移動通信系統(tǒng)中分布覆蓋系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

任永學

【摘 要】隨著移動通信市場的開放，城市的無線覆蓋已經(jīng)基本達到了無縫隙，話音質(zhì)量也有了顯著的提高。但是由于城市大型建筑物結(jié)構本身屏蔽的原因，在網(wǎng)絡覆蓋的區(qū)域內(nèi)，仍然存在不少室內(nèi)移動通信環(huán)境比較差的地方。隨著手機用戶群的急劇增加，如何迅速有效地解決室內(nèi)信號覆蓋差的問題，已經(jīng)成為通信公司改善建筑內(nèi)部無線信號質(zhì)量、增加網(wǎng)絡容量、提高網(wǎng)絡服務信譽的迫切要求。

【關鍵詞】分布覆蓋；設計

1.時代廣場建設分布覆蓋系統(tǒng)的必要性

1.1時代廣場的簡介和信號覆蓋現(xiàn)狀

時代廣場是新近建成的一座集餐飲、娛樂、商場、寫字樓于一體的高級綜合性辦公樓，建筑面積160000平方米。位于黃金地段。它的西面為藝術中心；南面和五星酒店、博士專家樓、高檔市區(qū)隔街相對；東面是長途客運中心；北面是高檔寫字樓等多座高層建筑；東北方向不到1000米就是火車站；時代廣場門前是市區(qū)東西方向上的三大主要交通干道之一。

根據(jù)在時代廣場的實地調(diào)查和用戶投訴的情況可以發(fā)現(xiàn)，時代廣場室外，信號強、覆蓋良好，隨時可以進行通話，沒有掉話現(xiàn)象，話音質(zhì)量良好；但在時代廣場室內(nèi)的大部分樓層沒有手機信號或者信號微弱，不能進行正常通話，特別是地下建筑和電梯內(nèi)，全部是盲區(qū)；但是時代廣場樓層較高的部分手機表現(xiàn)為信號很好、電話振鈴，但無法接通，所以時代廣場的室內(nèi)移動通信能力表現(xiàn)為除了個別地方可以通話外，基本不能正常通話。

1.2目前時代廣場信號覆蓋中存在的問題

時代廣場的框架式建筑結(jié)構和鋼筋水泥的建筑材料決定了它對周圍基站信號有較大的屏蔽，室內(nèi)以輕鋼龍骨為主的隔斷墻也對電波有較大的衰耗，它們都影響到建筑物內(nèi)部的絕大部分區(qū)域移動通信的效果。業(yè)主和入住商戶的投訴嚴重，要求快速解決問題。經(jīng)過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)時代廣場的地下室和電梯內(nèi)由于鋼筋水泥的封閉環(huán)境，屬于完全盲區(qū)，建筑底層區(qū)域信號較弱，電話接打困難，高層部分則可以接收到相對較好的基站信號，但由于沒有主導小區(qū)，接受到的幾組電平值相差很小，重選切換頻繁，通話過程中質(zhì)量較差，經(jīng)常發(fā)生掉話，通過測試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)時代廣場的室內(nèi)移動通信困難主要表現(xiàn)為：

（1）建筑中出現(xiàn)信號覆蓋的盲區(qū)，主要是建筑內(nèi)部的電梯轎箱、地下停車場、設備樓層和1、2層部分區(qū)域。造成盲區(qū)的原因主要是由于建筑結(jié)構為鋼筋水泥澆注而成，穿透損耗極大，或者是由于周圍其他高大建筑物對本建筑造成的陰影效應，使得這部分地方根本沒有信號覆蓋，基站信號到達地下時的電平值小于手機接收的靈敏度，屬于信號盲區(qū)，所以無法接入網(wǎng)絡。

（2）建筑中出現(xiàn)“乒乓效應”區(qū)域。它的高層部分基本都能接收到基站信號，不僅數(shù)量多，電平值高而且大小十分接近，造成手機在這些地方，沒有主導小區(qū)，在能夠選擇的小區(qū)間頻繁地重選、切換，無法進行正常的發(fā)起、維持呼叫。這主要是因為隨著建筑物樓層高度的升高，周圍有遮擋的建筑物也在逐漸減少，當?shù)竭_一定的樓層高度后，周圍對其有屏蔽作用的建筑物基本不存在了，到達建筑高層的信號主要為周圍相鄰的基站的直射信號。由于相鄰基站站距比較接近，到達時代廣場高層的信號在自由空間傳播時的損耗基本相同，造成其高層部分信號數(shù)量多、場強值大，沒有主導小區(qū)、手機頻繁重選切換的現(xiàn)象。

