基于GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)的研究

冼啟明

【摘 要】城市向來是移動通信業(yè)務(wù)熱點地區(qū)，而室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)已成為通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)不可分割的組成部分，如何去維持好高質(zhì)量、穩(wěn)定的室內(nèi)系統(tǒng)變得十分重要。文章主要針對GSM室內(nèi)覆蓋設(shè)計進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】移動通信；GSM系統(tǒng)；室內(nèi)分布

GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)是將基站信號引入室內(nèi)，解決室內(nèi)盲區(qū)覆蓋；它可以有效解決信號延伸和覆蓋，改善室內(nèi)通信質(zhì)量；它將基站信號科學(xué)地分配到室內(nèi)的各個房間、通道，而又不產(chǎn)生相互干擾。它是基站和微蜂窩的補(bǔ)充和延伸，又不能被基站和直放站所代替，是大都市中移動通信不可缺少的組成部分。

1.室內(nèi)覆蓋的提出

隨著人們生活水平的逐步提高，城市建筑越來越密集，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，對無線信號的阻擋越來越嚴(yán)重，室內(nèi)無線信號的質(zhì)量越來越差，這與人們?nèi)找孀非蟾咂焚|(zhì)的無線服務(wù)，如高速率數(shù)據(jù)傳輸、高清晰手機(jī)通話等相悖。GSM網(wǎng)已是很成熟的2G網(wǎng)絡(luò)，就國內(nèi)來看，GSM網(wǎng)的大網(wǎng)建設(shè)基本完成，室外的信號基本符合要求，室內(nèi)信號質(zhì)量差的現(xiàn)狀亟待解決。改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高服務(wù)水平主要有三種地方是室內(nèi)覆蓋的重點：

（1）由室外宏蜂窩同時提供覆蓋區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)覆蓋，這種方法仍然是當(dāng)前國內(nèi)最主要的方式。

（2）在室外站存在富余容量的情況下，通過直放站（Repeater）將室外信號引入室內(nèi)的覆蓋盲區(qū)。

（3）在話務(wù)量集中的地方，設(shè)置室內(nèi)微蜂窩，同時解決覆蓋和容量問題。

2.室內(nèi)覆蓋的方式

從獲取信號源的角度來劃分，可以把室內(nèi)覆蓋分布分為有線傳輸方式及無線中繼方式。

（1）有線傳輸方式：用饋線、光纖等有線的方式從基站設(shè)備（如ERICSSON的RBS2202、RBS2308等）中獲取信號，經(jīng)合理設(shè)計的天饋線分布系統(tǒng)實現(xiàn)室內(nèi)覆蓋；

（2）無線中繼方式：采用天線及放大器接收施主基站的信號并進(jìn)行放大后引入室內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)覆蓋。

由圖1可見，室內(nèi)無線電波傳播特性隨著建筑物的形狀和內(nèi)部狀況的不同而有所不同。另外，經(jīng)過測試，得出以下障礙物的損耗：磚墻1O～l5dB，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)約為20dB，樓層聞的損耗約為20dB等。

3.GSM 室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃原則

3.1 不影響室外信號的原則

室內(nèi)分布系統(tǒng)，顧名思議，是提供室內(nèi)環(huán)境使用的無線信號。所以需要杜絕室內(nèi)的信號外泄至室外，在道路測試中不得占用室內(nèi)分布信號，要求室分系統(tǒng)信號在離開覆蓋的建筑物10 米外的信號場強(qiáng)不得高于-85dBm。如未達(dá)標(biāo)，一般采用的優(yōu)化手段為在低層天線前加信號衰減器或更換定向天線。

3.2 頻率分配的原則

頻率規(guī)劃，是移動通信的重點問題。為了避免與室外信號產(chǎn)生同頻、鄰頻干擾，室內(nèi)分布系統(tǒng)一般采用專用頻率，各大移動通信運(yùn)營商都會規(guī)定某些特定的頻點專門用于室內(nèi)分布。例如中國移動廣西分公司使用以下6個頻點31、34、37、40、43、46。

3.3 信號覆蓋優(yōu)化的原則

在已經(jīng)安裝了室內(nèi)分布系統(tǒng)的建筑物內(nèi)，依然有弱信號區(qū)域，則可以通過以下方法解決：（1）樓層有弱信號區(qū)域，則增加天線。

