3G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)及測(cè)試方法研究

摘要　文章針對(duì)3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵因素：規(guī)劃選點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)驗(yàn)證等進(jìn)行了全面的分析和探討。根據(jù)理論分析和試點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)，提出了3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)原則、驗(yàn)證方法等，是該領(lǐng)域現(xiàn)階段的研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)。

1、概述

　　隨著3G腳步的日益臨近，室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的緊迫性及重要性越來(lái)越突出。首先，室內(nèi)分布系統(tǒng)的話務(wù)量占比很大。根據(jù)DoCoMo的最新統(tǒng)計(jì)，室內(nèi)場(chǎng)所占了近80%的話務(wù)量，而在實(shí)施了室內(nèi)覆蓋的建筑物內(nèi)話務(wù)量增大了1.43倍。從國(guó)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，目前2G網(wǎng)絡(luò)60%～80%的移動(dòng)用戶話務(wù)量也發(fā)生在室內(nèi)。其次，從3G業(yè)務(wù)使用來(lái)看，室內(nèi)環(huán)境舒適，用戶大多在室內(nèi)消磨等候的時(shí)間，因此，室內(nèi)用戶更喜歡使用3G的豐富業(yè)務(wù)。為了更好地滿足用戶體驗(yàn)，樹(shù)立良好形象，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該對(duì)3G的室內(nèi)覆蓋建設(shè)給予足夠重視。

　　從解決覆蓋、容量、質(zhì)量這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及優(yōu)化主題來(lái)看，室內(nèi)分布系統(tǒng)都是非常重要的解決手段。從網(wǎng)絡(luò)覆蓋來(lái)看，室內(nèi)分布系統(tǒng)可以解決室內(nèi)盲區(qū)及干擾區(qū)域；從網(wǎng)絡(luò)容量來(lái)看，室內(nèi)覆蓋還可以分散密集區(qū)域的話務(wù)量，從而減輕室外基站的壓力，降低室外基站的數(shù)量和配置；從網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量來(lái)看，室內(nèi)覆蓋降低了室外系統(tǒng)的負(fù)荷，由于3G自干擾的特性，也就降低了網(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。因此，室內(nèi)覆蓋對(duì)于3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有至關(guān)重要的作用。本文從以下三方面對(duì)WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、測(cè)試方法進(jìn)行細(xì)致分析：

　　◆做哪里：解決如何選點(diǎn)問(wèn)題。

　　◆怎么做：解決選點(diǎn)之后如何進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

　　◆如何驗(yàn)證：解決系統(tǒng)實(shí)施后的測(cè)試驗(yàn)證的問(wèn)題。

2、規(guī)劃選點(diǎn)的原則和方法

　　由于自干擾性、呼吸效應(yīng)、同頻復(fù)用等原因，3G室內(nèi)分布系統(tǒng)與傳統(tǒng)2G室內(nèi)分布系統(tǒng)相比，有很大的差別。對(duì)新的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商而言，為了在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)初期能與先進(jìn)入者的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量可比，必須考慮提前建設(shè)的問(wèn)題，此問(wèn)題有兩個(gè)重要特點(diǎn)：

　　◆如果沒(méi)有室外網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)室外基站在室內(nèi)的信號(hào)覆蓋及干擾情況。那么，應(yīng)如何進(jìn)行選點(diǎn)?

　　◆如果沒(méi)有室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)信源，將無(wú)法對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證。那么，如何保證信源接入后的覆蓋質(zhì)量?在設(shè)計(jì)階段如何設(shè)定合理的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，以滿足3G各種業(yè)務(wù)的需求?

　　下面先分析選點(diǎn)的問(wèn)題，后面章節(jié)將對(duì)第二個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析。

　　2.1　3G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃選點(diǎn)應(yīng)遵循的原則

　　3G室內(nèi)分布系統(tǒng)選點(diǎn)應(yīng)遵循以下三個(gè)原則：

　　◆統(tǒng)一性：即室內(nèi)室外站點(diǎn)規(guī)劃的統(tǒng)一，在建設(shè)室內(nèi)覆蓋時(shí)，要考慮室外信號(hào)的影響，同時(shí)需考慮對(duì)室外干擾水平的提升。

　　◆差異性：由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)受投資限制，因此要以用戶滿意度為衡量標(biāo)準(zhǔn)，以制定不同建筑物的室內(nèi)質(zhì)量目標(biāo)。對(duì)于不同的區(qū)域及建筑物，可在建設(shè)策略、建設(shè)階段進(jìn)行差異性調(diào)整。

　　◆經(jīng)濟(jì)性：對(duì)于一個(gè)特定的建筑物，室內(nèi)覆蓋有多種選擇時(shí)，需合理選擇覆蓋標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到性價(jià)比最大化。

　　2.2　3G室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃選點(diǎn)目標(biāo)

