WCDMA室内分布系统设计要点

1、通江苏信技术2007年1WCDMA 室内分布系统设计1.1室内分布系统的信号源的选取室内分布系统由信号源部分和信号分布系统两部分组成1。WCDMA 系统室内分布系统的信号源主要有宏蜂窝、微蜂窝和直放站。室内分布系统的信源的选取应综合权衡系统容量、频率资源、预期收益、投入成本、预期效果等多方面因素才能定夺。室内分布系统的容量直接决定网络质量。容量太小,将直接导致覆盖区内的信道堵塞、呼损率大幅增加、接通困难、掉话等一系列的严重问题;容量太大又会造成投资成本过高和频率资源的巨大浪费。配置合理的室内分布系统的容量非常重要。从容量角度考虑信号源的选取,主要是根据信号源可以支持的话务量和总的等效语音话务量

2、需求来决定。1微蜂窝最大支持64等效语音用户/小区,假设微蜂窝的系统负载为50%,30%的容量用于直放站,则当室内覆盖系统的总话务量低于8Erl 时,可以选用直放站接收室外微蜂窝基站信号作为信号源。2宏蜂窝系统最大支持128等效语音用户/小区,假设负载为50%,30%的容量用于直放站,则当室内覆盖系统的总话务量低于17.4Erl 时,可以选用直放站接收室外宏蜂窝基站信号作为信号源。3微蜂窝支持64等效语音用户/小区,假设微蜂窝的系统负载为50%,则当室内覆盖系统的总话务量低于27Erl 时,可以选用微蜂窝作为信号源。4宏蜂窝系统支持128等效语音用户/小区,假设负载为50%,则当室内覆盖系统的

3、总话务量低于58Erl 时,可以选用单个宏蜂窝作为信号源。WCDMA 网络中可能同时存在CS 12.2kbit/s ,CS 64kbit/s,PS 64kbit/s,PS 128kbit/s ,PS 144kbit/s ,PS 384kbit/s 等多种业务,每种业务占用的网络资源不同,对信号的质量要求也不一样,要构建一个合理的,满足实际需求的WCDMA 网络,需要对各种业务需求做认真细致的考察。从信息产业部的外场测试来看,WCDMA 系统的容量较大,建网初期网络用户较少,网络的广泛覆盖是网络建设的关键,因此在这种条件下一般多使用直放站代替基站作为信源,在日后话务量逐渐增加的情况下将其更换为基

4、站。WCDMA 室内分布系统设计要点孔繁俊,李荣(江苏省邮电规划设计院有限责任公司通信院,南京210006摘要:室内分布系统是提高网络覆盖的广度和深度、吸收室内话务和提高通信质量的有效手段。由于3G 侧重于数据业务,而数据业务更多发生在室内。因此,3G 室内分布系统的设计显得尤为重要。深入分析了WCDMA 室内分布系统设计要点,结合中国目前的GSM 系统平滑演进到WCDMA 系统的室内覆盖方案升级改造策略,在WCDMA 的商用前夜为下一阶段的网络建设提供参考。关键词:宽带码分多址;室内分布系统;设计中图分类号:TN929.5文献标识码:B文章编号:1007-9513(200703-0038-0

5、4收稿日期:2006-09-29作者简介:孔繁俊(1978,男,江苏南京人,数字信号与信息处理硕士,项目设计师,研究方向为无线通信网络规划和优化;李荣(1977,男,江苏泰兴人,电磁场与微波技术硕士,无线网络工程师,研究方向为无线通信网络规划和优化。Jun.2007第23卷第3期2007年6月第3期1.2信号分布方式射频无源系统由于没有有源设备的故障点,所以故障率低,可靠性高,几乎不需要维护,且容易扩展。但信号在馈线及各器件中传递时的损耗无法得到补偿,因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。有源系统主要由干线放大器、功分器、耦合器、馈线、天线组成。有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗

6、,从而延伸覆盖范围,受信号源输出功率影响较小。有源系统广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。光纤分布系统是采用光纤作为传输介质,由覆盖端机(主单元、接口单元、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。由于光纤损耗小,适合于长距离传输,该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。泄露电缆分布方式是将信号通过泄漏电缆传输,并将信号泄漏到所需覆盖区域。泄漏电缆其外导体的一系列开口就是一系列的缝隙天线,起到辐射和接收信号作用。它适用于公路隧道、铁路隧道、过江隧道、地下长廊等。在2G时代,GSM信号分布系统中得到了广泛运用,如果单独组建WCDMA信号分布系统,代价必然比较昂贵。

