CDMA高層覆蓋與深層覆蓋

摘要　解決高層覆蓋和深層覆蓋是目前城市無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一項重要內(nèi)容，文章對高層覆蓋與深層覆蓋進(jìn)行了深入的分析，并提出了解決方案。

　　隨著CDMA網(wǎng)絡(luò)由建設(shè)階段轉(zhuǎn)向維護(hù)和優(yōu)化階段，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作在日常工作中變得越來越重要。同時，城市建設(shè)與發(fā)展不斷加快，越來越多的高樓大廈、居民小區(qū)等建筑群拔地而起，因此，解決高層覆蓋和深層覆蓋已經(jīng)成為城市無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的一項重要的內(nèi)容。

1、問題的提出

　　在市區(qū)，基站的密度較大，室外路面的覆蓋一般都沒有什么問題，但是僅看路測的結(jié)果不能發(fā)現(xiàn)問題。相關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果分析顯示：移動用戶的室內(nèi)通話行為越來越多，約占整個通話的60%，但是在一些高層建筑和一些建筑比較密集的居民小區(qū)內(nèi)，覆蓋情況不是很好。在高層建筑中，由于能收到多個基站的信號，而且這些信號的導(dǎo)頻強(qiáng)度差不多，因而容易形成導(dǎo)頻污染。在測試的時候會發(fā)現(xiàn)，雖然手機(jī)的接收電平很好，但是EC/IO很差。在通話時，手機(jī)的誤幀率和發(fā)射功率很高，頻繁切換，造成話音質(zhì)量差、掉話等問題。由于手機(jī)發(fā)射功率增大，也抬高了基站的反響噪聲，造成基站覆蓋范圍收縮，系統(tǒng)容量降低。在一些建筑比較密集的多層(六層)居民小區(qū)，離基站相對較遠(yuǎn)，同時又受到周邊樓宇的遮擋，雖然在小區(qū)的室外基本能夠正常通話，但是到達(dá)室內(nèi)后，信號衰減非常大，尤其是在1樓到3樓以及地下儲藏室，這就形成了覆蓋弱點。

2、高層建筑內(nèi)覆蓋的解決方案

　　目前，在我們的日常優(yōu)化工作中，主要通過以下兩種方法解決高層內(nèi)部覆蓋：第一種是在周邊建設(shè)基站，同時使用特殊天線；另一種就是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)。

　　2.1　建設(shè)基站

　　在一些高樓比較密集、話務(wù)量比較高的地方，建設(shè)基站是解決高層內(nèi)部覆蓋比較好的方法。在這種情況下，基站的選址應(yīng)該仔細(xì)慎重，切不可選在很高的樓上，否則會造成越區(qū)覆蓋，對其他基站造成干擾。最好選在9層左右的建筑上。對于無線覆蓋，我們要考慮兩個方面，既要保證地面的覆蓋，又要解決高層的覆蓋。如何來解決這個問題?可以對信號進(jìn)行空中分層，即利用功分器，將前向信號分成兩路，分別接到兩個天線上，一面天線覆蓋高層，另一面天線覆蓋地面，再利用合路器，將從兩面天線上接收的信號合成一路信號，如圖1和圖2所示：


圖1　樓群覆蓋示意圖


圖2　信號功分、合路示意圖

　　在圖2中，功分器有兩個作用，一是將前向鏈路的發(fā)射信號分成兩路，起到功率分配的作用，同時將反向的接收信號合成一路，起到功率合成的作用。天線1覆蓋建筑的上層部分，天線2覆蓋建筑的底層和路面。根據(jù)樓層的高度，合理調(diào)整天線1俯仰角，如果樓層較高，天線調(diào)成上仰角。如果基站離這些樓群比較近，通過調(diào)整天線仰角還是不能夠完全覆蓋，這時，可以用特殊的天線來解決。一般來說，普通的天線水平波瓣比較寬，垂直波瓣比較窄。天線的增益與波瓣成反比例，高增益的天線波瓣比較窄，低增益的天線波瓣比較寬。在相同增益的情況下，水平波瓣比較寬的天線，垂直波瓣比較窄。在這種情況下，選用垂直波瓣較寬，水平波瓣現(xiàn)對較窄的天線；在不需要覆蓋很遠(yuǎn)的情況下，適當(dāng)降低天線的增益，提高垂直波瓣的寬度。天線的增益、水平方向波瓣、垂直方向波瓣這三個方面是相互制約的，根據(jù)實際情況，選擇適合的天線，有時候能起到事半功倍的效果。

　　2.2　建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)

　　由于周邊的環(huán)境不同，有時室外基站無法解決建筑內(nèi)部的覆蓋，這時，只能通過建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)來解決。室內(nèi)分布系統(tǒng)一般分為兩個部分：信源部分(直放站、微蜂窩)、室內(nèi)布線及相關(guān)設(shè)備(干線放大器、功分器、耦合器、吸頂天線、饋線等)。

