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移动通信网络室内覆盖建设与优化

　　周宏旭 陕西移动通信公司西安运维中心
1 室内分布系统建设的必要性
　　随着移动公司ＧＳＭ网络规模的扩大，宏基站密度增加，城市的室外覆盖已基本做到了无缝连接，话音质量也进一步得到改善和提高。但网络的室内覆盖还比较差，这样室内覆盖问题的重要性逐渐突出起来。因此，提高网络的室内覆盖质量，也就成为工程建设和网络优化工作的一项重要内容。

　　现代都市中建筑物越来越高、越来越多、越来越密集，移动通信的无线电信号在其间受到阻挡而衰减，另外现代建筑多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线电信号的屏蔽和衰减特别厉害，很难进行正常的通信。在一些高层建筑物的低层，基站信号通常较弱，存在部分盲区；在某些超高建筑物的高层，又没有覆盖。在大多数的地下建筑，如地下停车场、地下商场、地铁、隧道等场所，通常都是盲区。在大中城市的中心区 ，基站密度都比较大，平均站距小于１ｋｍ，所以通常进入室内的信号通常比较杂乱、不稳定。特别是在一些没有完全封闭的高层建筑的中、高层，进入室内的信号非常杂乱，近处基站的信号、远处基站的信号通过直射、折射、反射、 绕射等方式进入室内，信号忽强忽弱不稳定，同频、邻频干扰严重。手机在这种环境下使用，未通话时，小区重选频繁，通话过程中频繁切换，话音质量差，掉话现象严重。在城市的边缘区，基站密度小，站距大，在距基站较远的建筑物内，因建筑材料对电磁波的损耗，移动通信用户在室内的通信也受到了很大的影响和限制。 为解决以上室内覆盖问题，目前最有效的方法就是建设室内分布系统，将基站的信号通过有线方式直接引入到室内的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室内覆盖盲区，抑制干扰，为室内的移动通信用户提供一稳定、可靠的信号供其使用，使用户在室内也能享受高质量的个人通信服务。室内分布系统主要由三部分组成：信号源设备（微蜂窝、宏蜂窝基站或室内直放站）；室内布线及其相关设备（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、电端机、光端机等）；干线放大器、功分器、耦合器、室内天线等设备。
　　2 室内分布系统的类型及其特点
　　按信号源的不同，室内分布系统可分为蜂窝室内分布系统和直放站室内分布系统。

     蜂窝系统的优点是信号稳定、可靠，通信质量好。缺点是建设周期较长，一次性投资大，还需支付传输线路的租赁费用。直放站系统的优点是投资省、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区问题。缺点是通过定向天线难以取得单一纯净的信号，系统的话音质量相对蜂窝系统较差，且易造成对其他基站的干扰。

     按所采用设备的不同，室内分布系统也可以分为无源系统和有源系统。无源系统主要由无源器件组成，设备性能稳定、安全性高、维护简单，信号经过功分器、耦合器和线路衰耗后，到达各个天线处的强度不同，覆盖效果也不尽相同。而有源系统的信号经过各级衰耗后，到达末端时可以被放大器放大，达到理想的强度，保证覆盖效果。但是它建设、维护复杂，近端和所有远端设备都需要电源，有源设备易损坏，系统的安全性和稳定性不如无源系统。

