移動(dòng)通信室內(nèi)分布天線位置選擇對其覆蓋性能的影響分析

楊營

【摘要】移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前社會(huì)中的應(yīng)用越來越普及，這給現(xiàn)代通信事業(yè)發(fā)展起到了極大推動(dòng)作用。但由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)層面需要依靠各種室外站點(diǎn)與室內(nèi)系統(tǒng)來將信號源傳遞到用戶終端上，所以在此過程中，不得不考慮到信號源的損耗問題，以確保通信網(wǎng)絡(luò)能夠按照設(shè)計(jì)要求完成目標(biāo)覆蓋。在影響移動(dòng)通信覆蓋性能的眾多因素中，室內(nèi)天線的分布位置是不能忽略的，本文就以此為研究對象，首先介紹了現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，然后以GSM網(wǎng)絡(luò)為例對移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)及其工作原理進(jìn)行分析，最后結(jié)合實(shí)際案例研究了室內(nèi)分布天線位置對其覆蓋性能的影響。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信;通信網(wǎng)絡(luò);GSM;室內(nèi)分布

引言：現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展使得移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在全國范圍內(nèi)廣泛覆蓋，給現(xiàn)代信息傳播帶來了極大便利。然而由于社會(huì)高速發(fā)展造就了復(fù)雜的城市環(huán)境，且現(xiàn)代建筑建設(shè)中不斷運(yùn)用各種新型材料，這都對移動(dòng)通信傳播中的電磁波穿透性造成極大影響，從而使移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的信號強(qiáng)度減弱，同時(shí)通信覆蓋范圍也相應(yīng)縮減。對此，就需要在以往單一室外通信站點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加室內(nèi)分布系統(tǒng)，以滿足室內(nèi)移動(dòng)通信的需求，保證通信質(zhì)量。本文以移動(dòng)通信GSM網(wǎng)絡(luò)為研究對象針對其室內(nèi)分布天線的位置對網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的影響展開分析，希望能對移動(dòng)通信室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1. 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)概述

所謂移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是一種連接移動(dòng)用戶與固定用戶或移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶的一種通信介質(zhì)。我國移動(dòng)通信中所使用的通信網(wǎng)絡(luò)主要為GSM網(wǎng)絡(luò)，其屬于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的一種，本身具有移動(dòng)性、自由性等特點(diǎn)，給公民的通信帶來極大便利。在移動(dòng)通信的覆蓋范圍與作業(yè)方式上，其大體可分為雙向?qū)υ捠椒涓C共用移動(dòng)通信、單向或雙向?qū)υ捠綄Ｓ靡苿?dòng)通信、單向接收式無線尋呼以及無線本地用戶環(huán)路等。目前，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)GSM已經(jīng)成為廣泛使用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之一，覆蓋范圍極廣。在室外覆蓋方面，GSM網(wǎng)絡(luò)主要依靠室外宏站與補(bǔ)充室來保證其網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面與強(qiáng)度。但由于城市中環(huán)境復(fù)雜，所以室內(nèi)GSM分布系統(tǒng)的載頻容量往往較低，使得通信不暢通，因此需要進(jìn)行室內(nèi)天線分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)，科學(xué)選擇天線分布位置。而這也正是移動(dòng)通信當(dāng)前需要不斷加強(qiáng)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，GSM網(wǎng)絡(luò)主要由核心網(wǎng)、無線接入網(wǎng)組。其中核心網(wǎng)由MSC移動(dòng)交換機(jī)與SGSN設(shè)備組成，無線網(wǎng)絡(luò)則由BSC基站控制器、BTS基站設(shè)備以及手機(jī)移動(dòng)終端共同組成。

2. 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)及其工作原理

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)是室外站點(diǎn)的一種補(bǔ)充，其主要用于解決因現(xiàn)代建筑材料給通信電磁波傳播帶來的損耗問題。具體而言，移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)主要由信號源和天饋分布系統(tǒng)構(gòu)成。其中信號源包含宏蜂窩、微蜂窩、分布式基站以及直放站，天饋分布系統(tǒng)則由饋線、合路器、功分器、干線放大器、耦合器、天橋以及天線構(gòu)成。

