城中村信號覆蓋解決方案探討

摘要　文章主要針對城中村覆蓋難的問題進(jìn)行分析，并通過路測、點測確定覆蓋目標(biāo)，繼而利用室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的思路，提出相應(yīng)的解決方案。

　　城中村由于其特殊的地理位置和人文環(huán)境，在城市中占有極其重要的位置。它低廉的房租，吸引著大量的外來勞務(wù)人員在此居住，人口十分密集。城中村的面積一般較大，且村內(nèi)樓房密集，巷道狹窄，村內(nèi)樓高一般為7、8層，對無線信號的傳播影響很大。概括地說，整個城中村就像是一棟巨大的建筑物，在基站的覆蓋范圍之內(nèi)有很多地方信號很弱，甚至出現(xiàn)信號盲區(qū)。對于城中村來說，一方面是密集的人口，市場潛力巨大；另一方面是密集的樓房，無線信號很難覆蓋。各運營商對此都沒有比較好的解決方法。隨著手機的降價、資費的下調(diào)，移動電話的普及率越來越高，特別是在中低收入階層，移動電話用戶的數(shù)量正在快速的增長，城中村的移動電話信號覆蓋已成為各運營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋工作中的頭等問題。聯(lián)通汕頭分公司在3年前就開始進(jìn)行以室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)解決城中村移動電話信號覆蓋的試驗，并取得一定成效。接下來，筆者以正在實施的汕頭市H村室內(nèi)覆蓋工程為例進(jìn)行介紹。

1、確定覆蓋目標(biāo)

　　H村內(nèi)共有3個聯(lián)通基站。根據(jù)現(xiàn)場室外路測和室內(nèi)采樣測試分析，一至三層的室內(nèi)接收場強一般比同位置的室外接收場強低15dBm～30dBm。由路測結(jié)果來看，GSM室外接收場強大部分小于-80dBm，一至三層的室內(nèi)接收場強大部分為-95dBm～-110dBm，甚至為盲區(qū)，呼叫困難，通話質(zhì)量差。故本次方案主要解決城中村樓房一至三層的室內(nèi)覆蓋問題。

2、設(shè)計方案思路

　　2.1　覆蓋方式

　　H村周邊有3個雙網(wǎng)基站。由于H村范圍較大(0.5平方公里)，且村內(nèi)樓層較高(一般為7-9層)，房間密集，通道狹窄，弱信號區(qū)域很多，需要較多的天線才能對其進(jìn)行有效的覆蓋，且分布區(qū)域較大，主用信號不一致，可以采用多安裝點(共13安裝個點)、低安裝位置(2～3層之間)的方法，對巷道采用室外定向天線的覆蓋方式，天線應(yīng)盡量面向弱信號區(qū)，背對強信號區(qū)，同時可根據(jù)具體情況將天線適當(dāng)下傾，以減少對強信號區(qū)和遠(yuǎn)方基站的干擾，避免出現(xiàn)不同基站覆蓋造成局部缺乏主小區(qū)的現(xiàn)象。該設(shè)計方案共需要159個室外板狀天線。

　　2.2　設(shè)備選取和信號源選取

　　因無線直放站存在隔離度的問題，且其在較大的輸出功率上容易自激，因而用無線直放站難以達(dá)到覆蓋要求。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和方便擴(kuò)容，可以采用光纖直放站和基站直接耦合接干線放大器的方式對H村進(jìn)行室外覆蓋。

　　為了避免覆蓋后出現(xiàn)局部缺乏主小區(qū)和頻繁切換的現(xiàn)象。分布系統(tǒng)覆蓋區(qū)應(yīng)盡量選用原覆蓋小區(qū)信號的方式，H村信源選取如下：

　　(1)在H村的西南角，主要由粵通基站的第一扇區(qū)(1031)覆蓋，雖然巷道走向與基站天線一致，但由于巷道十分狹窄且樓層高度基本一致，信號覆蓋仍較差。可以考慮用一組10W光纖直放站+四組5W干線放大器進(jìn)行覆蓋。

　　(2)在H村的東南角，主要有H村基站的第二扇區(qū)(1772)覆蓋，同時，部分區(qū)域由粵通基站的第一扇區(qū)(1031)覆蓋，由于巷道走向與基站天線不一致，由粵通基站的第一扇區(qū)(1031)覆蓋的區(qū)域又較遠(yuǎn)，覆蓋信號差�？梢钥紤]用一組10W光纖直放站+二組5W干線放大器覆蓋。

　　(3)在H村的東北角，主要由H村基站的第一扇區(qū)(1771)、第三扇區(qū)(1773)覆蓋，小部分區(qū)域由H村基站的第二扇區(qū)(1772)和長江商海的第一扇區(qū)(691)覆蓋。H村基站的第一扇區(qū)(1771)覆蓋的區(qū)域靠近天山南路，樓與樓的間隔較大且樓層低，覆蓋均較好，不考慮另外覆蓋。H村基站的第三扇區(qū)(1773)覆蓋的區(qū)域由于巷道走向與基站天線不一致，且巷道狹窄，覆蓋均較差，可以考慮直接耦合H村基站的第三扇區(qū)(1773)接一組5W干線放大器進(jìn)行覆蓋。小部分靠近長江商海的區(qū)域由長江商海第一扇區(qū)(691)覆蓋。