7、因此,WCDMA信号分布系统的建设主要以两系统的合路改造为主。对的确不能满足系统合路条件的站点,建议由室外站点的覆盖兼职室内,这也是由香港WCDMA运营商Sunday证实是正确的思路。无论如何,每个站点分布式天线系统的选择都经过综合考虑,包括覆盖区域面积、理论覆盖效果、设备成本、施工难易等。遵循:效果成本施工维护的思路,力求在最优的方案下,系统性价比最高。1.3信源与分布系统的综合选取对于信源与分布系统的选取,我们需综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信源方式等其他因素的影响,最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统。现就一般情况总结如下:对于微型建筑物,如餐饮娱乐、地下停车场

8、等,一般采用小功率直放站+无源分布系统。对于小型建筑物,如大型超市、小型办公楼、小型医院等,可分为两种情况:如建筑物内部建筑结构单一,对射频信号的传输衰减较小,则宜采用中功率直放站或微蜂窝+无源分布系统;如建筑物内部建筑结构复杂,对射频信号的传输衰减较大,则根据实际需要可采用小功率直放站+有源分布系统。对于中型建筑物,如大型写字楼、中型酒店、大型医院、机场等,一般采用有源分布系统,需根据实际的话务量选取合适的信源。对于大型建筑物,需根据实际情况采用不同的分布系统,包括有源分布系统和光纤分布系统。如大型酒店和综合性楼宇,由于楼层较高宜采用微蜂窝或宏蜂窝+有源分布系统;大型会展中心由于楼层面积较大

9、,宜采用微蜂窝或宏蜂窝+光纤分布系统。1.4信源及有源设备输出功率的规划WCDMA的信号是宽带信号,它的衰落与GSM 系统的窄带信号不同,因此WCDMA室内覆盖的信源及有源设备输出功率规划均按导频功率E c。宏蜂窝基站(node B输出最大功率为43dBm,则按输出导频功率33dBm规划室内分布系统内的端口功率;直放站或干线放大器(33dBm输出最大总功率为43dBm,则按输出导频功率33dBm规划室内分布系统内的端口功率。1.5上行噪声干扰的控制对施主基站(node的导频功率为33dBm,最大总功率为43dBm,直放站和干线放大器给基站造成的噪声增量需满足表1,必须保证直放站和干线放大器在工

10、作状态下的噪声系数不恶化,即ATT衰减值不能过高。假设基站的噪声系数与直放站或干孔繁俊,李荣:WCDMA室内分布系统设计要点39江苏通信技术2007年线放大器一致。表1引入直放站和干线放大器对噪声增量的影响1.6无线覆盖边缘场强不同区域对业务需求不同,对高速业务敏感的高端用户主要集中在密集城区的高档写字楼、酒店、公寓,这些也是WCDMA在规划中重点规划的区域。虽然都存在对数据业务的需求,但申请的服务等级不尽相同。根据需要提供的服务等级和规划目标可以将目标覆盖区分为以下几类:重要区域(PS384kbit/s高速数据密集区域: CS12.2kbit/s,CS64kbit/s,PS64kbit/s,

11、PS128kbit/s, PS144kbit/s等业务的连续覆盖;一般区域(PS144kbit/s低速数据密集区域: CS12.2kbit/s,CS64kbit/s,PS64kbit/s,PS128k bit/s 等业务的连续覆盖;非重点区域(CS64kbit/s语音业务区域:CS 业务的连续覆盖,可适当考虑补充PS业务。用信号等级和信号质量划分不同目标覆盖区,是目前比较普遍的一种做法。根据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:1重点区域:导频功率-85dBm,导频E c/I o-8dB;2一般区域:导频功率-90dBm,导频E c/I o-12dB

12、(50%负载;3电梯、地下室区域:导频功率-95dBm,导频E c/I o-15dB;4外泄电平:室外10m处,导频功率-95dBm;5高层若采用同频,则必须保证室内信号强于室外信号5dB以上,保证终端不占用室外信号,防止不必要的室内干扰增加;6异频覆盖强度须根据室外信号的强度,结合大楼内的切换参数来确定。2原GSM兼容WCDMA系统的改造GSM和WCDMA室内分布系统的融合是运营商非常关注的一个问题,通过合理有效的站址资源共享和互操作策略,既可以节省网络投资,又可以带给用户无缝的3G业务体验。我们参考日本和韩国等国家的经验,改造基本原则是:确保原有网络(主要是GSM网络在改造后仍能达到覆盖要

