毕业设计-3G室内分布系统规划设计.doc

3G室内分布系统规划设计 27目 录第1节 引 言21.1 室内分布系统的作用和优越性21.1.1 网络覆盖方面21.1.2 网络容量方面21.1.3网络质量方面2第2 节 室内分布系统的规划和设计22.1 如何选点22.1.1室内分布系统选点的原则32.1.2室内分布系统选点的优先级32.2怎样设计32.2.1室内分布系统设计方案的理论分析32.2.2室内分布系统方案的设计标准4第3 节 方案举例5 3.1 站点介绍和说明53.1.1 锦江之星介绍53.1.2 方案设计目标53.1.3工程方案设计说明63.2站点测试报告73.2.1测试信息73.2.2测试项目分类描述73.3站点工程工艺要求14第4节 器件介绍164.1直放站164.1.1直放站的概念和原理164.1.2直放站的分类174.2 功分器184.2.1功分器的分类194.3 耦合器194.3.1光电耦合器194.3.2定向耦合器20附图21锦江之星CAD图21锦江之星系统图23总结24致谢25参考文献26第1节 引 言随着3G脚步的日益临近，室内分布系统建设的紧迫性及重要性越来越突出。首先，室内分布系统的话务量占比很大。根据DoCoMo的最新统计，室内场所占了近80%的话务量，而在实施了室内覆盖的建筑物内话务量增大了1.43倍。从国内的经验数据可以看出，目前2G网络60%80%的移动用户话务量也发生在室内。其次，从3G业务使用来看，室内环境舒适，用户大多在室内消磨等候的时间，因此，室内用户更喜欢使用3G的丰富业务。1.1 室内分布系统的作用和优越性从解决覆盖、容量、质量这三个网络规划及优化主题来看，室内分布系统都是非常重要的解决手段。1.1.1 网络覆盖方面 室外分布系统有很多的局限性，无线信号的空间损耗以及电磁波的多径效应，造成很多地方的盲区，比如像大楼之内的电梯内，地下停车场等信号质量很差，并不能满足用户的基本要求，造成用户的投诉。而室内分布系统就可以有效解决这方面的问题，达到满意的效果1.1.2 网络容量方面在一些人口密集的地方，话务量很大，给室外基站造成很大的压力，增加室外基站的数量和配置，而室内覆盖可以分散分散密集区域的话务量，从而减轻室外基站的压力，降低室外基站的数量和配置，从而节约很大的成本。1.1.3网络质量方面室内覆盖降低了室外系统的负荷，由于3G自干扰的特性，也就降低了网络整体干扰水平，从而提高整个系统的质量、容量。第2 节 室内分布系统的规划和设计 室内分布系统的规划和设计主要是解决两方面的问题：一是做哪里，也就是如何选点的问题；二是怎么做，就是选完站点以后怎样做这个方案，该注意哪些事项。2.1 如何选点 对于如何选点，也有它自己的原则和目标性，根据覆盖等级、话务等级，结合市场发展策略，确定建设优先等级，分批建设。2.1.1室内分布系统选点的原则统一性：即室内室外站点规划的统一，在建设室内覆盖时，要考虑室外信号的影响，同时需考虑对室外干扰水平的提升。差异性：由于网络建设受投资限制，因此要以用户满意度为衡量标准，以制定不同建筑物的室内质量目标。对于不同的区域及建筑物，可在建设策略、建设阶段进行差异性调整。经济性：对于一个特定的建筑物，室内覆盖有多种选择时，需合理选择覆盖标准及设计方案，以达到性价比最大化。2.1.2室内分布系统选点的优先级从建筑物的性质考虑：大型公共场所、重要办公楼优先。 从话务量角度考虑：高业务量区域、人流量大的区域优先。对拥有二代网络的运营商而言，应优先考虑2G3G需求有交集的建筑。可根据2G网络的话务量来分析3G的需求。 从覆盖角度考虑：根据2G的经验，楼高15层以上、单层面积超过1200平方米、室内间隔较多的建筑物优先。