　　(4)在H村的西北角，主要由長江商海的第一扇區(qū)(691)、第二扇區(qū)(692)、第三扇區(qū)(693)覆蓋，小部分區(qū)域由粵通基站的第一扇區(qū)(1031)覆蓋。長江商海第三扇區(qū)(693)覆蓋的區(qū)域靠近長江路，樓與樓之間間距很大，覆蓋均較好，不考慮另外覆蓋。長江商海的第一扇區(qū)(691)、第二扇區(qū)(692)覆蓋的區(qū)域由于巷道走向與基站天線不太一致，且巷道狹窄，雙網(wǎng)覆蓋均較差(一小部分空曠地方信號覆蓋較好，未考慮另外覆蓋)�？梢钥紤]在第一扇區(qū)(691)覆蓋的區(qū)域用一組10W光纖直放站+一組5W干線放大器進(jìn)行覆蓋，第二扇區(qū)(692)覆蓋的區(qū)域可以直接耦合接二組5W干線放大器進(jìn)行覆蓋。

3、設(shè)計方案分析

　　覆蓋區(qū)域場強預(yù)測分析可用公式(1)計算：

　　3.1　覆蓋區(qū)域場強預(yù)測分析

　　Ls(dB)=32.45+20 lg f(MHz)+20 lg d(km)

　　Ls：為室內(nèi)空間傳播損耗值；

　　f：為系統(tǒng)頻率；

　　d：為距離。

　　以GSM系統(tǒng)為例，f取900MHz，代入公式(1)計算：

　　Ls(dB)=32.45+20 lg 900(MHz)+20 lg d(km)

　　可得：50m空間損耗約65.51dB；多路徑衰落余量約15dB；墻體損耗25dB；天線增益7dB；天線口平均輸出功率13dBm。

　　距天線最遠(yuǎn)點50米處的手機場強估算如下：

　　手機接收功率=天線口功率+天線增益-空間損耗-墻體遮擋損耗-多路徑損耗=13dBm+7dB-65.51dB-25dB-15dB=-85.51dBm。距離與損耗之間的關(guān)系如表1所示：

表1　距離與損耗的關(guān)系
[table]

距離	5m	20m	25m	50m	75m	100m
損耗	45.54dB	57.55dB	59.52dB	65.51dB	69.03dB	71.53dB

[/table]

　　50米以內(nèi)的手機接收場強均高于此值。

　　由模擬測試可知，當(dāng)天線口功率為13dBm時，覆蓋區(qū)域內(nèi)距離天線最遠(yuǎn)點的手機場強基本上≥-85dBm。

　　3.2　直放站類型選擇分析

　　對城中村進(jìn)行覆蓋時，采用無線射頻直放站無法保證施主天線與覆蓋天線之間的隔離度，容易因隔離度導(dǎo)致的問題使直放站自激，而使用光纖直放站或直接耦合不存在以上問題，且方便話務(wù)量較高時用微蜂窩替代光纖直放站。

　　3.3　上下行平衡分析

　　由于城中村分布系統(tǒng)采用的器件和饋線對上、下行信號的損耗相同，信號在空間傳播時的損耗也是相同的，因此可以認(rèn)為器件和饋線對信號的上、下行平衡沒有影響。只有系統(tǒng)使用的直放站會對系統(tǒng)的上、下行平衡帶來一定的影響，但這可以通過調(diào)整直放站的上下行增益來進(jìn)行調(diào)節(jié)，使上、下行增益保持一致，以保證上、下行平衡的穩(wěn)定。

　　3.4　系統(tǒng)上行噪聲分析

　　根據(jù)接收電平來設(shè)計系統(tǒng)上行噪聲電平及增益，假設(shè)：

　　LNT——系統(tǒng)上行噪聲電平

　　LNR——到達(dá)信源基站口的噪聲電平

　　L——系統(tǒng)主機到信源基站口的空間損耗

　　GUP——系統(tǒng)上行增益

　　NF——系統(tǒng)上行噪聲系數(shù)

　　PC——信源基站輸出功率

　　PO——直放站輸出功率

　　∵LNR≤-120dBm　即　LNT-L≤-120dBm

　　∴LNT≤-120dBm+L　取LNT1=-120dBm+L(以LNT1區(qū)別于LNT)

　　對GSM網(wǎng)絡(luò)：

　　LNT1=-121dBm+NF+GUP，L=PC-LRX

　　即　-121dBm+NF+GUP1=-120dBm+(PC-LRX)

