高层楼宇无线通信网络分布系统覆盖设计优化研究.pdf

Telecom Power Technology 146 Oct.10,2023,Vol.40 No.19 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期通信网络技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.19.048高层楼宇无线通信网络分布系统覆盖设计优化研究钟建明（中国铁塔股份有限公司云浮市分公司，广东 云浮 527300）摘要：随着现代化城市建设和快速发展，城市建筑楼宇的高度和密集度不断增加，导致高层楼宇的网络覆盖服务与运营商投资收益之间的矛盾日益突出。从室内分布系统的种类和特性入手，结合高层室分布局和不同产品技术的造价，综合考虑信源、分布系统、外市电系统等方面，提出具体的综合覆盖设计及优化整体解决方案，以创建优质高层密集楼宇的通信环境。关键词：高层密集楼宇；室内无线通信网络分布；分布系统Research on the Coverage Design of Wireless Communication Network in High-Rise BuildingsZHONG Jianming(China Tower Corporation Yunfu Branch,Yunfu 527300,China)Abstract:With the construction and rapid development of modern cities,the height and density of urban buildings are increasing,which also leads to the increasingly prominent contradiction between the network coverage service of high-rise buildings and the investment income of operators.Based on the types and characteristics of indoor distribution system,combined with the layout of high-rise rooms and the cost of different product technologies,this paper puts forward specific comprehensive coverage design and optimized overall solution from the aspects of information source,distribution system and external power supply system,with a view to creating a communication environment of high-quality high-rise dense buildings.Keywords:high-rise dense buildings;indoor wireless communication network distribution;compartment system0 引 言在现代化城市发展进程中，高层、超高层、大规模综合建筑的增加，对建筑内的网络质量产生了重大影响。为解决此类问题，相关研究人员正在深入研究网络分布系统，以提升网络品质，创建高质量的室内无线通信网络，减少网络中断和时延等问题，满足广大用户对于优质网络的需求。1 高层楼宇特性分析1.1 高层楼宇分区从结构和空间使用层面，高层楼宇主要分成 5个区，分别是地下停车场、室内电梯、住宅套房内空间、低层大型商场超市（商住楼大型综合体配置）以及楼宇楼顶和室外绿化公共服务区。1.2 覆盖方案维度室内分布系统是一项综合性较强、相对复杂的网络工程。该系统的宗旨是提供优质的无线网络服务，以满足区域内用户的需求。为实现这一目标，始终围绕着容量、覆盖质量、综合造价3个维度来开展规划、设计、建设及维护优化工作。1.3 信号和系统来源室内分布系统的信号和系统来源可以分为有源室分、无源直放站室分。有源室分系统的信号质量较高且信号源稳定，但整体造价较为昂贵。无源直放站室分系统的使用优势在于安装简便和成本低，但容易产生干扰，且容量有限。1.4 系统选材组网室内分布系统可以分为传统同轴电缆馈线系统、泄露电缆系统、多频多模光纤混合系统。泄露电缆系统适用于无外露天线的环境，整个安装流程较为便捷且美观，占地面积较少。光纤电缆系统的信号损耗程度在可接受范围内，但进行光电转换时需要较大的资金投入，因此主要用于大型公共场合。同轴电缆系统的应用范围较广，网络稳定且经济实惠，但会产生信号损耗，因此需要使用干线放大器提高信号的精确性1。在多用户共享和信源集中方面，有多系统接入平台（Point of Interface，POI）和多频合路器/电桥等设备可供选择。