　　(1)信號源的選擇

　　室內(nèi)分布系統(tǒng)常用的信源主要是直放站、微蜂窩。直放站是將源扇區(qū)信號經(jīng)過傳輸媒介進(jìn)行前反向放大，直放站分為無線直放站和光纖直放站。圖3是無線直放站的原理圖。


圖3　無線直放站原理圖

　　無線直放站具有體積小、安裝方便靈活等優(yōu)點，但是也有容易自激、上行容易對施主基站產(chǎn)生干擾等缺點，在使用無線直放站的時候應(yīng)該注意以下方面。

　　首先，要注意施主天線的選擇與安裝。常用的施主天線是拋物面天線和八目天線，在安裝條件許可的情況下優(yōu)先選用拋物面，拋物面具有天線方向性強(qiáng)、隔離度好的特點。但是在市區(qū)，由于受安裝條件的限制，有時只能選用八目天線。施主天線的安裝位置的選擇非常重要，施主天線處接收功率應(yīng)該大于-80dBm，施主扇區(qū)EC/IO＞-7dB。特別要注意，施主天線切不可安裝在很高的樓頂，在市區(qū)，由于基站密度很大，在很高的樓頂可以收到很多扇區(qū)的信號，導(dǎo)頻污染很嚴(yán)重。如果將施主天線安裝在很高的樓頂，會將樓頂?shù)膶?dǎo)頻污染擴(kuò)大到室內(nèi)。根據(jù)我們的經(jīng)驗，一般將施主天線安裝在4到6層樓的樓頂。

　　其次，應(yīng)注意施主天線與室內(nèi)重發(fā)天線之間的隔離度。收發(fā)天線隔離度不夠，整機(jī)增益偏大時，輸出信號經(jīng)延時反饋到入端，致使直放站輸出信號發(fā)生嚴(yán)重失真產(chǎn)生自激。CDMA信號自激的頻譜如圖4所示，發(fā)生自激后CDMA信號波形質(zhì)量變差，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量，產(chǎn)生掉話現(xiàn)象。嚴(yán)重時會造成大片區(qū)域無法通話。可以從以下幾方面來解決自激問題：避免室內(nèi)信號泄漏到室外；增加施主天線與室內(nèi)重發(fā)天線間的隔離度；在保證室內(nèi)覆蓋的前提下盡量減小直放站的前反向增益。


圖4　CDMA信號自激頻譜圖

　　光纖直放站與無線直放站的最大區(qū)別在于施主基站信號的傳輸方式。無線直放站通過接收空間傳播的無線信號進(jìn)行放大，從而擴(kuò)大基站的覆蓋范圍。光纖直放站是通過光纖進(jìn)行傳輸，采用光信號接收器和轉(zhuǎn)換器連接施主站和重發(fā)站。光纖直放站具有工作穩(wěn)定、覆蓋效果好、可提高增益而不產(chǎn)生自激的優(yōu)點。光纖直放站原理圖如圖5所示：


圖5　光纖直放站原理圖

　　直放站將扇區(qū)覆蓋范圍延伸，但相應(yīng)的也會增加延時。所以帶了直放站的扇區(qū)的搜索窗應(yīng)該根據(jù)引入的延時合理調(diào)整。搜索窗設(shè)置過小，起呼不了；設(shè)置過大，呼叫建立時間很長或者呼叫失敗。下面是光纖直放站引入時延的經(jīng)驗公式。

　　(2×R×6.6)/1.61+(1.5×d×6.6)/1.61+t/0.814

　　R是直放站的覆蓋半徑，單位是km；d是光纖長度，單位是km；t是設(shè)備的延時，單位是微秒，一般是6微秒。

　　這個公式計算出來的是碼片數(shù)(chip)，路徑時延是6.6chips/mile，除以1.61，將km換算成mile，根據(jù)碼片的速率(1.2288Mchips/s)，將設(shè)備引入的時延換算成碼片即t/0.814。根據(jù)計算結(jié)果，查碼片(chip)與搜索窗(SWA)對應(yīng)表，選擇最接近的搜索窗。

　　一些人員密集的商場、大型的寫字樓、大型娛樂場所的話務(wù)量很高，如果用直放站，無法解決其容量問題，這些地方必須使用微蜂窩來吸收話務(wù)量。微蜂窩相當(dāng)于一個基站，在使用微蜂窩時應(yīng)該注意以下兩個問題。