（3）時代廣場外墻體為鋼筋水泥澆注而成，室外基站信號在進入室內(nèi)時，穿透損耗很大，因而建筑的低層部分信號覆蓋很弱，而且不均勻，覆蓋這些區(qū)域的信號主要是周圍基站的繞射和反射信號，這些信號經(jīng)過長距離空中傳播后有很大的損耗，到達這些區(qū)域時的電平已經(jīng)十分微弱，基本接近或者超出手機的靈敏度極限，因而發(fā)起呼叫十分困難。

2.具體的設計方案和步驟

2.1基站設備的選型

室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)最為重要是信號源的選取，信號源的性能決定了整個分布覆蓋系統(tǒng)的性能，是整個系統(tǒng)的根本。本方案設計中使用宏蜂窩作為信號源，既可以保證有持續(xù)穩(wěn)定的信號輸出，又可以在話務量增長的同時，成倍的增加系統(tǒng)容量，是覆蓋時代廣場室內(nèi)比較理想的方案。

由于覆蓋面積比較大，單純使用宏蜂窩配合無源系統(tǒng)不可能完全覆蓋建筑內(nèi)的每個地方，因而在關鍵的部分干線上需要使用放大器。放大器產(chǎn)生的噪聲對基站的影響，在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，不影響系統(tǒng)的正常運行。

2.2基站容量配置分析

時代廣場是一座高級綜合性寫字辦公樓，大廈內(nèi)日常辦公約5000多人，每日流動人員數(shù)量約為1000人，現(xiàn)以已經(jīng)開通的同地區(qū)同類型的其他高層建筑的室內(nèi)用戶和話務統(tǒng)計平均數(shù)對照計算，時代廣場的覆蓋范圍內(nèi)有70%的手機擁有率，忙時40%的手機撥打率，得知忙時時代廣場內(nèi)移動用戶手機共計為（5000+1000）×70%×40%=1680部。按照通常情況：

每移動用戶的忙時話務量為0.02Erl；話音信道（TCH）呼損為2%；則大廈內(nèi)忙時的總話務量為1680×0.02Erl=33.6Erl。由于分布覆蓋系統(tǒng)采取分層結(jié)構，為使系統(tǒng)資源充分利用，可使兩個天線子系統(tǒng)話務量負荷基本相同，那么每個子系統(tǒng)話務量為：33.6/2=16.8 Erl按2%的擁塞率，根據(jù)愛爾蘭B表計算得話音信道數(shù)量為25個；SDCCH信道話務量為：16.8 Erl*28%=4.704 Erl；控制信道（SDCCH）呼損為0.1%。

根據(jù)愛爾蘭B表計算得SDCCH信道數(shù)量為2個（由于下層小區(qū)與相鄰基站的切換和重選次數(shù)較上層小區(qū)相對較多，所以在開通時根據(jù)實際的話務情況可以適當增加1個SDCCH信道）；每個小區(qū)BCCH信道1個。

由以上可以得到覆蓋系統(tǒng)中的每個部分需要的信道數(shù)量為：25+2+1=28個。

每載頻8信道，可得分層小區(qū)的每部分需要載頻28/8=3.5，約為4載頻；整個分布覆蓋系統(tǒng)的宏蜂窩配置為上層小區(qū)CELL-A為4個載頻、下層小區(qū)CELL-B為4載頻，共計8個載頻；使用機柜一個。

2.3基站傳輸系統(tǒng)的設計

室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)所需要的傳輸電路一般可以由以下兩種方式實現(xiàn)：

（1）HDSL市話專線是目前實現(xiàn)傳輸非常經(jīng)濟的方式，以前使用情況比較普遍。它的路由是從BSC端口開始經(jīng)配線架跳接到光端機，經(jīng)過光纜到達光纜中心，由光纜中心的HDSL專用設備轉(zhuǎn)換后，通過專用電纜到達測量室，再由市話電纜到達目標建筑物，由于市話電纜幾乎遍布城市的每個角落，所以HDSL專線電路可以幾乎到達城市的任何一個建筑物。

（2）微波（或者紅外線）可以實現(xiàn)光纜不能到達的特殊區(qū)域的傳輸電路，用戶可以自行設計路由，而且實現(xiàn)起來方便快捷，能在目標建筑物和相鄰基站之間迅速建立傳輸通道，解決光纜傳輸?shù)摹白詈笠还飭栴}”，是目前廣泛使用在建筑物間的傳輸電路的方式之一，性能比較穩(wěn)定，調(diào)整余量也比較多。

3.時代廣場項目設計總結(jié)與展望

室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)是目前解決室內(nèi)移動通信覆蓋的有效手段，可以應用于不同的目標建筑物。既可以充分吸收熱點區(qū)域的話務量，又能夠提高移動公司的服務水平、增強競爭力，因而得到普遍應用。目前，隨著我國3G移動通信步伐的加快，第三代移動通信對室內(nèi)移動通信的覆蓋又賦予了新的涵義，3G移動通信有著其特定的技術指標，通信運營商對此還需未雨綢繆，早作打算。