(chǎn)生無線頻率干擾，語音質(zhì)量難以保證；在一些大型商場、會議中心、商業(yè)寫字樓，由于話務量較高，局部網(wǎng)絡容量不能滿足用戶需求，無線信道易產(chǎn)生擁塞現(xiàn)象。

（2）現(xiàn)有解決方法及弊端

在引入室內(nèi)分布式系統(tǒng)之前，解決大型建筑物的信號覆蓋通常有安裝室內(nèi)基站或室外定向基站兩種辦法。這兩種方法均存在切換頻繁、成本高、干擾和盲區(qū)多等缺點。

（3）分布系統(tǒng)的概念和系統(tǒng)構(gòu)成

室內(nèi)分布系統(tǒng)由信號源和分布系統(tǒng)兩部分組成。小靈通基站是室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源，提供覆蓋區(qū)域所需的話務量；分布系統(tǒng)由干線放大器、合路器、電橋、功分器、耦合器、天饋線等組成，負責把信源信號均勻傳遞到室內(nèi)各個角落。為有效保護投資，近幾年引入了一體化覆蓋系統(tǒng)，可將不同系統(tǒng)的信號合并到同一條線纜傳輸，通過幾種系統(tǒng)的共用來降低室內(nèi)綜合布線的成本。

2、室內(nèi)分布系統(tǒng)設計需考慮的問題

小靈通室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃設計需要綜合考慮話務量、覆蓋面積、建筑結(jié)構(gòu)、信號源方式等的影響，達到既滿足覆蓋要求又合理控制成本的目的。以下幾方面是規(guī)劃設計的難點和重點。

2.1　電磁環(huán)境

高層建筑的電磁環(huán)境復雜。建筑物低層由于受周圍建筑物遮擋，信號很弱，地下車庫、地下商場等區(qū)域信號衰減更大；建筑物中層可以收到來自周圍多個基站的信號，這些區(qū)域信號重疊嚴重，如果缺少占主導地位的基站信號，系統(tǒng)會產(chǎn)生頻繁的切換，乒乓效應嚴重；建筑物高層由于存在較多同頻、鄰頻干擾，造成該區(qū)域電磁環(huán)境惡化；個別甚高層可能產(chǎn)生孤島效應，形成通話盲區(qū)。建筑物周圍環(huán)境對室內(nèi)信號場強也會產(chǎn)生影響：如植被對電磁波有一定的吸收作用，信號穿透植被時會有較大衰減。

2.2　話務量預測和信源的選用

小靈通室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設主要有兩個目的，一是充分吸收話務量，二是解決信號盲區(qū)和干擾問題。話務量預測是表征方案合理可行的重要依據(jù)，對建設室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)有較大影響。預測太小會導致話務量吸收不充分，基站所提供的載頻不能滿足需求，忙時無線信道擁塞，呼損率變高；預測太大則會引起信源資源的浪費。信源的選擇需要綜合考慮潛在的話務需求和室外基站的話務余量，一般采用單基站或組控基站。對一些大型建筑物，信源由多個基站組成，這涉及到室內(nèi)分布系統(tǒng)的分區(qū)問題。隨著話務量的變化，必須及時調(diào)整小區(qū)以滿足要求。通過合理分區(qū)，可充分吸收建筑物內(nèi)的話務量，降低建設成本。

2.3　系統(tǒng)兼容性

PHS同3G、WLAN共址是一項重要課題。為同時滿足3G和WLAN的要求，設計方案要充分考慮室內(nèi)分布系統(tǒng)的可擴展性，包括器件頻段、天線數(shù)量、天線位置等因素，為多系統(tǒng)的接入建立綜合平臺，避免后期擴容建設中的重復投資。由于三網(wǎng)融合會引入合路損耗，所以系統(tǒng)設計時應結(jié)合不同環(huán)境的實際情況預留相應的合路電平，以免在三網(wǎng)合一時影響小靈通系統(tǒng)的正常運行。另外，要重點解決3G、WLAN和PHS的相互干擾問題，確保后期三網(wǎng)能有效共存。