如果存在2G网络，且3G规划站址相同，可根据目前2G的覆盖情况较准确地预测3G覆盖情况；也可根据室外基站规划仿真结果，对室外基站能否解决室内覆盖进行初步判断。 2.2怎样设计 设计方案对于一个工程很重要，它有自己的设计标准，这包括理论和实践的具体数据，设计方案过程中所需要的设备和器件都要考虑周全，使用直放站还是RRU，天线是用全向的还是定向的，还有天线的密度是多少，这相关的数据都是有相关规定的，这些规定既有理论的基础也有经验的积累。2.2.1室内分布系统设计方案的理论分析一般来说，以导频信号强度Ec作为WCDMA室内分布系统的覆盖衡量标准之一。Ec的确定与业务要求、覆盖要求、Ec/Io要求以及Io相关。 设： 室外基站在室内总信号强度RSSI=Io-o（dBm），热噪声No（dBm）， 室内基站导频信号强度RSCP=Ec-I（dBm），RSSI=Io-I（dBm）， 那么，考虑室内室外信号综合因素后， 总Io=10log10（Io-o/10）+10（Io-i/1O）+10No（dBm）。 设室内分布系统基站导频功率占室内总功率的10%，在50%负载情况下， Io-I=Ec-i+7（dB）（因为50%负载，相当基站输出功率=导频信号+10-3dB） 此时，Io=10log10（Io-o/10）+10（Ec-i+7）/10）+10（-108+7）（dBm）.室内Ec/Io=Ec-i-Io=Ec-i-10log10（Io-o/10）+10（Ec-i+7）/10）+10（-101）(dB) 其中，No=-108+7=-101dBm，7为终端的噪声系数。 2.2.2室内分布系统方案的设计标准 根据以上理论分析及实际测试的结果，对于WCDMA室内分布系统的设计目标，可按以下标准设计。电磁环境较差区域（RSSI75dBm的区域）以及重点覆盖区域：要求导频信号强度-85dBm，导频Ec/Io-10dB。 一般区域：要求导频信号强度-90dBm，导频Ec/Io-12dB。 地下层、电梯：导频信号强度-95dBm，导频Ec/Io-12dB。 2.2.3室内分布系统方案的设计原则 在WCDMA系统中，一般导频功率占总功率的10%，因此3G室内天线口导频功率不能超过5dBm。综合考虑MCL的影响及国家电磁辐射标准，建议建议室内分布天线口导频功率不超过5dBm。不同性质区域WCDMA的典型天线覆盖半径如下（取边缘Ec-90dBm）： 天线口导频功率05dBm，典型地下停车场天线覆盖半径为15米； 天线口导频功率05dBm，酒店的天线可覆盖前后左右四个房间 天线口导频功率05dBm，有货架的超市覆盖半径为12米； 天线口导频功率05dBm，利用壁挂天线（增益6dBi）水平方向打覆盖电梯井和电梯厅，可以覆盖3层（上下各一层）； 天线口导频功率05dBm，板状天线（增益11dBi）垂直向下打覆盖电梯，主瓣可覆盖4层，后瓣可覆盖1层。 第3 节 方案举例3.1 站点介绍和说明 本节从实际工程（锦江之星）中的一个站点来介绍室内分布系统的大致流程，更能从一个实际例子中体会室内分布系统的优越性和好处，也能在例子中体会到设计的各个注意事项和原则。 3.1.1 锦江之星介绍图3-1-1 锦江之星 锦江之星位于山东省烟台市莱山区迎春大街143号，是一家旅馆，经纬度是东经121.43505，北纬37.51921，本座建筑为单一的一座楼，共六层，每层大约高4米，没有裙楼，没有地下室，电梯一部，总面积3314平方米，占地面积300平米左右，一楼为接待大厅和餐厅，有检修口，方便馈线的走位，二至六楼为客房层，走廊上房为石膏板，方便施工。3.1.2 方案设计目标 通过小天线、小功率采用“滴灌”的方式均匀覆盖需要覆盖区域，同时尽量减少对外网的干扰。