　　第一個是鄰區(qū)問題，在市區(qū)，由于基站數(shù)量比較多，基站密度比較大，平均站距不到1公里，在高層建筑收到很多基站的信號，因而在做鄰區(qū)規(guī)劃時應(yīng)該全而精。在微蜂窩開通以前應(yīng)對建筑內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)的測試，根據(jù)強(qiáng)度對信號進(jìn)行分類，對于EC/IO＞-10dB的應(yīng)加入到微蜂窩的鄰區(qū)內(nèi)，同時覆蓋到建筑的進(jìn)出入口的宏蜂窩扇區(qū)也應(yīng)該加入到微蜂窩的鄰區(qū)里。另外一個問題是雙載波間的切換，目前，在一些大城市中，宏蜂窩基站是雙載波，而微蜂窩一般只是單載波，例如朗訊的CDBS基站，當(dāng)用戶由室外進(jìn)入到室內(nèi)時，用戶若在201頻點，進(jìn)入室內(nèi)則需要下切到283頻點，如果不做載頻間切換，肯定會掉話。

　　(2)分布系統(tǒng)的勘查設(shè)計

　　室內(nèi)覆蓋的目的是在建筑物內(nèi)部需要場強(qiáng)覆蓋、而基站信號又無法輻射的區(qū)域提供理想的信號覆蓋。因此，工程設(shè)計的首要工作是勘測確定哪些區(qū)域已被基站所覆蓋，哪些區(qū)域還需室內(nèi)分布系統(tǒng)以增強(qiáng)信號。在勘測時，應(yīng)特別注意話務(wù)繁忙地帶，即用戶最經(jīng)常使用移動電話的地方，這一區(qū)域往往要設(shè)計一個分布天線。經(jīng)過實地勘測，可基本確定各分布天線的位置，并根據(jù)各分布天線管轄范圍來確定其每個信道的輸出功率。為了使方案規(guī)劃更加準(zhǔn)確，通常可對這些區(qū)域進(jìn)行場強(qiáng)覆蓋預(yù)測。為了便于施工和維護(hù)，勘查完成后，還要做出設(shè)備布置和走線圖。

　　室內(nèi)分布系統(tǒng)的常用材料是：饋線、合路器、功分器、耦合器、吸頂天線、定向天線、干放器以及各種型號的饋線頭等。應(yīng)該根據(jù)實際情況來選用相應(yīng)的器材。

　　2.3　室內(nèi)分布系統(tǒng)案例：聊城建工大廈覆蓋解決方案

　　(1)建工大廈基本情況

　　聊城建工大廈位于聊城市中心，地上24層，地下2層，地上1到6層為高檔購物中心，6層以上為聊城建工集團(tuán)以及寫字樓。共有4部電梯。從測試的結(jié)果來看，1層到6層信號覆蓋良好，無需做分布系統(tǒng)。6層以上信號覆蓋較差。本室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋6到24層，地下2層以及2部電梯。

　　(2)設(shè)備和相關(guān)器材

　　本系統(tǒng)主要用到以下設(shè)備和器材，信源部分為5W光纖直放站，分布系統(tǒng)主要器材為：干放、耦合器、功分器、合路器、饋線、吸頂全向天線等，詳細(xì)的參數(shù)如表1所示。

表1　室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)備和主要器材
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設(shè)備和器材	相關(guān)參數(shù)
光纖直放站	功率：5W
干放	上行增益：36dB　　下行增益：36dB
耦合器	工作頻段：820MHz-960MHz 6dB耦合器插損：2.2dB　10dB耦合器插損：0.7dB 20dB耦合器插損：O.3dB　　阻抗：50Ω
功分器	工作頻段：820MHz-960MHz　二功分插損≤3.5dB
合路器	工作頻段：820MHz-960MHz　插損≤1.5dB
饋線	10D饋線　　　　　　　　　百米損耗11.0dB
吸頂全向天線	工作頻段：824MHz-960MHz　增益：3dBi
定向天線	工作頻段：824MHz-960MHz　增益：6dBi

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　　(3)功率預(yù)算和設(shè)計圖

　　根據(jù)耦合器、功分器、合路器的插損以及饋線的百米損耗，對整個系統(tǒng)的功率進(jìn)行了預(yù)算，使每個天線口的輸入功率符合要求。設(shè)計圖和功率分配如圖6、圖7、圖8、圖9所示。


圖6　地下二層走線示意圖和功率分配圖


圖7　七到十層以及電梯的走線示意圖和功率分配圖


圖8　十一層到十八層走線示意圖和功率分配圖


圖9　十九層到二十四層走線示意圖和功率分配圖

　　(4)開通后的情況

　　為了保證室內(nèi)信號不泄漏，在窗口處安裝壁掛式定向天線，同時也避免了高層覆蓋的窗口效應(yīng)，使窗口處的信號強(qiáng)度和EC/IO強(qiáng)于從室外覆蓋過來的信號。同時，我們根據(jù)光纖的長度，以及設(shè)備產(chǎn)生的時延，對整個系統(tǒng)時延進(jìn)行了計算，根據(jù)計算的結(jié)果，合理的調(diào)整了源扇區(qū)的搜索窗。開通以后，我們對整個樓層和電梯進(jìn)行了撥打測試，通過測試，發(fā)現(xiàn)覆蓋和通話質(zhì)量均良好，沒有出現(xiàn)呼叫失敗和掉話的現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的覆蓋效果。