　　建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)是為了消除建筑物內(nèi)部的信號(hào)盲區(qū)、弱區(qū)，解決建筑物內(nèi)部信號(hào)雜亂造成的通話質(zhì)量差等問(wèn)題，以及分擔(dān)室內(nèi)話務(wù)量并改善網(wǎng)絡(luò)擁塞。

　　表1把3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)分為5類，實(shí)際建設(shè)時(shí)可結(jié)合室外基站對(duì)室內(nèi)的覆蓋情況作相應(yīng)的調(diào)整。

表1　3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)及范圍


　　2.3　選點(diǎn)優(yōu)先級(jí)

　　3G室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)根據(jù)覆蓋等級(jí)、話務(wù)等級(jí)，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)。

　　根據(jù)權(quán)威調(diào)查公司的影響力模型分析結(jié)果，對(duì)于新的移動(dòng)通信產(chǎn)品，年輕人、白領(lǐng)商務(wù)人士對(duì)其它人群是否使用該產(chǎn)品的影響力最大。對(duì)于新運(yùn)營(yíng)商，要擴(kuò)大品牌效應(yīng)，應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)年輕人、商務(wù)白領(lǐng)人士經(jīng)�；顒�(dòng)的場(chǎng)所優(yōu)先覆蓋。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�？筛鶕�(jù)2G網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)量來(lái)分析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)1200平方米、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。

3、設(shè)計(jì)方法

　　3.1　設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的取定

　　設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的取定直接影響到器件選用、設(shè)計(jì)方法、天線密度、系統(tǒng)效果等因素。下面從理論及實(shí)測(cè)兩方面進(jìn)行研究。

　　（1）理論分析

　　一般來(lái)說(shuō)，以導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度Ec作為WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的覆蓋衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。Ec的確定與業(yè)務(wù)要求、覆蓋要求、Ec/Io要求以及Io相關(guān)。

　　設(shè)：

　　室外基站在室內(nèi)總信號(hào)強(qiáng)度RSSI’=Io-o（dBm），熱噪聲No（dBm），

　　室內(nèi)基站導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度RSCP=Ec-I（dBm），RSSI=Io-I（dBm），

　　那么，考慮室內(nèi)室外信號(hào)綜合因素后，

　　總Io=10log[10ˆ（Io-o/10）+10ˆ（Io-i/1O）+10ˆNo]（dBm）。

　　設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)基站導(dǎo)頻功率占室內(nèi)總功率的10%，在50%負(fù)載情況下，

　　Io-I=Ec-i+7（dB）（因?yàn)?0%負(fù)載，相當(dāng)基站輸出功率=導(dǎo)頻信號(hào)+10-3dB）

　　此時(shí)，Io=10log[10ˆ（Io-o/10）+10ˆ（（Ec-i+7）/10）+10ˆ（-108+7）]（dBm），

　　室內(nèi)Ec/Io=Ec-i-Io=Ec-i-10log[10ˆ（Io-o/10）+10ˆ（（Ec-i+7）/10）+10ˆ（-101）](dB)

　　其中，No=-108+7=-101dBm，7為終端的噪聲系數(shù)。

　　根據(jù)上述公式，可以得出在室內(nèi)系統(tǒng)信源導(dǎo)頻邊緣場(chǎng)強(qiáng)Ec-i確定時(shí)，室外底噪與Ec/Io的關(guān)系曲線圖（如圖1所示）。


圖1　室外底噪與Ec/Io的關(guān)系曲線圖（室內(nèi)RSCP為-85dBm，50%加載）

　　可見(jiàn)，在室內(nèi)覆蓋邊緣導(dǎo)頻Ec-i一定的情況下，Ec/Io與室外基站的RSSI存在量化關(guān)系，反之也成立。例如，當(dāng)室外基站RSSI=-78dBm時(shí)，由圖可得，如果要保證Ec/Io＞-10dB，需要Ec-i＞-85dBm。

　�。�2）某城市CDMA網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試數(shù)據(jù)

　　從上述分析可知，如果要確定室外基站在室內(nèi)建筑物的準(zhǔn)確Io，需給Ec預(yù)留恰當(dāng)?shù)挠嗔�，以保證Ec/Io，從而確定Ec的設(shè)計(jì)目標(biāo)，這在室外網(wǎng)絡(luò)未開(kāi)通時(shí)非常關(guān)鍵。

　　為了得到典型Io數(shù)據(jù)，選取某城市部分典型樓宇進(jìn)行底噪現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖2所示。