平层天线口功率在05dBm，在部分场合为更好的满足数据业务需求，可适当减少单个天线的覆盖范围，增加天线进行覆盖，天线口功率也可达到7dBm(GSM为15dBm)。 利用室内天线分布系统将基站信号均匀分布在室内需要覆盖的区域，保证室内区域拥有理想的信号覆盖和网路容量。无线覆盖边缘场强：楼层-80dBm； 电梯地下室-85dBm；移动用户的忙时话务量为0.015Erl；无线信道的呼损率取定：应小于2%。无线覆盖区内可接通率：要求在无线覆盖区内的95%位置，99%的时间移动台可接入网络；在基站接收端位置收到的上行噪声电平小于-120dBm；根据国家环境电磁波卫生标准，室内天线的发射功率为小于15dBm/每载波；覆盖区与周围各小区之间有良好的无间断切换。3.1.3工程方案设计说明 1、 容量分析(1)楼内约有100人，流动人员20人，固定人员60人(2)楼内高端移动通信用户数约30人2、 覆盖区域描述 本建筑物的覆盖范围为1F-6F和电梯，覆盖面积3314平方米。3、 主设备使用说明本室内覆盖工程考虑与2G、3G网络相兼容和合理利用空闲基站解决容量，实现小区话务分担，降低网络拥塞。G网采用光纤直放站为信源，主设备挂墙安装在2F弱电机房。3G采用 RRU为信源,确定本工程主设备挂墙安装在2F弱电机房。4、 边缘场强预测边缘场强=天线口功率+天线增益-自由空间损耗-干扰余量-阻挡损耗Pl(d)=Pl(d0)+G- Pl(d0)-b-FAFPl(d0)=32.4+20log(d0*0.001)+20logf其中，f为频率，MHzPl(d)表示距离为d米处总的传播损耗。Pl(d0)表示近地参考距离（通常d0=1米）自由空间衰减值。G为天线增益,b为干扰余量,FAF表示阻挡损耗。通常建筑介质的阻挡损耗如下表所示介质类型金属板混凝土墙防紫外线玻璃砖墙木板/塑料板玻璃L（dB）25-3015-30 2010665、 分区及切换带的设置单体建筑内RRU属于BBU同一个端口，不存在分区及切换存在分区及切换。6、 泄漏及渗透控制为实现室内信号的泄露控制，应结合建筑物外墙材质和建设场景合理设计室内分布系统：室外墙（砖混和承重墙）不考虑泄露。覆盖效果良好，不存在泄漏及渗透，符合设计要求。大楼的进出口、玻璃幕墙、窗户、非金属轻质隔墙要考虑泄露，选用方向性好的定向板状天线进行。3.2站点测试报告站点测试报告主要是用测试手机，笔记本电脑，加密狗等设备所测试的站点的具体的一些数据，它能具体反映站点所有的数据分布，包括扰码，载干比等数据3.2.1测试信息 1. 测试人员：史昌波 2. 测试时间：2011年3月9日3. 测试终端、仪器仪表及测试软件测试手机三星F400华为E180数据卡测试电脑DELL D610Satellite Pro L552测试号码主叫被叫1560510014215605100143测试软件鼎力 3.6.5.4和鼎力4.1测试设备笔记本电脑，测试手机，测试卡，数据线，加密狗。3.2.2测试项目分类描述本次测试采用步行方式，测试范围为整个锦江之星。具体测试结果如下 扰码轨迹图接受信号码功率RSCP轨迹图 TotalRSCP序号范围采样点百分比1=-80.0080781.11%8总采样点995平均值-76.212最大值-60.754-105.685-105.685 接受信号码功率RSCP柱状图 ECIO轨迹图 TotalEcIo序号范围采样点百分比1=-8.0090590.95%678总采样点995平均值-4.972最大值-0.133最小值-20.429 ECIO柱状图 误码率BLER轨迹图 BLER序号范围采样点百分比1=3.0051.72%5678总采样点290平均值1.008最大值100最小值0 