3、小區(qū)深層覆蓋解決覆蓋

　　據(jù)統(tǒng)計，移動通信大約有85%以上的話務(wù)量產(chǎn)生在室內(nèi)，但是在居民小區(qū)等建筑群非常密集的地區(qū)，基站發(fā)出的無線電信號經(jīng)過多層建筑物后衰減非常大，造成很多小區(qū)內(nèi)的1、2、3層內(nèi)的用戶無法通話。由于環(huán)境的原因，基站選址制約因素很多，難度很大，往往在上述地區(qū)無法選到合適的站址。有時即使在周圍選到站址，也不能完全解決問題。目前，通常用以下幾種方法來解決小區(qū)的覆蓋。

　　3.1　建設(shè)直放站

　　建設(shè)直放站是解決局部覆蓋比較有效的方法。在直放站的選擇上一定要慎重，居民小區(qū)一般都位于市區(qū)中心，周邊基站較多，在一個地點同時能接收到很多基站的導(dǎo)頻信號，這些信號的導(dǎo)頻強(qiáng)度比較弱，沒有主導(dǎo)頻，形成了導(dǎo)頻污染。如果選用的無線直放站沒有任何效果，反而會將導(dǎo)頻污染區(qū)域放大。此外，當(dāng)無線直放站的施主天線和重發(fā)天線的隔離度不夠時，會出現(xiàn)自激現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)自激會造成大面積無法正常通話。光纖直放站將一個扇區(qū)的信號耦合后經(jīng)過光纖傳輸?shù)竭h(yuǎn)端進(jìn)行前反向放大，導(dǎo)頻比較干凈，不會產(chǎn)生干擾。所以在直放站選擇取時一般不選用無線直放站，而選用光纖直放站。

　　因為小區(qū)最外圍的樓覆蓋相對較好，所以直放站天線安裝的位置一般選擇在小區(qū)中間的樓頂上，利用二功分器將信號分成兩路，天線分別朝兩個方向覆蓋。在小區(qū)不是很大、不需要覆蓋很遠(yuǎn)的情況下，一般選用低增益波瓣較寬的定向天線，這樣可以充分覆蓋到天線兩側(cè)方向。在直放站開通以后，在小區(qū)內(nèi)以及周邊進(jìn)行詳細(xì)的路測和撥打測試，根據(jù)路測的情況，對天線的方位角和傾角進(jìn)行調(diào)整，保證小區(qū)內(nèi)充分覆蓋，同時也不會對小區(qū)周邊產(chǎn)生影響。

　　3.2　室外分布系統(tǒng)

　　由于小區(qū)規(guī)劃以及小區(qū)居民擔(dān)心電磁輻射等條件的限制，有的小區(qū)無法直接安裝抱桿和天線，在這種情況下，可以通過建設(shè)室外分布系統(tǒng)解決小區(qū)的覆蓋。在這些多層(六層)小區(qū)，覆蓋較弱的主要集中在一層至四層以及地下室，室外分布系統(tǒng)的基本原理與室內(nèi)分布系統(tǒng)一樣，將直放站或者微蜂窩的信號經(jīng)過功分、多級耦合、放大，通過天線將信號均勻地覆蓋到室內(nèi)。天線安裝方法有兩種，一種方法是將天線安裝在室外的墻壁上，饋線順著墻壁走線，天線一般安裝在二樓室外的墻壁上。另外一種方法是通過小區(qū)地下管道走線，將天線安裝在小區(qū)的草坪上，通過調(diào)整天線的仰角來覆蓋室內(nèi)。小區(qū)室外分布系統(tǒng)的天線在外形上需要經(jīng)過特殊處理，一般做成路燈、友好提示牌、藝術(shù)造型等形式。

4、結(jié)束語

　　解決高層覆蓋和深層覆蓋的工作包括工程勘查、設(shè)計、施工、調(diào)整和優(yōu)化等幾個過程，每一個過程涉及到的方面很多，在具體實施的過程中，要根據(jù)樓層高度進(jìn)行功率預(yù)算；根據(jù)樓層的情況選擇天線的類型；根據(jù)小區(qū)內(nèi)樓群的分布選擇解決方案�？傊�，要考慮全面，措施靈活，這樣才能既解決高層和深層覆蓋，又不影響路面的覆蓋。