（2）電梯內(nèi)信號弱，如原有覆蓋方式為電梯間覆蓋，則將原電梯間覆蓋的方式改為在電梯井的覆蓋方式。如原有覆蓋方式為電梯井覆蓋，則增加天線。

3.4 切換優(yōu)化的原則

室內(nèi)分布信號，與室外的信號之間，會產(chǎn)生新的切換關(guān)系。所以，一定要把室內(nèi)外信號之間的相鄰關(guān)系做全，避免造成切換失敗。

4.有線傳輸方式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的設(shè)計

采用有線傳輸方式進(jìn)行室內(nèi)覆蓋，其優(yōu)點是信號穩(wěn)定，且易于獲得足夠的信號強(qiáng)度，.可覆蓋較大面積的建筑物，并可增加網(wǎng)絡(luò)的容量；另外，較容易利用參數(shù)的設(shè)置控制其覆蓋、優(yōu)先級別等。缺點是投資較大，需租用專門的傳輸電路，施工難度較大，工期較長。

4.1設(shè)計步驟

（1）根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的無線覆蓋、話務(wù)分布狀況及其服務(wù)質(zhì)量（用戶投訴、交換局的話務(wù)報表及現(xiàn)場測試）等，確定需進(jìn)行室內(nèi)覆蓋的地方；

（2）進(jìn)行現(xiàn)場信號的測試及模擬測試，確定信號源的選取及采用的信號分布系統(tǒng)的方式；

（3）根據(jù)測試結(jié)果現(xiàn)場確定室內(nèi)天線安裝的位置，并確定饋線路由，進(jìn)行信號分布系統(tǒng)原理圖的設(shè)計；天線分布系統(tǒng)的原理圖的設(shè)計，是天線分布系統(tǒng)設(shè)計的核心。根據(jù)室內(nèi)無線電波的傳播特性規(guī)律及建筑物的結(jié)構(gòu)特點，先估計出模擬發(fā)射天線應(yīng)擺放的位置，然后在應(yīng)覆蓋的地區(qū)的邊緣及典型地點處用TEMS測試模擬信號的強(qiáng)度。經(jīng)過測試比較，確定天線安裝的最佳位置。

4.2應(yīng)注意的問題

（1）基站的功率設(shè)置應(yīng)考慮上下行平衡，不是越大越好。室內(nèi)覆蓋的分集效果不明顯，故一般不采用分集接收的方式。上下行平衡的計算公式如下：

PBS-Lc-SMS= PMS-SBS

PBS、PMS：分別表示基站及手機(jī)的發(fā)射功率；

Lc：基站合成器的損耗

SBS、SMS：分別表示基站及手機(jī)的接收靈敏度

（2）室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線口發(fā)射功率不是越大越好，一般覆蓋邊緣的場強(qiáng)取-85dBm左右，信號應(yīng)控制在室內(nèi)（出入口除外）。邊緣場強(qiáng)主要取決于手機(jī)接收靈敏度、衰落儲備、干擾儲備和噪聲儲備。

（3）系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別注意室內(nèi)外進(jìn)出口覆蓋的處理，以避免手機(jī)經(jīng)過時出現(xiàn)掉話；

（4）對于一些重要場所或高話務(wù)地區(qū)，可考慮預(yù)留GSM18O0及CDMA接口；但如果GSM9O0系統(tǒng)能夠滿足話務(wù)要求，則不應(yīng)盲目地加入GSM18O0及CDMA系統(tǒng)，以節(jié)省投資。

（5）如果用微蜂窩設(shè)備覆蓋較大的區(qū)域，可考慮采用干線放大器、光纖、有源天線等形式，但放大器會引入噪聲，一般不采用放大器串聯(lián)的形式。

5.無線中繼方式室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的設(shè)計

5.1安裝室外天線應(yīng)遵照的原則

（1）施主基站的信號在放大器輸入端應(yīng)足夠強(qiáng)：一般應(yīng)大于-75dBm，這主要是從放大器的電器性能及信號的穩(wěn)定程度方面考慮的；

（2）施主基站的信號應(yīng)比鄰近基站的信號強(qiáng)10dB以上：放大器的最大輸出功率是固定的，輸入的信號越多，每載波輸出功率越小，因此施主基站的信號應(yīng)較干凈；

