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住宅小区无线覆盖解决方案

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2020年6月23日
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住宅小区网络覆盖解决方案
专项研究报告

08月
目 录
1.1 住宅小区覆盖方案分析 3
1.1.1 室内分布系统覆盖方案分析 3
1.1.2 室外微蜂窝(室外分布系统)覆盖方案分析 4
1.1.3 室外宏蜂窝覆盖分析 8
1.1.4 小结: 9
1.2 典型场景及覆盖方案策略 9
1.2.1 别墅型小区 9
1.2.2 多层住宅小区 11
1.2.3 高层住宅小区 12
1.2.4 环抱型小区 13
1.2.5 小型独栋小区 14
1.2.6 综合大型小区 15
1.3 切换区划分 15
1.4 天线选择 18
1.5 干扰分析 19
1.5.1 系统内干扰分析 19
2 新技术及新方案应用研究 20
2.1 天线伪装方案 20
3 研究结论与建议 21
3.1 结论 21
3.2 标准化方案建议 21

1.1 住宅小区覆盖方案分析
1.1.1 室内分布系统覆盖方案分析
方案要点简介
在覆盖小区建筑的时候, 有时采用建设室内分布式天线系统的方式来进行覆盖:

在方案设计时一般遵循以下原则:
Ø 保证室内信号在室内区域有良好的覆盖
Ø 严格控制信号在室外的泄露
Ø 建议尽量采用小功率多天线的方式进行覆盖, 能够在保证良好覆盖的前提下, 有效抑制泄露
Ø 天馈部分尽量选择宽带器件, 考虑以后频段的扩展及多制式共天馈
Ø 可根据需要选择吸顶天线或定向天线
Ø 有必要时可对天线进行伪装
Ø 切换区一般设计在建筑的出入口
方案优点:
Ø 楼内的覆盖较均匀
Ø 能够和2G共用天馈系统
方案缺点:
Ø 新建室内分布系统周期比较长, 业主协调较困难
Ø 只能覆盖室内区域, 室外区域无法覆盖
Ø 天线只能装在走道和用户家门口, 由于家庭户型结构较复杂, 很难对房间里的用户有全面和有效的覆盖
Ø 需要和室外站配合覆盖, 导致大量的切换区在室内, 不利于网络性能

1.1.2 室外微蜂窝(室外分布系统)覆盖方案分析
在覆盖小区建筑的时候, 有时采用建设室外微蜂窝的方式来进行覆盖:

室外微蜂窝覆盖指采用微蜂窝小区制的方式, 根据小区内建筑的特性及相互的分布关系, 灵活的在室外布放天线, 达到在小区内无缝覆盖的目的, 在设计时一般遵循以下原则:
Ø 由于微蜂窝采用的是多点小功率覆盖, 因此在设计时, 一般只设计穿透一堵墙, 这就要求在楼宇的每一面应该与天线都有直达路径
Ø 在走线时要充分考虑小区的道路及管道建设, 合理设计走线
Ø 在设计天线口功率时, 注意覆盖距离和环保要求的平衡
Ø 为满足覆盖要求, 应采用正反两侧覆盖居民楼, 为减少楼内的切换, 应划分为一个小区。
Ø 为尽量降低对非目标区域的信号泄露, 天线放置位置应首选中层, 次选楼顶放置。
Ø 为降低相邻居民楼之间的信号泄露, 应采用异频组网。
Ø 为避免室外宏基站对覆盖居民楼的同频干扰, 应采用异频组网
室外分布系统方案, 天线的布防方案比较多, 主要有两种: 将天线安装在外墙或楼顶
1) 天线安装太外墙上
Ø 天线安装在外墙上, 一般只采用定向天线, 比较容易利用建筑的遮挡控制干扰, 能覆盖5-8层楼, 可是物业协调和施工难度较大。

Ø 天线安装在墙角, 天线主瓣能够直接辐射到楼之间的空隙, 有效利用楼宇之间的空隙及墙壁的透射和反射达到理想覆盖效果。一般应该避免天线主瓣直接正对着附近楼房的墙壁,天线方向应尽量保持一致。
Ø 对于这种楼群排列规则的生活小区, 天线建议选择水平波束宽度90°以内、 垂直波束宽度30°左右的定向小天线
Ø 当小区内楼群排列不规则时, 天线能够安装在某一大楼的墙壁上, 正对对面的建筑物墙壁, 利用其反射信号提供覆盖。此时天线安装高度不宜过高, 尽量与目标覆盖楼层等高。安装方式如上图所示
2) 天线安装在楼顶