2.4　室內(nèi)覆蓋信號的泄漏問題

在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中，為了減少切換，應保證每個天線口的輸出功率。但在建筑物的低層，如果阻擋較小（如玻璃幕墻），就很容易使室內(nèi)信號外泄。如果室外信號小于室內(nèi)信號或二者相差無幾，可能會使室外用戶占用室內(nèi)基站信號，增加室內(nèi)基站的話務量，或室外用戶通話頻繁切換。為避免室內(nèi)信號的外泄，可在建筑物低層（如大樓1～3層）靠近窗外的部分采用定向吸頂天線，將定向吸頂?shù)闹靼攴较驅(qū)�準室�?nèi)中心區(qū)域，以保證室內(nèi)分布系統(tǒng)的服務質(zhì)量。

2.5　同步問題

有的建筑物外墻屏蔽性強，信號穿透損耗大，或者建筑物周圍基站距離較遠。在這種情況下，由于難以捕獲室外基站信號作為同步基準，室內(nèi)分布系統(tǒng)的基站就會出現(xiàn)同步困難�？刹扇∫韵麓胧�實現(xiàn)室內(nèi)分布系統(tǒng)的同步。

（1）GPS同步

該方式采用單獨的GPS接收模塊直接從室外接收GPS信號，從中提取同步信號，使室內(nèi)分布系統(tǒng)同步。該方式同步精度高且級別高，不受室外其他基站同步情況的偶然性影響，但系統(tǒng)復雜，造價較高。

（2）與室外強信號基站同步

該方式適用于室外有強信號滲透的情況。在滲透區(qū)域設計一組室內(nèi)天線，將收集的室外基站信號作為同步基準，實現(xiàn)室內(nèi)分布系統(tǒng)的同步。該方式系統(tǒng)造價低、易實現(xiàn)，但系統(tǒng)受室外基站工作穩(wěn)定性的影響較大且同步級別較低。

（3）專用同步支路同步

在室內(nèi)分布系統(tǒng)的適當位置采用大衰減值的耦合器耦合出一路弱信號延伸到室外，連接高增益定向天線和室外基站同步。室內(nèi)系統(tǒng)耦合出來的弱信號在室外會很快衰落，對室外的電磁環(huán)境基本沒有不良影響；而采集到的同步基準信號相對較強，能夠滿足室內(nèi)分布系統(tǒng)的同步需求。該方式系統(tǒng)造價低、易實現(xiàn)，且同步效果較好。

2.6　多徑效應

多數(shù)建筑物室內(nèi)間隔較多，墻面、天花板和地面的反射使信號產(chǎn)生多徑傳輸，而終端通常只能收到1～2個室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線發(fā)出的信號，因此多徑效應明顯。目前，小靈通普遍采用天線陣的空間分集方式，但由于室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源基站無法實現(xiàn)分集接收，當其下行鏈路場強為45 dBμV時，上行鏈路僅為35 dBμV左右。在實際工程中，一般按照邊緣場強為45 dBμV，其他區(qū)域的場強＞50 dBμV的標準進行設計，預留約20 dB的保護電平，以抵消多徑效應的影響。

3、系統(tǒng)間干擾分析

WLAN與小靈通系統(tǒng)已共網(wǎng)平穩(wěn)運行多年，不需進行網(wǎng)間雜散干擾分析。以下將對PHS系統(tǒng)與TD-SCDMA（WCDMA）系統(tǒng)的合路進行雜散干擾分析。多系統(tǒng)合路首先需要對系統(tǒng)間干擾進行控制，增加頻帶隔離和系統(tǒng)隔離度，避免因互相干擾而導致系統(tǒng)整體性能下降。

3.1　小靈通對TD-SCDMA系統(tǒng)的雜散干擾分析

小靈通標準STD-28第三版規(guī)定小靈通基站的帶外雜散電平為2.5μW/MHz，即-26 dBm/MHz，則落入TD-SCDMA載波帶寬內(nèi)的功率為：

-26 dBm/MHz+10lg(1.6/1)=-24 dBm/1.6 MHz

一般要求落入接收機上行接收口的雜散干擾必須小于接收機背景噪聲10 dB，那么TD-SCDMA接收機的背景噪聲為：

10lgKBT=-112 dBm/1.6 MHz

因此，落入TD-SCDMA接收機的雜散必須小于122 dBm/1.6 MHz。

通常小靈通和TD-SCDMA雙頻合路器的端口間隔離度為90 dB，則小靈通信源雜散信號進入TD-SCDMA接收機的強度為：

-24 dBm-90 dB=-114 dBm＞-122 dBm

因此，在這種情況下，必須在小靈通信源（含干線放大器）輸出端口串接一帶外抑制至少為8 dB的濾波器，一般建議采用15～20 dB的濾波器。

3.2　TD-SCDMA對小靈通系統(tǒng)的雜散干擾分析

根據(jù)《TD-SCDMA第三代移動通信標準》，TD-SCDMA基站的帶外雜散電平為-43 dBm/3.84 MHz，則落入小靈通載波帶寬內(nèi)的功率為：