误码率BLER柱状图 手机发射功率TxPower轨迹图TX power分布图 TxPower序号范围采样点百分比1=20.0000.00%678总采样点1038平均值-26.153最大值-13.417最小值-43.083 手机发射功率TxPower柱状图3.3站点工程工艺要求 1、主设备安装工艺要求1) 设备安装在弱电井内的合适位置挂墙安装，干线放大器选择在弱电井内的合适位置 挂墙安装，干线放大器选择在弱电井内挂墙安装，主机及干放底边距地面1.5米以下，以便于操作为宜；保证安装环境无强电、强磁、强腐蚀性气体干扰2) 安装时应用相应的安装件进行可靠固定。要求主机内所有的设备单元安装正确、牢固、无损伤、掉漆的现象3) 电源供电方式：VAC220；设备电源插板至少有两芯及三芯插座各一个，工作状态时放置于不易触摸到的安全位置。主机输入交流电必须火线、零线相对应，不能反接。电源线、地线分别套PVC管或波纹管单独走线，电源接入使用三芯插头，严格按照地、零、火线连接标准接入4) 避雷方式：设备机架用16平方毫米的铜线通过弱电井内的接地铁架上，可靠地与大楼接地体相连，无线直放站的施主天线入口增加一避雷器，避雷器的接地端用16平方毫米的铜线连接到避雷接地体上2、 无源器件的安装 主干线上的功分器、耦合器分别安装固定在弱电井内，采用L型馈线座固定；平面层内的功分器、耦合器固定安装在天花板内或相应楼层弱电井内3、 天线的安装要求1) 挂墙式天线：必须牢固地安装在墙上，保证天线垂直美观，不破坏室内整体环境2) 吸顶式天线：必须牢固安装在天花板或天花吊顶下, 保证天线水平美观，并且不破坏室内整体环境。如果天花吊顶为石膏板，还可以将天线安装在天花吊顶内，但必须将天线牢固固定，不能任意摆放在天花吊顶内3) 定向天线：安装于电梯井或室外墙上或支撑杆内，紧贴支撑物，牢固固定；天线与连接头的接口处应密封。可根据覆盖范围调节方位角和俯仰角4) 安装天线时应戴干净手套操作，保证天线的清洁干净4.、馈线的布放要求室内馈线均采用普通阻燃馈线，满足防火要求。馈线、主机输出线缆均安装 在10040mm的线槽内走线；馈线连接处驻波比必须小于1.5。馈线布放时应符合以下技术规范要求1) 要求走线牢固、美观、不得有交叉、扭曲、裂损情况2) 当跳线或馈线需要弯曲布放时，拐弯处的弯曲半径不能小于下表馈线允许的最小值，并且要求弯曲角保持圆滑。线 径二次弯曲的半径一次性弯曲的半径7/8”360mm120mm3/8”150mm50mm1/2”普通210mm70mm1/2”超柔120mm40mm3) 馈线尽量避免与强电高压管道和消防管道一起布放走线，确保无强电、强磁的干扰4) 馈线尽量在线井和天花吊顶上布放，并用扎带按下表的要求进行牢固固定。天花板吊顶内的馈线应每隔一米固定在吊顶内的龙骨铁架上。与设备相连的跳线或馈线应用线码或馈线夹进行牢固固定。5) 馈线的连接头必须牢固安装，接触良好，室外部分应做防水密封处理5、 馈线走线管的布放要求1) 对于不在机房、线井和天花吊顶内布放的馈线，应套用PVC管。要求所有走线管布放整齐、美观，其转弯处要使用转弯接头连接2) 走线管应尽量靠墙布放，并用线码或馈线夹进行牢固固定，走线不能有交叉和空中飞线3) 若走线管无法靠墙布放（如地下停车场），馈线走线管可和其他线管一起走线，并用扎带与其它线管固定4) 馈线进出口的墙孔应用防水、阻燃的材料进行密封 6、标签要求1) 对每个新装设备均应贴上标签，并检查原系统中的设备和每根电缆的两端的标签是否齐全，根据设计图纸的标识注明设备的名称、编号、建设单位的标志和电缆的走向2) 各种设备的标签应贴在设备正面容易看见的地方，对于室内天线，标签的贴放应保持美观，且不会影响天线的安装效果3) 馈线的标签尽量用扎带牢固固定在馈线上，不宜直接贴在馈线上第4节 器件介绍 在室内分布系统中，方案的实施需要一些基本的器件，包括直放站，功分器，耦合器，天线等，各个器件都有自己的要求和准则，才能保证工程的正常进行4.1直放站 直放站是整个室内分布系统的核心，起到关键的作用，没有了直放站，就像人没有了心脏，整个系统就无法运行。