　　∴GUP1=1-NF+PC-LRX

　　　　　=1-4dB+40dBm+50dBm=87dB

　　GDOWN=P0-LRX=34dB+50dBm=84dB

　　由上下行平衡原則，取GUP=min(GUP1，GDOWN)=84dB

　　可得：LNT=-121dBm+NF+GUP=-121dBm+4dB+84dB=-33dBm

　　即：系統(tǒng)上行噪聲電平小于或等于-33dBm就不會干擾源基站。

　　對CDMA網(wǎng)絡(luò)：

　　LNT1=113dBm+NF+GUP，L=PC-LRX

　　即-113dBm+NF+GUP1=-120dBm+(PC-LRX)

　　∴GUP1=-7-NF+PC-LRX

　　　　　=-7-4dB+40dBm+50dBm=79dB

　　GDOWN=PO-LRX=34dB+50dBm=84dB

　　由上下行平衡原則，取GUP=min(GUP1，GDOWN)=79dB

　　可得：LNT=-113dBm+NF+GUP=-113dBm+4dB+79dB=-30dBm

　　即：系統(tǒng)上行噪聲電平小于或等于-30dBm就不會干擾源基站。

　　3.5　切換分析

　　為避免信號覆蓋后形成新的孤島小區(qū)或與頻率規(guī)劃相沖突而導(dǎo)致高誤碼質(zhì)差，直放站施主基站的選擇參考了測試結(jié)果中的小區(qū)覆蓋分布圖。

　　由于H村GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋絕大部分還是用原覆蓋基站覆蓋，無需改變原有鄰小區(qū)設(shè)置，所以可保證正常的切換，不會產(chǎn)生掉話。

　　3.6　信號泄漏與干擾控制

　　由于H村分布系統(tǒng)覆蓋天線布放于室外，沒有普通室內(nèi)分布系統(tǒng)的外墻和樓高(相對干道)來進(jìn)行隔離，所以對外圍基站覆蓋區(qū)的干擾控制方法主要采用天線選型、安放位置、安裝位置高度的優(yōu)化來加以控制。

　　對位于基站強信號覆蓋區(qū)邊緣的覆蓋天線，采用面向弱信號區(qū)，背對強信號區(qū)，且安裝方向性能好的定向天線，以減少對強信號區(qū)和遠(yuǎn)方基站的干擾；側(cè)向輻射的控制則通過將天線安放在巷道內(nèi)的方式實現(xiàn)。分布系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)盡量選用原覆蓋小區(qū)信號的方式，避免出現(xiàn)不同基站覆蓋造成局部缺乏主小區(qū)的現(xiàn)象。

　　對位于弱信號覆蓋區(qū)中心的地方，可采用較低高度的天線安裝方式，以降低對遠(yuǎn)方的干擾。

　　對空曠區(qū)域的覆蓋，可適當(dāng)增加天線下傾角度以降低對遠(yuǎn)方的干擾。

　　對于覆蓋天線的正向控制也需加以考慮。首先，當(dāng)直放站天線無法與基站天線方向保持一致時，直放站信號覆蓋過遠(yuǎn)將打亂原有的頻率規(guī)劃，導(dǎo)致新的切換和頻率干擾問題。其次，當(dāng)直放站信號與基站直接覆蓋信號傳輸路徑不同時，直放站覆蓋過遠(yuǎn)(與基站天線不同方向)將導(dǎo)致出現(xiàn)較大的路徑時延，當(dāng)時延差達(dá)到15微秒時，若基站與直放站信號C/I達(dá)不到9dB以上，那么基站均衡器將無法均衡，從而變成同頻干擾。

　　無論天線類型還是方向，對于天線覆蓋區(qū)的控制均可利用天線在低于周圍建筑物的巷道中的特殊傳播模式，即信號在與波長和天線高度相關(guān)的距離斷點：

　　Rb=4(HBS*Hm)/λ(單位：米)

　　其中：HBS——發(fā)射天線高度；Hm——手機天線高度；前后所具有的不同損耗斜率(2和4)。

　　另外，可以通過控制覆蓋天線的高度的方式調(diào)整斷點的距離，從而達(dá)到有效降低遠(yuǎn)距離輻射信號的目的。由于H村平均樓高為4到7層，弱信號區(qū)為1至3層，將天線高度架在位于二層的3～4米的高度，在800M～900M頻段，對應(yīng)的斷點距離為36～72米，再將定向天線加以下傾，就可以達(dá)到控制遠(yuǎn)距離信號的目的，同時又能保證正常的覆蓋效果。

4、結(jié)束語

　　室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)在解決城中村移動電話信號覆蓋問題的應(yīng)用，汕頭聯(lián)通進(jìn)行了積極有益的探索，并取得一定的效果。預(yù)期在系統(tǒng)開通后，覆蓋區(qū)域內(nèi)樓層的場強將大于-85dBm，巷道通道大于-85dBm，能有效提高通話質(zhì)量，并可以改善信號覆蓋的盲區(qū)、弱區(qū)、切換頻繁等問題，從而為市場的拓展提供有力的支撐。