如何提高移动通信高层室内覆盖的质量

1、2010.3数据通信技术交流Technology Discussion如何提高移动通信高层室内覆盖的质量郝高麟(哈尔滨电信规划设计院哈尔滨150016摘要：随着3G 丰富多彩的数据业务和多媒体业务的提升，用户对移动通话质量的要求越来越高，高层覆盖质量问题的投诉也越来越多。运营商必须尽快采取技术手段和网络优化解决高层室内覆盖的质量难题，以确保移动通信业务的不断发展。关键词：覆盖；宏基站；入射角；微蜂窝；自由空间；布线系统；路径损耗移动通信高层室内覆盖所面临的实际环境和技术难题很复杂，要根据高层覆盖的特点解决高层覆盖质量差的问题。现在全国大中城市高层建筑楼层线性能要求不同，在不同的负荷情况下，同一

2、网络位置的覆盖性能也截然不同，这都增加了3G 无线性能优化的难度。高且位置相对集中，随着建筑物高度的变化，基站覆导频污染问题一直是3G 无线性能优化关注的焦盖范围也从前几年的5km ，逐渐缩小到0.5km 以内，点，它不仅会严重影响话音质量和分组业务速率，还形成严重的弱覆盖。而大多数的数据和多媒体业务发生在室内，因此，进行3G 网络建设必须考虑室内覆盖能力，室内覆盖的完善是3G 取得成功的关键因素之一。室内分布系统的信号很容易泄漏到室外，对室外基站小区信号形成干扰，尤其是高层建筑的室内分布系统，控制不好就会泄漏很远，对室外大片区域构成干扰。同时远处基站越区覆盖信号、绕射信号也容易进入高层，造成

3、干扰；高楼层的地下信号主要从地下室等处经窗户和出口处泄漏到室外，而这种泄漏会增加不必要的室内外切换，使网络服务质量下降从而引起频繁切换，造成掉话率升高；高层住宅的高速电梯由于快速移动产生的多普勒效应比一般的低速电梯更为明显，对无线信号的均匀引入提出更高的要求，因此，高层要选择好覆盖入射角度。会为系统带来强干扰和频繁的切换事件，最终导致网络容量下降。弱覆盖问题是建网初期最需要迫切解决的问题可以分之一。由于地物对信号的衰减造成覆盖黑洞，干扰问题会影响业务质量，同时也是呼吸效应的根源，直接影响系统覆盖和容量。不同业务为系统带来的干扰不同，同一业务在小区覆盖的位置不同，为系统带来的干扰也有很大差别。过

4、覆盖问题指特定区域邻小区强度和质量接近主服务小区的信号强度和质量，同样也会带来不必要的切换和干扰，进而带来业务质量问题和系统资源浪费问题。高层覆盖污染优化问题，改善系统的覆盖是提高寻呼成功率最根本的办法之一。解决弱覆盖和网络覆盖空洞、提高整个系统的覆盖率应做好以下工作：通过网络扩容解决网络覆盖空洞和弱覆盖问题；地面覆盖优化，解决导频污染和交叉覆盖，采用调整相关基站的功率与天线的覆盖范围；高层会收到周围多个站的信号，如果室内覆盖不够强的话，高楼会有很强的导频污染，没有室内覆盖的高楼其导频污收稿日期：2010-05-03城区大型建筑物的玻璃外墙对信号耗减较小，别定义下行弱覆盖问题和上行弱覆盖问题。

5、1网络覆盖欠佳对通信质量的影响移动网络优化是3G 网络覆盖优化的最重要课题之一，拥塞、掉话、低速率和切换失败等是影响用户感受的问题根源。在3G 网络中不同速率的业务对无49技术交流Technology Discussion染将非常严重，解决办法是加强室内覆盖或将高楼附近的站使用宽垂直波瓣的站天线覆盖，距离高楼较远的站使用窄波瓣的天线覆盖。各种制式系统损耗见表4。数据通信2010.3损耗因建筑物材料不同而变化：根据墙壁、地板和金属物造成的散射和衰落，路径衰落损耗指数墙壁和地板的穿入损耗因建一般在25之间变化。筑物材料不同而变化。表3列出了典型障碍物造成2.4GHz 信号衰落的参考值。表2典型障碍

6、物FAF 的信号损耗参考值以上2高层室内覆盖布线系统设计思路2.1室内信号分布方式的分析目前室内信号分布主要有4种方式（如表l 所示）：）无源天馈分布方式：通过无源器件和天线、馈线（1等将信号传送和分配到室内所需环境，以得到良好的信号覆盖，可用于中小型地区。（2）有源分布方式：有源放大器、有源功分通过有源器件(有源集线器、有源天线等 和天馈线进行信号放大和分配。（3）器、光纤分布方式：主要利用光纤进行信号分布，适合于大型和分散型室内环境的主路信号的传输。（4）泄漏电缆分布方式：信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，