（3）施主基站的天線到室內(nèi)覆蓋的室外天線最好能視遞，這樣，天線可收到施主基站的直射信號。若天線收到施主基站的反射信號，則信號不穩(wěn)定，且上行信號易對鄰近基站造成干擾。另外，對基站方向不允許采用全向天線，避免干擾其它基站；

（4）應(yīng)利用建筑物的阻擋避免上行信號對鄰近基站的干擾，如將天線選在兩棟大樓之間等；

（5）在城市內(nèi)應(yīng)盡量采用街道站作為施主基站，這樣就可把信號控制在街道內(nèi)，最大限度地避免對其它基站的干擾。

5.2進(jìn)行現(xiàn)場信號的測試應(yīng)注意以下問題

（1）將TEMS幅發(fā)射機(jī)置于準(zhǔn)備安裝室外天線的地方，先進(jìn)行掃頻測試，選出幾個信號強(qiáng)度最強(qiáng)的小區(qū)；

（2）分析測試結(jié)果，如果主用信號不能比其它小區(qū)強(qiáng)1OdB以上，則應(yīng)根據(jù)實際情況（如所覆蓋范圍的大小，模擬測試的結(jié)果等）來判斷是否適宜采用無線中繼方式來進(jìn)行室內(nèi)覆蓋設(shè)計。另外，進(jìn)去的信號越雜亂，則容易產(chǎn)生手機(jī)通話時的頻繁切換，若當(dāng)?shù)靥幱趦蓚€位置區(qū)的邊緣，手機(jī)空閑狀態(tài)下也容易產(chǎn)生頻繁的位置區(qū)更新。進(jìn)行室內(nèi)覆蓋設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)清楚周圍基站的布點情況、方向、頻率、色碼等數(shù)據(jù)，以便更合理地選取施主基站。由于網(wǎng)絡(luò)在不斷建設(shè)，對工程的變化情況也應(yīng)了解，并隨工程的變化情況對原設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

（3）一般，安裝室外天線時，應(yīng)用掃頻儀對進(jìn)入放大器前的射頻信號進(jìn)行測試，因為TEMS手機(jī)是全向天線，用八木天線測試時收到的信號可能來自四面八方，而實際工程中一般采用八木天線或角反射天線等方向性較好的天線對準(zhǔn)施主基站，用掃頻儀可以更直觀地反映實際情況。并可以根據(jù)實際情況調(diào)整室外天線的方向，使進(jìn)入放大器的信號更干凈。

Mm

5.3收發(fā)天線的隔離度

在進(jìn)行室外直放站的設(shè)計時，我們知道，放大器能否正常工作很大程度取決于收發(fā)天線的隔離度。同樣，用無線中繼方式進(jìn)行室內(nèi)覆蓋設(shè)計時，也應(yīng)該謹(jǐn)慎地處理收發(fā)天線的隔離度問題。

某地下停車場屬于無信號覆蓋但話務(wù)量很小的地方，面積約有40000m?經(jīng)過現(xiàn)場測試，決定采用無線方式進(jìn)行設(shè)計。

本站在室外天線處接收到施主基站的信號強(qiáng)度為-46dBm，已知施主基站天線口有效發(fā)射功率為51dBm，則電磁波空間傳播損耗為

L=51-（-46）=97dB

又設(shè)饋線傳播損耗LF為1.3dB，環(huán)境噪聲電平為-l2ldBm，G1、G2分別為倍增器及干線放大器的上下行增益（Gl預(yù)置為60dB，G2預(yù)置為28dB），L為衰減器的衰減， NF1、NF2分別為倍增器及干線放大器的噪聲系數(shù)（均為5dB），GR為室外天線增益（10dBi）， G為基站天線增益（15dBi），則到達(dá)基站接收機(jī)的噪聲電平為

SSn=-12l+NFl+NF2+Gl+G2-L-LF+GR-L+G

=-12l+5+5+28+60-20-1.3+10-97+ 15， =-ll6.3dBm>-120dBm

可見，到達(dá)基站接收機(jī)的噪聲電平超過了基站接收機(jī)的靈敏度，這將對施主基站覆蓋邊緣的用戶造成影響，因此，應(yīng)將倍增器的上行增益調(diào)為56dB。

6.結(jié)束語

總之，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)已成為通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)不可分割的組成部分，因此，提高網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋質(zhì)量，也就成為工程建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作的一項重要內(nèi)容。GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)既可延伸網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域，改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，提高運(yùn)營商的信譽(yù)，又能增加運(yùn)營商的收益，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)

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