Ø 天线装在楼顶, 采用定向天线, 覆盖能力比较强, 一般来说能覆盖10层左右, 可是干扰比较严重, 在建筑高度较高时慎用。
Ø 天线也能够安放到角上或楼宇的垂直面上。
方案优点:
Ø 覆盖效果好, 信号从室外打入, 能有效覆盖房间内用户
Ø 单个蜂窝覆盖范围小, 干扰容易控制
Ø 天馈体积小, 容易伪装, 对安装要求条件低, 降低准入难度
Ø 同时覆盖室内和室外
方案缺点:
Ø 需要天线点位较多
Ø 规划时需综合考虑各方面的影响, 复杂度较高
Ø 地下停车场和电梯需要建设分布式系统
1.1.3 室外宏蜂窝覆盖分析
有时也会采用室外宏蜂窝的方式进行覆盖

宏蜂窝方案宏蜂窝大区制的覆盖方式, 完成对住宅小区的覆盖:
Ø 宏蜂窝的站点一般选择距离楼宇50-200m的位置, 以保证对楼宇的有效覆盖;
Ø 天线挂高一般在楼宇的中部偏上一点的位置;
Ø 在天线选择上, 一般选择水平半功率角小, 而垂直半功率角大的天线;
Ø 需要对天线进行伪装。
方案优点:
Ø 覆盖面积较大, 投资成本较低
Ø 兼顾室内和室外的覆盖
方案缺点:
Ø 宏蜂窝方案受楼体的遮挡的影响比较明显, 在区域内很难形成无缝覆盖
Ø 在楼宇背向天线的一边, 以及楼宇的底层和高层常存在弱覆盖的区域
1.1.4 小结:
三种方案各有优缺点, 需要根据实际情况选择
1.2 典型场景及覆盖方案策略
1.2.1 别墅型小区

别墅小区的建筑一般有以下特点:
Ø 建筑遵循一定的规律规则排列
Ø 每栋建筑规模很小, 只容纳一两户人家
Ø 建筑密度低, 属于低密度小区, 楼间距一般20m以上
Ø 楼层高度低, 一般在4层以下
Ø 建筑多为砖混材料的板楼结构
覆盖方案分析
Ø 重要程度高, 宏站准入难度大, 覆盖下效果无法保证;
Ø 无法建设室内分布;
Ø 推荐采用室外分布式方案进行覆盖

1.2.2 多层住宅小区

多层住宅小区的建筑一般有以下特点:
Ø 多层小区建筑基本为砖混材质的板楼, 建筑高度一般在12层以下;
Ø 板楼的长度明显大于宽度, 基本为条形结构, 但有可能会根据地形建设成弧形或”L”型建筑;
Ø 由于建筑高度较矮, 建筑密度相对较高, 但一般来讲, 高档小区的建筑密度不会太高;
Ø 建筑规模较大, 每层容纳的住户比较多;
Ø 建筑分布相对较规则。
Ø 建筑宽度较窄, 信号穿透的损耗相对比较小;
覆盖方案分析
Ø 宏站覆盖效果特别是底层的覆盖效果难保证, 可在重要程度较低小区或配合室外分布式方案使用
Ø 室内分布覆盖电梯和地下车库
Ø 可根据楼宇的高度, 采用楼顶天线＋挂墙天线的室外分布天线覆盖

1.2.3 高层住宅小区

高层住宅小区的建筑一般有以下特点:
Ø 高层住宅小区多为混凝土框架结构的塔楼, 建筑高度一般在12-35层, 35层以上的建筑叫超高层
Ø 若干干户, 一般多于四五户共同围绕或者环绕一组公共竖向交通形成的楼房平面;
Ø 不同规模和档次的小区建筑密度差别较大, 可是对于高档小区一般建筑密度不会太高;
Ø 建筑规模较大, 每层容纳的用户较多;
Ø 建筑分布比较规则;
Ø 建筑物接近方形, 截面小, 厚度大, 穿透损耗比较高。
覆盖方案分析:
Ø 宏站覆盖效果特别是高层和底层的覆盖效果难保证, 可在重要程度较低小区或配合室外分布式方案使用
Ø 室内分布覆盖电梯和地下车库
Ø 可根据楼宇的高度, 楼顶天线＋挂墙天线的室外分布天线覆盖