7、这些开口类似于一系列的天线起到信号的发射和接收作地铁、长廊等地形。用，适用于隧道、表1几种信号分布方式的比较信号分布方式无源天馈分布方式有源分布方式光纤分布方式泄漏电缆分布方式优点缺点成本低、无源器件，故障系统设计较为复杂、信号率低、无需供电，安装方损耗较大时需加干放无噪声累积、宽频带便、设计简单，布线灵活，场频段窄，多系统兼容困强均匀难；需要供电，故障率高、有噪声积累，造价高传输距离远，布线方便，造价高传输质量好场强分布均匀，可控性造价高，传输距离近高；频段宽，多系统兼容性好表3典型障碍物造成信号衰落参考值(2.4GHz建筑材料办公室窗户石膏板墙煤渣块墙金属门砖墙损耗3312.4表4各系统2

8、0m 室内空间传播损耗系统类型自由空间损耗穿透损耗(dB合计(dB1471.62085.22084.61369.6高层要考虑入射角度：对于高层建筑物进行覆盖时要考虑入射角度问题。入射角大，信号经多次反射才能到达接收端。当发射信号和覆盖区域之间呈45°入射时, 其衰落相当于穿越1m 厚的墙壁的衰落；当发射信号和覆盖区域之间呈2°入射时，其衰落相当垂直平面按楼宇于穿越14m 厚的墙壁的衰落。因此，高度分层覆盖，水平平面可划分成2层，即对楼宇的背面进行覆盖；垂直平面的高层覆盖可采用高站或天线上顷角方式。2.3高层楼宇窗口边缘场强的分析信号分布系统应根据覆盖区域的具体情况，组合无源

9、、有源、光纤、泄漏等方式进行综合性的分析。在实际使用中，室内分布系统可使每个微蜂窝覆盖范围增至几十层楼左右，如果加装干线放大器，覆盖范围还可大幅度增加。2.2室内信号传输损耗的分折在高层室内布线系统设计中，室内覆盖边缘场强一般要求高于75dBm ，该电平值可满足室内封闭环境如电梯、过道等的覆盖要求。在高层楼宇窗口等开放性区域，若室外宏站的干扰电平达到-70dBm 左右，室内信号电平则必须高10dB 左右，以满足同频干扰保护比室内无线环境的特点：室内无线传输功率较小、于室外宏站信号C I 12dB 的要求。在加强高层楼宇窗口附近室内覆盖距离近、环境变动对网络的影响较大。不同的建筑物其室内布置、采

10、用的材料、结构和应用类型等不同，传播环境也不同。即使在同一个建筑物内的不同位置，传播环境也不尽相同，甚至差别很大。楼层衰减因子FAF 在遇到障碍物时，可根据障碍物的类型折信号边缘场强时，必须防止室内信号泄漏对周围宏站小区间的干扰。因此，建议对高层室内布线系统边缘场强的设置进行修改，其边缘场强要求高于60dBm 、室内封闭75dBm 。算相应的损耗。表2列出了典型障碍物的FAF 参考值，环境的边缘场强要求高于502010.3数据通信技术交流Technology Discussion高层窗口室内信号电平达到60dBm 时可起到压制室外宏站信号的干扰、改善通话质量的目的。要达到这个目的有几点解决方案

11、：3.1加装室内定向吸顶天线2.4电梯覆盖设计的分析对高速电梯的覆盖方式和小区间的重叠覆盖距电梯井覆盖方式：在电梯井道离需特殊考虑。其中：内安装对数周期或定向平板天线进行覆盖，这种方式施工相对复杂，但覆盖效果较好，目前采用较多。泄漏电缆覆盖方式：在电梯井道内垂直布放泄漏电缆进行覆盖，该方式施工复杂、成本较高，适合高层目前一种较新的思路是采用高速电梯，覆盖效果好。光纤分布系统，将室内天线和光纤远端机放置在电梯轿箱顶部，线缆与电梯随梯电缆捆绑在一起，天线随电梯移动，保障了轿箱内信号均匀，使信号强度不随电梯轿箱的升降而变化。这种覆盖方式目前只在几个大城市应用，对光纤及施工要求较为严格。2.5干线放大

12、器系统性能的影响分析若保证高层窗口室内达到60dBm ，在布线系统设计时，仅仅利用传统的在楼道或业主门口安装全向吸顶天线覆盖是很难解决高层切换的。可以考虑通过在室内加装定向吸顶天线加强覆盖，又可以防止了室内信号泄漏。对于相对封闭的环境，通过在室外加装定向平板天线加强对高层窗口边缘覆盖，同时考虑对周围宏站的干扰。高层窗口优化：加强高层窗口处的室内信号电平，压制室外信号，保证载干比和通话质量，适当采用室内定向吸顶天线加强覆盖和防止信号泄漏。对于相对封闭的环境，通过在室外加装定向平板天线加强对高层窗口边缘覆盖，同时考虑对周围宏站的干扰；高低层分区覆盖，合理设置邻区关系；对小区重选和切换参数适当优化；