2 楼宇室分系统整体设计2.1 总体覆盖原则2.1.1 优先推行共建共享在部署覆盖时，应根据容量和质量要求选择合适的主设备。在容量和质量要求高的情景下，应选收稿日期：2023-08-28作者简介：钟建明（1982），男，广东云浮人，本科，工程师，主要从事 5G 基建和移动通信网络相关工作。2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期 147 Telecom Power TechnologyOct.10,2023,Vol.40 No.19 钟建明：高层楼宇无线通信网络分布系统 覆盖设计优化研究择功率大的主设备射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）信源；在容量和质量要求不高的情景下，可选择直放站。同时，应尽量优化信源的覆盖面积，以减少信号损耗和干扰。为满足多运营商用户多套系统同时的共享接入，将信源功分设备或耦合器通过 POI 进行统一合路，从而节约信源投资。2.1.2 多快好省根据不同类型的覆盖需求，可以采用薄覆盖、专覆盖、广覆盖相结合的方式。为降低建设成本和能耗，可以采用有源和无源结合的方案。在中低流量区域，采用无源室分系统；在双路室分项目中，优先采用双极化天线方案。对于住宅小区平层的覆盖，可以采用室外天线对打方案，即使用楼宇专用大张角天线进行专项覆盖。对于住宅、办公楼、地下停车场，可以采用定向天线（对数周期天线或板状天线等）进行薄覆盖。对于商场等场所，可以采用广角漏缆或全向吸顶天线进行覆盖。2.2 室分结构规划和覆盖室分系统采用“空间分集”概念，通过无源分布式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）方案，利用基站设备多通道之间的联合收发功能，在两组独立的双发双收（Two Transmit and Two Receive，2T2R）室分路由的重叠覆盖区形成 4T4R 覆盖，在不增加投资的前提下达到 4T4R 覆盖效果。采用有源无源相结合的覆盖方案，如 5G 使用有源设备，而 2G/3G/4G 使用传统的无源室分设备，这样可以充分发挥有源室分容量高和无源室分成本低的特点，形成性能和成本最优的高性价比方案。室分外引楼层对打、电梯错层、上下对打以及地下停车场高增益天线对打等方案可以兼顾网络覆盖和造价。天线的覆盖范围（间距）应按照 3G/4G/5G 不同频段单双流速率要求，结合用户群体分布、建筑大楼室内外结构功能分区等因素，通过专业室分设计软件进行模拟测算和综合衡量，以确定合适的设定值。在满足网络覆盖范围、质量等要求的前提下，天线口的输出功率设计值还应考虑合适的必要余量，如 5G 天线末端功率在-15-18 dBm范围内相对合适。此外，应严格控制室分系统的信号外泄，确保室分小区的信号切换质量。具体要求在楼宇室外 10 m 位置，室外基站信号电平应比室分外泄电平高 10 dB 以上。2.3 室分系统的建设步骤楼宇室分系统建设流程主要包括基本信息获取、现场勘察、图纸方案设计、会审实施以及开通验收 5个环节，如图 1 所示。每个环节中都有许多小环节，这些环节贯穿了整个系统的生命线，包括原理、设计、规范及施工等安全和质量方面。2.4 室内分布系统的优化技术和策略室内分布系统的优化技术包括智能天线技术、上行同步技术、软件无线电技术、多用户联合检测技术以及同步码分多址和软切换技术。智能天线技术能够有效扩大室内无线通信网络的使用面积，并减少传输干扰问题，提高网络信号质量。上行同步技术能够将无线网络信息参数带入与之相关的公式，得到较为精确的结果，保障无线通信信号质量。软件无线电技术主要是创建多功能基站与多模手机，实现信息的互联互通，满足不同体制间顺畅通信的使用需求，进一步提升通信系统的可操作性。多用户联合检测技术能够有效避免高层室内无线通信网络在使用期间出现的多址干扰问题，进而扩大系统总容量。同步码分多址和软切换技术能够提高高层室内无线通信网络的频谱使用效率2。3 楼宇室分系统的具体应用要点3.1 信源结构和需求优化通过采用有源和无源相结合的方式，可以避免建设资金、成本和能源的不合理消耗。在高流量功能区域，以有源系统为主；在电梯、办公区、停车区以及设备维护区等中低流量功能区，以无源系统为主，进一步达到降低客户成本的目的。对于普通场所，应全面实施低耗、节约的无源室分系统。