圖2　建筑物室內(nèi)的室外基站底噪測(cè)試圖

　　從圖2 可知，底噪Io有90%的概率小于-78dBm。又從圖1可知，如果設(shè)定Ec＞-85dBm，則有90%概率的區(qū)域可以保證Ec/Io＞-10。從3G實(shí)際測(cè)試結(jié)果可得：只要Ec/Io＞-10，且RSCP＞-90，則能夠保證95%以上的概率業(yè)務(wù)速率＞384kb/s。從鏈路預(yù)算的角度分析，-85dBm的邊緣場(chǎng)強(qiáng)可以保證384kb/s的業(yè)務(wù)速率要求。綜合考慮業(yè)務(wù)覆蓋需求及Ec/Io要求的最大值，即可得到邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。

　�。�3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

　　根據(jù)以上理論分析及實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，對(duì)于WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可按以下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

　　◆電磁環(huán)境較差區(qū)域（RSSI＞75dBm的區(qū)域）以及重點(diǎn)覆蓋區(qū)域：要求導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度≥-85dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-10dB。

　　◆一般區(qū)域：要求導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度≥-90dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-12dB。

　　◆地下層、電梯：導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度≥-95dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-12dB。

　　3.2　設(shè)計(jì)原則

　　下面對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中可遵循的幾個(gè)原則進(jìn)行分析。

　　（1）多天線小功率設(shè)計(jì)原則

　　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（如隔墻損耗）、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，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。具體如表2、表3所示。

表2　增加天線數(shù)量得到的增益（分裂增益）


表3　增加天線數(shù)量得到的增益（隔墻增益+分裂增益）


　　從表2、表3的數(shù)據(jù)可知，合理增加天線數(shù)量，可有效節(jié)約信源功率，達(dá)到良好的覆蓋效果。

　�。�2）MCL（最小耦合損耗）原則

　　◆MCL取值原則

　　MCL定義為基站和手機(jī)之間的最小耦合損耗。MCL=手機(jī)到天線的自由空間損耗+天線到基站接收機(jī)的天饋系統(tǒng)損耗。

　　手機(jī)到天線的最小空間損耗，例如通常取值1米的空間損耗為38.4dB。

　　天饋系統(tǒng)損耗主要包括饋線傳輸損耗、器件分配損耗等。

　　考慮到基站噪聲系數(shù)，WCDMA基站底噪聲為-105.1dBm，由于UE的最小發(fā)射功率為　50dBm，那么，當(dāng)MCL小于-50-（-105.1）=55.1dB時(shí)，由于快速功率控制機(jī)制已經(jīng)沒(méi)法讓UE降低功率，這時(shí)UE的業(yè)務(wù)將抬高基站的底噪，以降低基站的靈敏度，如表4所示。

表4　WCDMA基站噪聲分析


　　一般取MCL≥65dB（UE為-50dBm發(fā)射時(shí)，到達(dá)基站的底噪-50-65=-115dBm），基站的靈敏度下降≤0.4dB。

　　當(dāng)UE離天線口為1m時(shí)，假設(shè)基站發(fā)射導(dǎo)頻功率為33dBm，則室內(nèi)天線口發(fā)射功率必須滿足以下要求：

　　MCL=38.4dB+（33-天線輸出功率）≥65dB，

　　天線口功率≤6.4dBm。

　　◆MCL實(shí)驗(yàn)

　　為了驗(yàn)證MCL對(duì)天線口功率要求，用UEA/B2個(gè)終端在某地進(jìn)行了MCL試驗(yàn)。表5所示的情況1～3中，逐漸降低MCL（UEA逐漸靠近天線）。

表5　MCL現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)


　　從表5的測(cè)試結(jié)果可知，B發(fā)射功率隨著A離天線的距離越近而越大。A接近天線，手機(jī)與基站接收機(jī)的上行鏈路損耗減少，等同于在A手機(jī)不移動(dòng)時(shí)天線口的導(dǎo)頻功率增大，這時(shí)終端對(duì)基站靈敏度的影響也逐漸增大，系統(tǒng)的底噪增大。

　　◆小結(jié)

　　天線口功率過(guò)大可能會(huì)引起手機(jī)相互干擾，以及帶來(lái)遠(yuǎn)近效應(yīng)，而離天線近的手機(jī)會(huì)阻塞覆蓋邊緣手機(jī)的接入，進(jìn)而影響分布系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。另外，國(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定室內(nèi)天線口功率小于15dBm（總功率），在WCDMA系統(tǒng)中，一般導(dǎo)頻功率占總功率的10%，因此3G室內(nèi)天線口導(dǎo)頻功率不能超過(guò)5dBm。綜合考慮MCL的影響及國(guó)家電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)，建議建議室內(nèi)分布天線口導(dǎo)頻功率不超過(guò)5dBm。

　�。�3）天線布放密度原則

　　一般情況下，如果已有2G分布系統(tǒng)，則可以根據(jù)頻段損耗的差別對(duì)3G的信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)。理論上，3G和其它系統(tǒng)的空中傳播損耗相比，差別如表6所示。