4.1.1直放站的概念和原理 直放站实际上就是一个同频双向放大的中继站（Repeater），通过它把基站的部分信道引过来，以实现接收和转发来自基站和移动用户的信号。施主天线用户天线双工器双工器滤波器滤波器前端滤波器前端滤波器下行（前向）上行（反向）图1-1 直放站的组成部分直放站主机 施主天线（或通过电缆）接受基站下行信号，然后通过环形双工器送入下行滤波器，下行滤波器将滤除下行信号中的部分带外噪声。之后下行信号进入下行低噪放，下行低噪放具有抑制带内噪声，提升有用信号电平的功能。低噪放具有60dB的增益。低噪放的输出再通过下行滤波器滤除带外噪声后由下行功放放大。如果信号不经滤波器，下行低噪放而直接进入功放放大，而噪声也会一起被放大，导致波形畸形严重，信号误码率上升，通信效果变差。 双工器是异频双工电台，中继台的主要配件，其作用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作.它是由两组不同频率的阻带滤波器组成，避免本机发射信号传输到接收机。 4.1.2直放站的分类 - 从传输信号分有GSM直放站、CDMA直放站、WCDMA直放站、TD-SCDMA直放站; - 从安装场所来分有室外型机和室内型机; - 从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站; - 从传输方式来分有无线直放站、光纤传输直放站和移频传输直放站。 1、无线直放站的具体介绍 无线直放站的主要特点是其信号的引入采用无线（射频）空间耦合方式(RFspace coupling)，即通过采用施主定向天线从基站引入信号的方式，所以直放站的站址处必须能接收到良好的基站信号，如图1-2所示。其输出信号的频率与图1-2 无线直放站的概念MSBSRepeaterDTMT施主天线覆盖天线空间耦合方式f infoutf in=fout 输入信号的频率相同，故其信道是透明的；其施主和用户天线一般采用定向天线。主要用来覆盖离基站不太远的村镇、公路、厂矿、旅游区等地域，工程安装选点时由于收发天线距离较近需要考虑满足收发天线的隔离度要求。2、 光线直放站的具体介绍光纤直放站的主要特点是其信号的引入采用基站直接耦合方式（BS direct coupling），即通过采用大功率耦合器（Coupler）从基站收发信机（BTS）引出信号的方式，如图1-3所示（也可采用如图1-2所示的空间耦合方式）。从基站引出的信号经过光中继端机完成电/光（E/O）转换后，经过空闲光纤将光信号传输到光远端机，由光远端机完成光/电（O/E）转换后，将信号经天线发射出去。当然，信号的传输是双向的，也是透明的。所以，光纤直放站是由光中继端机（Optical repeater或Main unit）和光远端机(Remote unit)两部分组成的，而且，一个光中继端机可连接多个远端机，同时覆盖多个区域。其传输距离可达35km，主要用于覆盖无法接收到空间信号且离基站较远的村镇、旅游区、公路等地区，达到扩大基站覆盖范围的目的。设备安装不存在收发天线的隔离问题，选点方便，主要考虑从中继端机到远端机之间有没有空闲光纤。