1.2.4 环抱型小区

小区特点
Ø 高层建筑分布在小区的周围, 多层建筑和活动区域分布在小区的中央
覆盖方案分析
Ø 能够采用”室内分布系统+上仰角射灯天线或路灯天线系统”相结合的覆盖方式
Ø 室内分布式天线系统来覆盖地下室、 电梯、 楼内部房间等, 利用多层建筑上天线上倾的方式覆盖高层
Ø 高层建筑只见也能够利用天线互打的方式覆盖
1.2.5 小型独栋小区

小区特点:
Ø 小区规模很小, 只有一栋或几栋建筑, 没有隔离的小区范围
Ø 一般为高层建筑
覆盖方案分析
Ø 在室外安装内置上仰角射灯天线或路灯天线系统覆盖低层建筑外层房间
Ø 利用室外分布天线覆盖楼宇, 同时抑制高层杂乱的无线信号、 减少乒乓效应及控制频繁的乒乓切换;
Ø 慎重考虑楼顶下倾射灯天线的方式, 以避免高层射灯天线信号传播距离过远带来的对远处小区的干扰站
Ø 采用室内分布覆盖电梯和车库

1.2.6 综合大型小区

当前还有许多占地面积很大的综合型小区, 其中包含了别墅、 多层小区、 高层小区的全部或部分, 一般还有配套的公共业主活动区。
在此类小区中建筑类型更多, 涵盖了上面提到的有所建筑特点, 且其规模和档次往往也比较高, 在覆盖时应予以重视。
覆盖方案分析
Ø 由于涵盖了多种场景, 因此覆盖综合小区的要点就是根据小区的结构特点对小区进行分区覆盖
Ø 根据每个区域的实际情况选用合适的覆盖方案

1.3 切换区划分

Ø 考虑小区分区方案, 首先, 在满足容量的前提下, 多个RRU级联应尽可能地考虑合并为一个逻辑小区。
Ø 房屋的用户尽量不处在切换区内
Ø 一个簇内的建筑尽量不处在切换区内
Ø 大量用户聚集的地方尽量不处在切换区内
Ø 用户频繁移动的地方尽量不处在切换区内
Ø 尽量采用异频切换的方式
对于初期容量要求不高多个RRU合并为一个小区的情况, 在规划时尽量规划好各个RRU的覆盖分界, 便于将来扩容时将各个RRU分裂为多个小区时避免整改小区间的切换区域。例如, 住宅区规划的不同小区要有一定裕量, 一方面从住宅楼的入住率方面考虑( 当前绝大多数高层住宅楼的入住率都很低) , 满入住率时会有更高的话务量需求, 另一方面可能会在现有住宅楼周边陆续开发二期或下一期的楼盘。
室内分布系统由于楼道, 墙壁, 电梯等诸多相对隔离空间的存在, 因此其信号分布状况相对复杂, 对于切换带的设计须加慎重考虑, 在室内覆盖时, 要避免切换带位于人员活动密集的办公生活区域, 要设置在人员活动相对较少的角落地带。
高层住宅小区划分及切换问题分析
对于比较大型的楼宇, 一般会有多个小区来进行覆盖, 小区的设计划分就显得比较重要。对必须分小区才能满足容量需求的高层建筑, 建议采用低楼层小区覆盖电梯井的方法, 在低楼层及一楼电梯出口处, 手机处在同一小区, 不发生切换。对用户移动频繁的室外和一楼大厅之间, 出入口切换区域一般向室外延伸一定的距离( 如在室外距离门口5～7米的范围内) , 以减少室外小区的负荷; 同时为了保证手机在进入室内前进行切换, 一般会在出入口位置安置一个天线。

(1). 电梯间切换带设置
电梯覆盖一直是室内覆盖较难处理的一块内容, 由于电梯相对封闭的空间特性, 在人员进出电梯的时候信号会出现较大的起伏, 因此一定要避免切换带落入电梯内。

室内小区电梯区域切换设置
由上图能够看到, 第一种情况没有发生切换是最理想的状态。第二种情况切换带位于大厅里也不会产生问题, 因为大厅里的信号强度处于缓变的过程。第三种情况, 切换带位于电梯间内, 当人员进入电梯, 电梯门关闭时, 室外小区的信号快速衰落, 可能在还没有来得及切换的时候原服务信号已经消失, 从而产生切换失败, 掉话等。因此要尽量避免此类情况的出现。
(2). 高层小区的室外邻区设置
由于高层小区地处较高的位置, 在窗口处可能接收到来自很远处传过来的宏站信号, 容易造成”孤岛效应”。因此采用高低层分层覆盖的方式。高层小区和室外宏站只设置单向切换(或经过参数控制使得高层室分小区较难切出至室外宏站), 和低层小区设置双向切换; 低层小区和室外宏站设置双向切换。这种分层覆盖的方式带来的好处就是即使室内局部存在有较强的室外宏小区信号, 也不会造成乒乓切换, 只有从高层到低层才会触发切换。