由于針對不同的室內(nèi)結(jié)構(gòu)和通信覆蓋需求，室內(nèi)分布系統(tǒng)通常會(huì)有多種設(shè)計(jì)類型，而常用的分布系統(tǒng)類型主要有：①同軸電纜分布系統(tǒng)，即利用功分器與耦合器對信號源輸出能量進(jìn)行分配，然后再利用同軸電纜與天線將之在室內(nèi)進(jìn)行均勻分布，以此來避免室內(nèi)出現(xiàn)信號源覆蓋不到的區(qū)域。該系統(tǒng)類型不僅性能穩(wěn)定、易于調(diào)整、成本低，且具有較強(qiáng)的兼容性。②光纖分布系統(tǒng)，即通過單模光纖來完成信號的傳輸，由于光纖傳輸中的人損耗小、容量大、抗干擾能力強(qiáng)，所以同樣能夠達(dá)到信號源在室內(nèi)均勻分布的目的。該系統(tǒng)通常多用于遠(yuǎn)距離信號傳播。③泄露電纜分布系統(tǒng)，該系統(tǒng)是基于泄露電纜本身具備傳輸與收發(fā)特性從而利用其進(jìn)行信號傳輸以達(dá)到信號源均勻分布的目的。該系統(tǒng)具有損耗均勻且信號穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但因其造價(jià)高且施工困難，所以應(yīng)用范圍較窄。

在室內(nèi)分布系統(tǒng)中，天線的分布位置對信號覆蓋范圍及通信質(zhì)量影響較大。一般而言，在選擇室內(nèi)天線分布位置時(shí)需要利用上下行無線鏈路即手機(jī)所處區(qū)域上下行信號強(qiáng)度來測算其具體覆蓋范圍。通常情況下下，手機(jī)接收信號強(qiáng)度的計(jì)算需要由天線發(fā)送功率減去傳輸中的各種損耗，其具體公式為：Prx=Ptx-路徑損耗-其它各種損耗。

3. 移動(dòng)通信室內(nèi)分布天線位置選擇對其覆蓋性能的影響

要了解移動(dòng)通信室內(nèi)分布天線位置對其覆蓋性能的影響還需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，此處以某具有室內(nèi)分布系統(tǒng)的小區(qū)高樓為案例進(jìn)行測試。測試中選擇的樓層為第5層，采取CQT呼叫撥打的方式來測試其室內(nèi)分布信號情況。

3.1 樓層室內(nèi)天線分布設(shè)置基本情況

該樓層樓道內(nèi)的天線出口功率與樓道接收信號強(qiáng)度具體如圖1所示。其中六個(gè)內(nèi)室都布置有天線，經(jīng)測試其各天線出口功率基本都能夠達(dá)到-20dBm，且樓道內(nèi)信號最小處也達(dá)到-55dBm。由此可見其室內(nèi)天線分布基本具有足夠的覆蓋性能，且其信號覆蓋設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到電磁環(huán)保要求的最大限度，不能再增大，否則將對人的健康造成不良影響。

3.2 室內(nèi)天線輸出功率的開、關(guān)門測試

從圖1中可以得知房間大門外的天線輸出功率為-20dBm，為進(jìn)一步了解天線對室內(nèi)通信作用與移動(dòng)業(yè)務(wù)影響，可進(jìn)行開、關(guān)門測試。

3.2.1 房間開門測試

通過開門測試可以發(fā)現(xiàn)利用掃頻測量儀測出的各BCCH載頻信號強(qiáng)度與手機(jī)接收的實(shí)際強(qiáng)度基本一致，這說明該樓層室內(nèi)的信號較鄰區(qū)信號要強(qiáng)，但在手機(jī)呼叫時(shí)，其將會(huì)在某些位置出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)信號變?nèi)醯默F(xiàn)象。

3.2.2 房間關(guān)門測試

在針對圖1中右上角的房間進(jìn)行關(guān)門測試時(shí)，經(jīng)過對該樓層各個(gè)室內(nèi)手機(jī)在不同區(qū)域位置的信號強(qiáng)度進(jìn)行測試，可以發(fā)現(xiàn)關(guān)門狀態(tài)下掃頻儀測量測出各BCCH載頻信號強(qiáng)度與手機(jī)接收到的強(qiáng)度相吻合，其測試數(shù)也基本都能達(dá)到室內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范，其中20926小區(qū)的信號強(qiáng)度甚至高于-80dBm，這說明手機(jī)在室內(nèi)發(fā)生位置移動(dòng)時(shí)其室內(nèi)信號雖然逐漸變?nèi)?，但?dāng)呼叫過程切換到鄰區(qū)后則信號會(huì)再次變強(qiáng)。

通過對上述實(shí)際案例的分析可以初步總結(jié)出室內(nèi)天線位置的人不同必然會(huì)對移動(dòng)通信覆蓋性能產(chǎn)生影響，且室內(nèi)空間中受建筑材料影響其傳輸損耗也各不相同，這就需要在設(shè)計(jì)天線位置時(shí)要盡可能對室內(nèi)空間建議利用，并充分考慮到不同區(qū)域障礙物的材料問題，以盡可能對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行利用，確保信號強(qiáng)度能夠滿足人們的日常通信與上網(wǎng)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]田偉超.移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋優(yōu)化[J].中國新通信，2019，21（16）：17.

[2]盧高燕.移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改良研究[J].中國新通信，2019，21（05）：35-36.

[3]霍聰穎.移動(dòng)通信室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，8（11）：100-101+104.