13、对室内微蜂窝频点进行优化，降低对宏站干扰；控制宏站信号覆盖范围，设置一定的下倾角，避免对高层楼宇重叠覆盖。解决室内弱覆盖：整改室内布线系统，加装室内天线，增加天线的发射功率。布线系统设计时预留一定功率余量，见表5所示。表5各种制式室内分布系统功率匹配综合表系统类型发射功率边缘信号电平5.751.925.651.893.231.11干线放大器主要用于在室内布线系统的干线上对室内信号进行双向放大，室内布线系统在引入干放后整个系统的噪声电平将有所抬升，影响的关键在于其上下行增益的调节。在使用干放时，需注意载频数量对干放增益的影响。建议在干放的输入端安装一个可调节衰减器，为今后室内站扩容预留信号电平余

14、量。2.6光纤直放站对系统性能的影响分析光纤直放站采用光纤进行传输，光信号在光纤中传输的损耗非常小，光纤直放站信号传输的距离主要受信号时延的限制。GSM 系统的时间提前量TA 的取值范围是0233s ，对应的小区半径为35km 。当引入光纤直放站延伸信号传播距离时，信号的传播时延包括了在光纤直放站上的时延和在空中传播的时延。引入光纤直放站后，手机和基站之间的信号增加了热噪声，降低了基站的接收灵敏度并缩小了基站的覆盖范围。因此在设置直放站的上行增益时，必须减小对基站底噪的影响。在基站和光纤直放站选定后，光纤直放站的上行增益决定了噪声增量，一般直放站噪声指数为4dB ，基站噪声指数为2dB ，因此

15、在光纤直放站的上行增益比路径损耗低810dB 时，基站的接收灵敏度基本不受影响。考虑上下行平衡，光纤直放站的下行增益应比上行增益高12dB 。50m “12”支路损耗(dB3.3830m “78”干路损耗(dB1.14空间传播损耗剩余允许损耗3.2适当调整宏站天线的下倾角室外宏站天线一般都设置了下倾角，其天线主瓣方向覆盖不会对高层空间无线环境造成影响。由于天线上旁瓣辐射的宏站小区信号电平比较强，往往和室内信号电平在同一数量级上，所以在进行高层室内覆盖优化时要考虑宏站信号对室内信号干扰的影响，适当调整宏站天线的下倾角也是有效防止室外信号对室内信号干扰的手段。3.3采用垂直分区分层覆盖3高层室内覆

16、盖问题的解决措施为了保证良好的通话质量和防止高层切换，在对于话务量需求较高的高层楼宇进行布线系统设计时，采用垂直分区分层覆盖, 同时设置好室51技术交流Technology Discussion内站与主覆盖小区的邻区关系。在高层楼宇窗口收到的室外宏站信号很多，容易对室内信号造成频率干扰，应在频率规划时专门预留几个室内站专用频率。在规划室内小区的TCH 频点时，不可避免地要建议通过现场用到宏站的TCH 频点。在选择频点时，扫频找出信号电平最弱的频点作为TCH 使用。3.4室内天线位置和发射功率合理规划数据通信2010.3纤直放站引入周围宏站信号覆盖，并在相关楼栋顶层设置室外平板天线对小区覆盖，开

17、通后有大量用户投诉。原因分析：经测试后发现高层切换存在，其原因在于周围宏站较多，无线环境复杂，高层窗口边接收到不同频点信号，且不同频点信号电平值相差不大。优化措施：改用2台微蜂窝作为独立信源，对各个楼地下室和电梯作专项室内覆盖解决；进行分区对层、高层和低层采用不同的微蜂窝覆盖；与周围宏站设置邻区关系，对切换参数进行优化。优化后，投诉率减少96。案例2故障现象：中低层通话断续和上线困难。根据不同的楼层合理考虑室内信号的泄漏问题，防止对室外宏站信号的干扰。中高楼层室内的信号主要从窗口向外泄漏，但由于在空中，虽然存在切换区但影响较小。建筑物为玻璃外墙，室内分布系统的信号很容易泄漏到室外，对室外基站小

18、区信号形成干扰，因此高层建筑的室内分布系统应采取小功率、多天线的覆盖方式。室内天线口功率较小，泄漏到室外小区的站点B01：为高层住宅小区，地下停车场、大楼共24部电梯，分为5栋，最高楼层28层。B01周围宏站较多，初期布线设计时采用了高低分层覆盖：低层通过光纤直放站引入附近宏站信号作信源，高层采用微窗口边接收周围宏信号相对较弱，且这种覆盖方式的天线覆盖半径小，蜂窝作信源覆盖。由于地势较高，站信号电平值平均65dBm ，穿墙损耗小，覆盖效果更好。干扰严重，站点开通后中防止室内信号泄漏，可根据不同楼层合理设计室内布线系统，降低造成信号泄漏天线的发射功率；向室内缩进天线布放位置；利用障碍物避免信号直接辐射到室外；改用室内定向吸顶天线向室内方向临时设置室外覆盖等。调整参数降低小区发射功率，小区对室内小区的速度敏感切换和小区重选惩罚电平、惩罚时间。需要注意的是：室内分布天线信号能够直接泄低层依然存在切换现象，投诉较多。原因分析：由于地势较高，中低层窗口边接收到周围宏站信号较强，中低层采用光纤直放站引入附近宏站信号作信源，导致室内室外同频，产生干扰所致。优化措施：将