室内外小区切换带设置
(3). 低层小区的室内外切换设置
低层小区由于需要与室外小区间进行互操作, 因此切换带的设置也很关键, 室内大堂出入口切换区域的大小由切换参数设置和边缘场强RSCP, C/I决定。为了避免室内信号泄漏过大, 建议在室外离门口5～7米范围内导频RSCP<-90dBm。一般建筑物大堂出入口切换区域建议在室外离门口5～7米范围内。切换区域不宜离马路太近或进入室内过深。

低层小区的室内外切换设置

1.4 天线选择
天线作为小区覆盖系统中的重要组成部分, 设计时应合理选择合适的天线做为覆盖天线, 达到既满足覆盖又方便施工的目的。适用于分布系统的天线各项技术指标往往与宏基站天线有所不同, 在选择分布系统特别是室外分布系统的天线时应考虑下列因素:
(1). 天线增益
小区覆盖多采用室外分布式天线系统, 考虑到信号的穿墙损耗同时为控制覆盖范围应选用方向性强的高增益定向天线。但由于天线增益的提高必将引起天线物理尺寸的增大, 导致天线安装施工难度增高, 当前提供的室外天线增益一般在6dBi~14dBi之间, 选择应综合考虑增益和尺寸的关系, 一般建议天线增益在12dBi左右。
(2). 天线水平波束宽度
居民小区覆盖的原则是在不干扰大网的情况下满足本小区内用户通信需求, 因此需要根据覆盖场景不同选择不同水平波束的天线。当前可应用于室外小区覆盖的天线主要有:
全向天线: 应用于小区内前后都有楼宇的中心地带, 能够利用一副天线同时满足两侧建筑的覆盖需求;
定向60°~90°天线: 应用于小区边缘的楼宇覆盖, 严格将覆盖范围控制在小区内部;
对数周期天线: 用于电梯覆盖;
(3). 天线垂直波束宽度
对于建筑物的覆盖来说, 主要是为了满足建筑物立体高度的覆盖需求, 因此, 天线垂直波束宽度α的选择也很重要。同时, 关联的参数还有天线挂高、 天线仰角θ、 天线位置距覆盖目的建筑的距离D1, 决定了采用射灯天线能够最高覆盖的楼层高度, 如下图所示。

由此, 能够计算出天线垂直半功率角内所能覆盖的最大距离为:
D=D1*tg(θ+α/2)。
当前, 各厂家能够提供的室外天线垂直半功率角最大为60°, 内置最大仰角15°。由此看出, 天线垂直半功率角内所能覆盖的最大距离既是室外天线到楼体的距离D。则对于楼间距为20米的小区来讲, 最理想的情况是垂直半功率角覆盖楼层高度为20米, 如果需要对两侧楼分别覆盖, 则需要将天线安装在两个楼的中间, 垂直半功率角最高覆盖高度为10米, 考虑旁瓣的覆盖效果, 一副室外路灯天线在直射波范围内最高能够覆盖的楼层在7层左右。
2 新技术及新方案应用研究
2.1 天线伪装方案
由于在小区覆盖中, 业主对天线比较敏感, 因此在小区覆盖中采用天线伪装的方案, 根据实际情况, 主要采用了美化天线

3 研究结论与建议
3.1 结论
从以上方案分析能够看出:
Ø 宏站方案成本较低, 覆盖面积广, 可是在无法在整个小区内形成良好覆盖, 而且信号的泄漏比较难控制
Ø 室内分布系统覆盖走廊、 电梯、 车库效果良好, 但难以对房间内形成良好的覆盖
Ø 室外分布式系统能对房间内进行良好的覆盖

3.2 标准化方案建议
因此对于住宅小区的建设方案有如下建议:
Ø 对于重要程度较低的小区, 考虑成本, 采用宏站＋室内分布(覆盖电梯＋车库) 方案;
Ø 对于重要程度较高的小区, 采用室外分布＋室内分布(覆盖电梯＋车库) 方案;
Ø 室外分布准入有困难的, 采用室外宏站＋室内分布(覆盖电梯＋车库) 方案。