在中低流量区域，可选无源室分模式；在普通住宅小区，可采用天线对基本信息获取现场勘察图纸方案设计会审实施开通验收物业沟通获取建筑 CAD 图纸确定设备间位置取电位置用户预计数量容量和并发业预估现场勘察建筑图修正室分外打环境勘察路由勘察路由测绘信源覆盖初步划分现场穿墙过线位置确定室内传播模型校正各区服务等级划分方向角复核方案会审物资准备方案交底现场施工质量管控资源录入现场测试驻波测试互调测试调测开通测试优化验收结算交维归档信源设计覆盖方式确定方案设计（POI 位置、信源、天线、馈线、无源器件、电力电线、接地、传输、小区划分、负荷均衡、功率平衡、功能预留、近端远端等）预算编制（物资和服务内容）图 1 楼宇室分系统建设流程 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期Oct.10,2023,Vol.40 No.19Telecom Power Technology 148 打的形式提高网络信号覆盖率；在地下停车场、办公楼、住宅等场所，可以应用定向天线薄覆盖的方式；在商场等长时间等候的场所，则可以引进全向吸顶天线覆盖和广角漏缆系统。确保网络信号全面覆盖，同时降低建设和维护成本。不同频段信源的覆盖目标和覆盖面积大方向是一致的，因此应尽可能将 4G 和 5G 信源进行耦合或功分，以减少投资。同时，相关技术人员在 POI 合路或公用时，应合理应用高功率主设备 RRU 的覆盖优点，在保障基础覆盖面积的同时扩大4G/5G信源范围，并减少运营商的信源投资。3.2 勘察设计和预算层面细化要求第一，提前与物业沟通，获取建筑物的CAD图纸，特别是覆盖目标对应的电气图，包括线槽走线、电井、电梯等，便于后续设计室分馈线/网线/光缆、外市电电源系统。第二，进行现场勘察，结合建筑 CAD 图纸重点核对现场情况，特别是弱电井、电气房设备间、地下停车场和商城等天花板结构走线、涉及室分外打天线楼顶的结构。使用滚轮尺、红外测距仪进行长度和高度实测，利用无人机航拍俯视图和模拟室分外打测量楼层总体高度等。第三，使用天越等有利于快速设计和预算编制的工具软件，通过专业软件对室分无源器件选择、功率平衡、信号衰减以及末端功率等进行综合仿真管理，快速形成解决方案。第四，在设计层面充分考虑多频段合路和接入，使用的无源器件需要支持 800 3 700 MHz 频段。考虑多频段合路，建议前 3 级无源器件功率为 500 W。在室分外打方面，需要考虑防水型器件、防雷接地等设计要求。第五，优化天线口功率和天线密度的设计原理，按照室内质量覆盖要求预留必要余量。同时，根据建筑结构、覆盖要求等控制天线覆盖间距，在设计阶段通过仿真模拟算运适当部署天线数量。在满足天线口功率的前提下，采用 1/2 的馈线代替 7/8 线径的馈线，以节省投资3。3.3 天线的部署应用3.3.1 室分外打天线楼宇对打综合覆盖高层室外采用广角射灯天线的方式，通过少量馈线、无源器件将功率分配至安装于建筑物楼顶的射灯天线、室外板状天线等，采用信号对打方式将无线信号由室外天线覆盖至室内区域，提高楼宇和对面楼宇室内房间的信号质量4。同时，室内和室外综合搭配补充，可全方位立体化解决多栋建筑物、呈现面状覆盖的住宅小区等场景的网络覆盖，罗定东方明珠三期室分外打设计方案如图 2 所示。3.3.2 电梯专项覆盖和专用天线应用采用电梯专用壁挂天线，每 3 层安装一副天线，如果 2 部电梯相邻，左右电梯分别采取天线错层的方式覆盖解决，以兼顾电梯厅网络信号质量和造价。如果电梯厅的信号质量良好，为节约成本，可以重点关注电梯内的信号覆盖。对于 5 层以下的电梯范围，可以部署对数周期天线来解决信号问题，天线口功率可设置为-8 -13 dBm。对于 5 至 30 层电梯的覆盖目标区域，可以部署 1 个高增益的电梯专用天线进行覆盖，根据现场条件和覆盖效果选择在井道底部或顶部安装，天线口功率值一般可设置为-3 0 dBm；对于超过 30 层的建筑，可以在电梯间的顶部和底部分别部署 1 个高增益的电梯专用天线。垂直张角射灯天线 1：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 245。下倾角：30。覆盖越围：D1、D2 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 2：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 190。下倾角：30。覆盖越围：E3、E4、E5 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 3：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 160。下倾角：30。覆盖越围：A5、A6 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 4：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 140。下倾角：30。覆盖越围：D2、D3 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 5：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 20。下倾角：30。