-43 dBm/MHz+10lg（300 kHz/3.84 MHz）=-54 dBm/300 kHz

小靈通接收機的背景噪聲為：

10lgKBT=-119 dBm/300 kHz

則落入小靈通接收機的雜散干擾必須小于-129 dBm/300 kHz。

通常，小靈通和TD-SCDMA雙頻合路器的端口間隔離度為90 dB，則TD-SCDMA信源雜散信號進入小靈通接收機的強度為：

-54 dBm-90 dB=-144 dBm/300 kHz＜-129 dBm/300kHz

可見滿足隔離度要求，能保證TD-SCDMA基站信號不會干擾小靈通系統(tǒng)。

3.3　小靈通對WCDMA系統(tǒng)的雜散干擾分析

小靈通基站的帶外雜散電平為-26 dBm/MHz，則落入WCDMA載波帶寬內(nèi)功率為：

-26 dBm/MHz+10lg（5/1）=-19 dBm/5 MHz

WCDMA接收機的背景噪聲為：

10lgKBT=-107 dBm/5 MHz

則落入WCDMA接收機的雜散干擾必須小于-117 dBm/5 MHz。

由于小靈通與WCDMA上行頻率相鄰，小靈通和WCDMA雙頻合路器的端口間隔離度最大為期dB，小靈通信源雜散信號進入WCDMA接收機的強度為：

-19 dBm/5 MHz-30 dB=-49 dBm＞＞-117 dBm/5 MHz

可見，當小靈通工作在1900～1920 MHz，WCDMA上行工作在1920～1980 MHz時，雙系統(tǒng)合路共用天饋方式不可行。

為使雙系統(tǒng)合路可行，必須采取適當措施。第一步，壓縮小靈通與WCDMA頻段，加大小靈通與WCDMA的頻率間隔，增加合路器端口間隔離度。第二步，在小靈通輸出端口串接濾波器，抑制小靈通雜散發(fā)射。

如壓縮小靈通頻段至1900～1910 MHz，小靈通與WCDMA上行頻段間有了10 MHz的頻率間隔，雙系統(tǒng)合路器的端口隔離度可以達到70 dB，濾波器帶外抑制指標超過45 dB，則小靈通信源雜散信號進入WCDMA接收機的強度為：

-19 dBm/5 MHz-45 dB-70 dB=-134 dBm/5 MHz＜-117 dBm/5 MHz

可見，采取以上措施后，可保證小靈通基站信號不會干擾WCDMA上行基站信號。

3.4　WCDMA對小靈通系統(tǒng)的雜散干擾分析

WCDMA系統(tǒng)規(guī)范（3GPP TS 25.106 V5.3.0）規(guī)定，基站落在小靈通頻段的雜散電平＜-41 dBm/300 kHz。

小靈通接收機的背景噪聲為：

10lgKBT=-119 dBm/300 kHz

則落入小靈通接收機的雜散干擾必須＜-129 dBm/300 kHz。

當小靈通工作在1900～1910 MHz，WCDMA上行工作在1920～1980 MHz時，小靈通和WCDMA雙頻合路器的端口間隔離度可達到70 dB，小靈通基站后串接的濾波器對WCDMA上行頻段的抑制度超過45 dB，WCDMA信源雜散信號進入小靈通接收機的強度為：

-41 dBm/300 kHz-70 dB-45 dB=-156 dBm/300 kHz＜＜-129 dBm/300 kHz

可見，經(jīng)過干擾協(xié)調(diào)后，可保證WCDMA上行基站信號不會干擾小靈通系統(tǒng)。

4、結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，電磁輻射問題不斷引起關(guān)注，無線網(wǎng)絡建設與社會資源、環(huán)境空間等方面的矛盾日益突出，為此一體化系統(tǒng)將是未來室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的發(fā)展方向。因此，建設室內(nèi)分布系統(tǒng)不僅能夠有效解決大型建筑物內(nèi)信號覆蓋的問題，而且是企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。