图1-3光纤直放站的概念直接耦合方式远端机MS中继端机BTS光纤耦合器 4.2 功分器 功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。4.2.1功分器的分类 1、400MHz-500MHz频率段二、三功分器，应用于常规无线电通讯、铁路通信以及450MHz无线本地环路系统。 2、800MHz-2500MHz频率段二、三、四微带系列功分器，应用于GSM/CDMA/PHS/WLAN室内覆盖工程。 3、800MHz-2500MHz频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于GSM/CDMA/PHS/WLAN室内覆盖工程。 4、1700MHz-2500MHz频率段二、三、四腔体系列功分器，应用于PHS/WLAN室内覆盖工程。 5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz频率段小体积设备内使用的微带二、三功分器。 4.3 耦合器 耦合器是对规定流向微波信号进行取样。主要有光电耦合器和定向耦合器。4.3.1光电耦合器 光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。 光电耦合器可作为线性耦合器使用在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。4.3.2定向耦合器 定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件, 它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的 由于铁氧体具有各向异性，因此在恒定磁场Hi作用下，与Hi方向成左、右螺旋关系的左、右圆极化旋转磁场具有不同的导磁率（分别设为-和+）。 设在含铁氧体材料的微波传输线上的某一点，沿+z方向传输左旋磁场，沿-z方向传输右旋磁场，两者传输相同距离，但对应的磁导率不同，故左右旋磁场相速不同，所产生相移也就不同，这就是铁氧体相移不可逆性。另一方面，铁氧体具有铁磁谐振效应和圆极化磁场的谐振吸收效应。所谓铁氧体的铁磁谐振效应，是指当磁场的工作频率等于铁氧体的谐振角频率0时，铁氧体对微波能量的吸收达到最大值。而对圆极化磁场来说，左、右旋极化磁场具有不同的磁导率, 从而两者也有不同的吸收特性。对反向传输的右旋极化磁场，磁导率为+，它具有铁磁谐振效应，而对正向传输的左极化磁场，磁导率为-，它不存在铁磁谐振特性, 这就是圆极化磁场的谐振效应。铁氧体谐振式隔离器正是利用了铁氧体的这一特性制成的。附图 锦江之星CAD图 锦江之星系统图总结本设计第一部分主要是针对3G室内分布系统的发展境况，相对于室外基站而言，从它的网络覆盖，网络容量，网络质量来表现它的优越性和作用。第二部分主要是室内分布系统如何选点，注意事项和原则，还有就是针对一个已经选好的站点，怎样设计方案，从初期勘测，路测到CAD,系统图等详细过程。第三部分是针对一个现实站点（锦江之星）来说明这个过程，还有站点的路测的具体数据，包括手机发射功率，信号强度，扰码，信噪比等，再者就是方案设计完以后就要施工，施工是有工艺要求的，本文也是有详细描述，其中包括了天线怎样安放，馈线怎样走线，设备怎样选址，怎样安装，怎样防水等。第四部分就是整个工程所用到的器件的具体介绍，包括直放站，功分器等，其中有它们的分类，工程中会经常用到哪种等。最后是站点的CAD和Visio附图。致谢 参考文献1陆健贤.移动通信分布系统原理与工程设计 机械工艺出版社，2陶亚雄.现代通信原理.电子工业出版社，3高健.移动通信技术 机械工艺出版社，4张景涛.直放站简介.京信通信公司内部资料.