     按照布线材料的不同，室内分布系统也可分为同轴电缆系统、光纤系统和泄漏电缆系统。同轴电缆是最常用的材料，性能稳定、造价便宜但线路损耗大。大型同轴电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作信号放大接力。光纤线路损耗小，不加干线放大器也可将信号送到多个区域，保证足够的信号强度，性能稳定可靠，但在近端和远端都需要增加光电转换设备，系统造价高，适合质量要求高的大型场所。泄漏电缆系统不需要室内天线，在电缆通过的地方，信号即可泄漏出来，完成覆盖。泄漏电缆室内分布系统安装方便，但造价高，对电缆的性能要求高，使用较少。
　　3 室内分布系统的场强分析与计算
　　对移动通信而言，当电波传输距离很小且为直射波，例如在室内环境下，其传输损耗非常接近自由空间的损耗情况，其计算公式为：
　　Ｌｓ＝４πｄ／λ２＝４πｄｆ／ｃ２
　　式中，ｄ为传输距离单位为ｍ，ｆ为电波频率单位为Ｈｚ，ｃ为光速。
　　用对数表示为：
　　Ｌｓ（ｄＢｍ）＝１０ｌｇ４πｄｆ／ｃ２＝２０ｌｇ４π／ｃ＋２０ｌｇ（ｆ）＋２０ｌｇ（ｄ）
　　ｆ：８９０～９６０ＭＨｚ（取为１ＧＨｚ）
　　ｃ：３×１０８ ｍ／ｓ
　　代入上式可得：
　　Ｌｓ（ｄＢｍ） ＝ ３２．４４ ＋ ２０ｌｇ（ｄ）
　　不同距离的损耗如下：
　　Ｌｓ１ ＝３２．４４（ｄＢｍ）
　ｄ＝１ｍ
　Ｌｓ５ ＝４６．４２（ｄＢｍ）
　ｄ＝５ｍ
　Ｌｓ２０＝５８．４６（ｄＢｍ）
　ｄ＝２０ｍ
　Ｌｓ２５＝６０．４０（ｄＢｍ）
　ｄ＝２５ｍ
　　假设天线端口的下行输出功率为１０ｄＢｍ。则距每个远端天线口１ｍ处近处所对应的场强为：
　　Ｐ１ｍ＝１０ｄＢｍ－３２．４４ｄＢｍ＝－２２．４４ｄＢｍ
　　若天线在石膏或木质天花板内，考虑衰耗为５ｄＢｍ，在天线下实际场强约为－２７ｄＢｍ。
　　天花板上面空间基本上为净空，电磁波受阻较小，传播到较远处，衰减较小。各个方向传播途中，电磁波可以反射、绕射和穿透，则距每个天线２０ｍ处，综合考虑电波传播中建筑结构的衰减，这里取最大值１３ｄＢｍ计算，再考虑５ｄＢｍ的信号波动值，则对应的场强为：
　　Ｐ２０ｍ＝１０ｄＢｍ－５８．４６ｄＢｍ－１３ｄＢｍ－５ｄＢｍ＝－６６．４６ｄＢｍ
　　4 室内分布系统项目建设立项时必须考虑的几个问题：
　　（１）计划建设室内分布系统的场所的移动通信需求量。
　　（２）不同场所对室内移动通信质量要求的差异。政府机关、高档酒店和写字楼等场所对通信质量的要求较高。
　　（３）当前室内覆盖情况：覆盖盲区、信号微弱区、信号强杂（小区重选和切换频繁）区、覆盖良好区。
　　（４）当前室内通话质量情况：不能通话、通话困难、通话质量差、通话质量好。
　　5 室内分布系统建设方案的选择
　　（１）在信号杂乱且不稳定的室内无线环境中，避免使用室内直放站引入基站信号，代之以微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源。例如在开放型的高层建筑中，通常选择蜂窝作为室内分布系统的信号源，来达到抑制干扰，保证通话质量的目的。
　　（２）在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，如果通过定向天线可以取得较纯净且稳定的基站信号的条件下，可以考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引入设备。例如对于隧道、地铁车站、地下商场、酒吧等饮食娱乐场所以及其它信号屏蔽严重的场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号，但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰问题。
　　（３）在室内用户集中，话务拥塞的条件下，又不便通过增加室外宏基站的容量和数量的方式来解决，可以考虑通过建设蜂窝室内分布系统来分流话务量，改善用户通信质量。
　　（４）对于话务需求量不大、面积较小的场所，宜采用直放站作信源引入设备，同轴电缆作为信号传送媒介的无源系统方案，既保证覆盖效果，又节约投资。
　　（５）对于话务需求量大的大型场所，如商场、机场、码头、火车站、汽车站、展览中心、 会议中心等场所，宜直接选用基站（宏蜂窝或微蜂窝）作室内分布系统的信号源。
　　（６）对于通信质量要求特别高的高档酒店、写字楼、政府机构等场所，可以考虑采用蜂窝基站做信号源的光纤室内分布系统或是有源电缆方案，来保证高质量的覆盖效果。
　　6 蜂窝室内分布系统基站参数的设置
　　因为室内分布系统通常是专为楼宇内的用户服务，不要求也无需覆盖到室外，因此室内信号和室外信号之间的小区重选和切换需求是很少的，只有当用户走出室内，进入室外的过程中，才有必要进行小区重选和切换。在建有室内分布系统的高层建筑中，虽然提供了强度高且稳定的信号供用户使用，但有时会出现干扰信号的强度超过分布系统的信号的情况，小区重选和切换仍然会发生，引起通话质量变坏。为更好地解决此问题，可以调整信源基站的小区重选和切换参数设置，具体方法如下。

　　将小区重选和切换参数设置成单边。假设作为室内分布系统信号源的小区为ＣＥＬＬ Ａ，所有与ＣＥＬＬ Ａ有相邻关系的小区都将ＣＥＬＬ Ａ设置为其相邻重选小区和相邻切换小区。而ＣＥＬＬ Ａ则不设置任何相邻重选小区和相邻切换小区。当手机占用室内分布信号工作时，不允许其进行小区重选和切换，来保证良好的通信质量；当手机选择非室内分布系统信号作为服务小区时，允许其重选或切换到室内分布系统信号，一旦进入，就不可能再出去，从而保证通信质量。

　　实际应用中，为保证用户在走出高层建筑出口时的连续通信，可将出口外的主要信号设置为室内分布系统信号的相邻重选小区和相邻切换小区。 这样做可能会造成在建筑中高层内外信号之间小区重选和切换增加，对通信质量造成一定影响。为削弱这种影响，可抬高室内基站切出时的切换门限。具体调整ａｄｊａｃｅｎｔ Ｃｅｌｌ Ｈａｎｄ Ｏｖｅｒ Oｂｊｅｃｔ中的以下三个参数：ｈｏＭａｒｇｉｎ、ｈｏＭａｒｇｉｎＲｘｌｅｖｅｌ、ｈｏＭａｒｇｉｎＲｘＱｕａｌ，参考值：１０。西安捷瑞大厦室内覆盖系统采用宏蜂窝室内分布系统，为提高大厦内的话音质量，对信号源ＸＡ０６３２小区的重选和切换参数设置进行了调整：ＸＡ０６３２的相邻小区只保留两个和其在大厦门口有相邻关系的相邻小区，其余相邻小区全部删除，所有和ＸＡ０６３２有相邻关系的小区都将ＸＡ０６３２保留为其相邻小区。信源小区参数调整之后，有效减少了信令信道的试呼次数和话音信道的占用次数以及切换请求次数，降低了掉话率，最重要的是提高了大厦内的通信质量，延长了用户的通话时间。