13、求;尽量利用原分布系统的设备和器件,控制改造成本。2.1WCDMA与GSM信源的合路2WCDMA与GSM信源的合路可以采用多系统合路平台POI(point of interface,如图1所示。作为连接信源和分布系统的桥梁,POI的主要作用在于对WCDMA、GSM系统的下行信号进行合路,同时对系统的上行信号进行分路,并尽可能抑制掉各系统间的无用干扰成分。目前市场上的POI产品已经非常成熟,模块化设计,扩容性好,能够满足不同系统的个性需求。系统具有整体监控功能,维护方便, 且信号合路损耗较小。图1GSM和WCDMA系统合路原理图2.2系统器件的共用和更换由于以前所建设的GSM室内分布系统中,所使

14、用的无源器件(功分器、耦合器、天线的工作频率范围大多为890MHz2000MHz,甚至只有890MHz960MHz,均不支持WCDMA的工作频率1920MHz2170MHz,所以在进行原有GSM 系统的改造时需要对天馈线系统中的无源器件进行更换。考虑到兼顾WLAN系统合路的需要,故建议更换后的无源器件必须满足工作频率范围为885MHz2500MHz。此外,在进行无源器件更换施主基站直放站和干线放大器最大总功率/dBm 导频功率/dBmALC功率/dBm导频功率/dBm噪声增量/dB433333230.4 433337271.0 433340301.8 433343333.0 40第3期时还需注

15、意其他技术参数,最好与更换前保持一致,如天线的增益,功分器、耦合器的插损等。由于有源器件无法共用,原系统中存在干线放大器的,需要增加双工分路器、双工合路器及多频段合路器等,不同系统需要增加各自的干线放大器。对于大的楼宇,信号在传输和分配过程中低到一定程度,必须使用干线放大器对信号进行放大时,可使用合路器把信号分开,不同系统通过各自独立的干线放大器放大,然后再通过合路器进行合路。2.3室内分布天线的布置31与GSM室内覆盖系统相比,在天线口输入导频功率与GSM输入功率相同的情况下,10m以外WCDMA导频功率RSCP(接收信号码功率比GSM 功率基本小10dB以上;2在保证WCDMA室内天线有效

16、发射功率小于15dBm的基础上(根据室内覆盖设计技术要求:室内天线最大发射功率15dBm;室内天线最大发射导频功率5dBm,对于宾馆,WCDMA的室内覆盖半径基本在12m以内;对于写字楼,WCDMA 的覆盖半径基本在15m以内(该测试基于WCDMA 室内设计边缘导频强度-90dBm。从以上看出,由于WCDMA频段信号和GSM 频段信号辐射能力的差异,WCDMA室内覆盖系统必然是一个天线密集型的系统。针对已有GSM系统,在现有的天线分布的基础上,根据实际室内的不同环境特点,适当分裂,增加室内分布天线,使得无线信号在不同的空间内得到更均匀地分布。2.4馈线的更换现有的GSM室内分布系统中所使用的馈

17、线的100m衰耗对照见表2。表2不同类型馈线的传播损耗对比dB可以看出2000MHz的损耗与900MHz的损耗相差较大,在1.9GHz的频率以上一般不采用8D和10D馈线,建议馈线改造按以下要求:原有GSM分布系统平层馈线中长度超过5m 的8D/10D馈线,均需更换为1/2馈线;主干馈线中不使用8D/10D馈线。原有GSM分布系统平层馈线中长度超过50m 的1/2馈线均需更换为7/8馈线;主干馈线中长度超过30m的1/2馈线,均需更换为7/8馈线。考虑到在进行馈线改造所产生的馈线与接头的增加成本的控制,更换下来的1/2馈线与接头可以用于更换8D/10D馈线。2.5电梯覆盖的改造八木天线由于增益高、方向性好、价格适中,被广泛用于室内分布系统中对电梯的覆盖,特别是GSM900系统使用最多(平均每副天线可覆盖7层,有很高的性价比。但受自身结构特点的限制,八木天线不能在890MHz2500MHz的宽频段内工作(衰减量太大,失去高增益的优势,所以进行WCDMA改造项目时必须采取有效措施保证双网信号正常覆盖;加装WCDMA频段的八木天线;将原八木天线更换为支持885MHz2200MHz的板状天线,或对数周期天线;如原来是采用吸顶天线进行电梯厅进行覆盖,则一般需更换成能工作在3G频段的吸顶天线。3结束语实际上,在WCDMA室内分布系统建设方