覆盖越围：F2、F3 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 6：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 340。下倾角：30。覆盖越围：D1、D2 栋靠窗户楼层。垂直张角射灯天线 7：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 120。下倾角：30。覆盖越围：附近村庄的民房。垂直张角射灯天线 8：安装于 F2 栋楼顶。方向角：N 180。下倾角：20。覆盖越围：附近村庄的民房。罗定东方明珠三期室分，云浮市罗东路 88 号，本期覆盖东方明珠三期宇，其中 D2、D3、F2、F3、F4 号层，E3、E4、E5、D5、D6 号楼楼共有两层地下停车场，每一 栋楼名梯，共 20 部电梯;室内和外结合，室分外打天线。罗定东方明珠三期图 2 室分外打设计方案 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期 149 Telecom Power TechnologyOct.10,2023,Vol.40 No.19 钟建明：高层楼宇无线通信网络分布系统 覆盖设计优化研究3.3.3 广角漏缆合理推广应用为有效提高广角漏缆系统的应用范围，在设计一字型走廊、回字形过道时，应优先考虑使用此方法。广角漏缆系统具有故障隐患少、应用器件少等优势，能够有效提高室内覆盖质量，避免传输信号受到干扰。同时，通过优化设计施工流程，可以将工期缩短 40%以上，并节约 10%左右的成本5。以云浮某商务大楼为例，利用广角漏缆方式可比传统的单极化天线形式减少约 30%的成本。3.3.4 双路室分优先用双极化天线在开展双路室分项目设计时，选择双极化天线作业形式可以节约 10%左右的成本。同时，使用的天线数量减少，降低了后期设备维护和运营的难度。3.4 把控好材料质量和施工过程质量在实施室分项目时，应优先选择甲方集采的材料，确保造价和材料品质。每类产品、每批次产品到货后均需进行抽检和整体验收。同时，要编制完善规范的施工方案，配置专业标准的施工工具、仪器仪表。重点关注分布系统前三级的施工质量，并同步做好互调驻波等质量测试。在施工过程中，严格按照设计方案进行，做好现场安全和质量管控工作。此外，还需联合运营商完成室分设备的接入开通和调测优化，并组织好交维验收项目归档结算等工作内容。在室分接地保护方面，要注意地排规格，外打天线抱杆接地、搭接长度和搭接面积等细节，确保符合防雷接地相关规范。3.5 室分电源规划设计方面在电源线的选型方面，考虑安全性和质量稳定性，优先采用铜缆，并根据 RRU 和有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）对应的功率和压降来计算线径。同时，应尽可能利用用户现有的线槽和管道，以减少投资。结合射灯外打的点位和各个楼栋的设备间位置进行组网，合理分配好用电功率负荷。3.6 常见室分问题定位和处理室分系统常见的问题主要包括驻波比和互调干扰、通话质量差、下载速率低以及信号弱等。这些问题可能是无源器件材料质量差、馈线接头工艺不良、同频干扰、POI 故障、无主覆盖小区、现场安装天线不合理（对着金属线槽等）以及信号外泄严重等因素引起的。为了解决这些问题，需要对室分系统进行细致的排查和定位。检查无源器件的质量，确保其符合设计要求和标准。关注馈线接头的工艺质量，避免因接头不良而引起信号衰减或干扰。此外，对于同频干扰问题，可以采取频率规划和调整措施，合理分配不同的频段，避免同频干扰的产生。关注 POI 故障和无主覆盖小区的问题，采取相应的措施进行修复和优化。对于现场安装天线不合理的问题，需要调整天线的位置和朝向，确保信号能够有效覆盖目标区域。同时，需要关注信号外泄严重的问题，采取措施减少信号对外界的干扰。4 结 论高层建筑的无线环境较为复杂，为满足高质量网络和低成本投资的要求，需要根据实际使用需求优化和调整方案。通过有源无源结合共享、采用大广角和电梯专用天线、合理应用广角漏缆、双路室分优先应用双极化天线、增加信源设备的覆盖面积、提高天线口功率以及合理控制天线密度等措施实现网络升级，减少室内网络盲区与干扰区域，提升用户的使用体验，确保高层建筑室内的信号容量和质量符合要求，为广大用户提供更优质的无线通信服务。参考文献：1 白振昊，杜 爽.室内无线通信网络分布系统设计研究：井下 5G 网络与 ZigBee 融合组网技术的应用 J.现代信息科技，2022，6（11）：157-160.2 杨洪基.室内无线通信网络分布系统的设计与实现 J.卫星电视与宽带多媒体，2020（12）：63-65.3 倪渐长.关于 5G 无线通信技术概念及相关应用探讨 J.卫星电视与宽带多媒体，2019（24）：36-37.4 王海波.基于多网合一的无线室内分布系统设计及问题应对 J.数字通信世界，2022（5）：140-142.5 黄高云.基于不同场景的 5G 无线网络规划分析 J.长江信息通信，2022，35（5）：178-179.