表6　不同系統(tǒng)空中傳播損耗差別


　　在某地選取典型建筑物進(jìn)行WCDMA覆蓋能力測(cè)試，不同性質(zhì)區(qū)域WCDMA的典型天線覆蓋半徑如下（取邊緣Ec＞-90dBm）：

　　◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，典型地下停車場(chǎng)天線覆蓋半徑為15米；

　　◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，酒店的天線可覆蓋前后左右四個(gè)房間（四個(gè)房間對(duì)門(mén)）；

　　◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，有貨架的超市覆蓋半徑為12米；

　　◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，利用壁掛天線（增益6dBi）水平方向打覆蓋電梯井和電梯廳，可以覆蓋3層（上下各一層）；

　　◆天線口導(dǎo)頻功率0～5dBm，板狀天線（增益11dBi）垂直向下打覆蓋電梯，主瓣可覆蓋4層，后瓣可覆蓋1層。

4、提前建設(shè)如何驗(yàn)證系統(tǒng)可行性的問(wèn)題

　　在3G信源沒(méi)有開(kāi)通前，如何驗(yàn)證分布系統(tǒng)建成后的系統(tǒng)效果，這是與2G系統(tǒng)最大的區(qū)別（2G系統(tǒng)先建外網(wǎng)后建室內(nèi)分布系統(tǒng)，且有信源接入室內(nèi)分布系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證實(shí)際通話效果）。所謂提前驗(yàn)證系統(tǒng)效果，是指目前的系統(tǒng)建設(shè)需保證3G信源開(kāi)通后，要調(diào)整的工作量達(dá)到最少。

　　對(duì)于室內(nèi)分布系統(tǒng)本身，如果沒(méi)有信源就沒(méi)有辦法進(jìn)行實(shí)際的撥打測(cè)試；對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，如果沒(méi)有信源就沒(méi)有辦法準(zhǔn)確了解室外基站在室內(nèi)的信號(hào)情況。而對(duì)于CDMA系統(tǒng)，室外信號(hào)在室內(nèi)實(shí)際上降低了室內(nèi)系統(tǒng)的Ec/Io。本節(jié)探討對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)本身的驗(yàn)證方法。我們?cè)谀呈覂?nèi)分布系統(tǒng)站點(diǎn)分別采用實(shí)際信源與導(dǎo)頻發(fā)射機(jī)作為信源進(jìn)行比較測(cè)試，測(cè)試的內(nèi)容包括：導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io的差別。實(shí)際WCDMA信源的導(dǎo)頻功率33dBm，模擬導(dǎo)頻發(fā)射機(jī)導(dǎo)頻功率30dBm，差別3dB。下面是測(cè)試結(jié)果。

　　4.1　場(chǎng)強(qiáng)分布情況的比較

　　場(chǎng)強(qiáng)分布情況的比較如表7、圖3、圖4所示。

表7　CPICH-RSCP統(tǒng)計(jì)平均值比較表


圖3　實(shí)際信源測(cè)試圖


圖4　模擬信源測(cè)試圖


　　從表7、圖3、圖4的數(shù)據(jù)可以看出，考慮到2個(gè)信源導(dǎo)頻輸出功率3dB的差值，導(dǎo)頻強(qiáng)度的分布路線在方向和趨勢(shì)上基本是一致的。

　　4.2　Ec/Io比較

　　從表8的數(shù)據(jù)可以看出，考慮到2個(gè)信源導(dǎo)頻輸出功率3dB的差值，以及Io的差別，導(dǎo)頻強(qiáng)度的分布在趨勢(shì)上基本是一致的。

表8　Ec/Io統(tǒng)計(jì)平均值比較表（dB）


　　4.3　小結(jié)

　　從實(shí)際信源和模擬導(dǎo)頻信源的比較測(cè)試可以看出，采用模擬導(dǎo)頻信源進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)通前的驗(yàn)證是可行的。采用模擬導(dǎo)頻信源代替實(shí)際3G信源接入到室內(nèi)分布系統(tǒng)中，可以對(duì)開(kāi)通后的室內(nèi)系統(tǒng)覆蓋效果進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證內(nèi)容可以包括導(dǎo)頻覆蓋、Ec/Io、室外信號(hào)泄露情況、天饋系統(tǒng)的駐波比等。從這些角度驗(yàn)證后，結(jié)合上述理論及試點(diǎn)確定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以較好地保證3G室內(nèi)分布系統(tǒng)接入信源后的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

5、總結(jié)

　　無(wú)線規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)儆诮?jīng)驗(yàn)性科學(xué)，3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)是無(wú)線規(guī)劃領(lǐng)域一個(gè)全新的課題，很多經(jīng)驗(yàn)需要在實(shí)際建設(shè)、試點(diǎn)時(shí)進(jìn)行分析和總結(jié)。本文提出的方法和得出的結(jié)論需要在實(shí)際的3G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成熟后，進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和完善。