TD室分系统规划原则.doc

3G移动通信网络中室内信号覆盖规划原则摘 要：简要论述了3G移动通信网络中室内信号覆盖规划原则。关键词：3G；信号覆盖；通信网络室内覆盖作为3G网络建设的重要组成部分,不同试点工程的测试目标和工作重点也不尽相同,结合在2G网络室内分布系统建设方面的经验和3G系统自身的特点,制定了一套3G(以WCDMA为主)室内覆盖分布系统建设的规划原则。WCDMA系统需要提供给用户丰富的业务类型(如可视电话、多媒体、高速率下载等)。由于不同的用户群需要的服务不一样,因此在网络规划初期就有必要按业务需求合理分配资源,以节省投资,一个合理的3G室内覆盖工程需要重点考虑以下几个因素: 1 目标覆盖区覆盖等级 按照不同区域对业务需求不同,根据需要提供的服务等级和规划目标可将目标覆盖区分为: 重要区域(384kbit/s高速数据密集区域):要求CS12.2K、0S64K、PS384K等业务的连续覆盖; 次重要区域(144kbit/s低速数据密集区域):要求CS12.2K、0S64K、PSl28K等业务的连续覆盖;一般区域(64kbit/s语音电话、可视电话密集区,数据业务低发区):要求C312.2K、0S64K等业务的连续覆盖,可以考虑补充PS64K业务; 非重点考虑的区域(有普通语音电话需求,数据业务低发区):保证CS12.2K业务。 用信号强度和信号质量区分不同目标覆盖区覆盖等级是一种较为简单有效的策略,这也是目前普遍采用的设计指标标准: 重要区域:边缘导频功率-85dBm,Ec/Io-8dB; 次重要区域:边缘导频功率-90dBm,Ec/Io-10dB; 一般区域:边缘导频功率-95dBm,Ec/10-12d8; 非重点区:边缘导频功率-100dBm,Ec/1o-15dB。 2 信源的选择 由于实际WCDMA网络中可能同时提供CSl2.2kbit/s、OS64kbit/3、PS64kbit/3、PSl28kbit/s、PSl44kbit/s及PS384kbit/s业务,每种业务占用不同的网络资源,对信号质量的要求也不一样,要构建一个合理的满足话务需求的无线网络,就需要对业务需求做仔细考察。 从外场测试结果看,WCDMA系统的容量较OSM系统大很多,考虑在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,在此前提下可以多使用直放站代替基站作为信源,这样不仅能加快网络建设速度,还可以有效转移大型宏基站的多余资源,能够降低初期建设投资;待日后话务量渐涨的情况下再将其更换为基站。 对于业务需求大、有条件建设专用机房的目标覆盖区,可优先考虑采用室内宏基站;对于建设条件有限(如没有专门的机房)的场合,则优先考虑使用微蜂窝。 信号源的选取,我们需要综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信号源方式等因素的影响,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。 3 频率规划 WCDMA系统中每个载频内的所有用户共享频率、时间和功率资源,用特征码(扰码和信道码)对信号作统计处理来区分信道,也即所说的码分多址技术。 虽然WCDMA系统无需进行复杂的频率规划,信道间的隔离完全由特征码的统计特性的正交性来实现。但特征码的正交性并不理想,造成系统的信道隔离不如FDMA和TDMA好,而且使用的信道越多,其他信道信号对本信道的干扰就越强。在室内覆盖工程中,因为有建筑物的屏蔽、阻挡作用,室外宏基站对室内信号的干扰一般较小,所以在大部分场合都可以尽量采用室内、室外同频信号的策略,以节省有限的频率资源但是在有较大业务需求而无线环境本来就复杂的区域(如密集城区的高层型建筑物内),室内、室外采用异频策略就能很好的解决增加容量和控制干扰的目的。 4 合理的切换区WCDMA系统由于软切换的引入,对抗了阴影衰落,引入了软切换增益,扩大了小区的覆盖范围,同时减少对于其它小区的干扰,并通过分集改善性能;但是软切换也带来了硬件的额外开销,基站一般需要多预留30%的信道单元。在室内分布系统建设中,室内系统会引入了新的信源,这样肯定要在目标覆盖区边缘形成新的切换区。如果采用室内、室外同频策略,需要将软切换区控制在我们需要的合理范围内;如果采用室内、室外异频策略,则更需要仔细设计切换区,既要保证有足够的切换区间供系统完成硬切换,还不能让切换区过大以避免频繁的硬切换。 5 天线的布放及功率分配 表1是WCDMA室内覆盖系统中同一天线覆盖范围内不同业务有效覆盖半径的测试结果。因为3G室内覆盖区域基本都需要保证CS64K业务的连续覆盖,结合上表测试数据,设计的分布系统中室内全向天线的有效覆盖半径建议控制在812m范围内。 另外,WCDMA系统是白干扰系统,理论分析UE发射功率的动态变化量会造成小区内的干扰,其原因是在室内WCDMA覆盖系统中,如果手机接收的信号强度足够强,由于功率控制会使手机的发射功率达到最低,如果这个时候用户的发射功率达到最低而用户还是离天线越来越近,那么就会对其它手机造成干扰,使其它手机不得不抬高发射功率。 从图1的仿真结果可以看出,当最小耦合损耗MOL(Minlmum Couplinc Loss,可以认为是手机在位于离天线最近时候的路径损耗)为45dB,它引起了约9dB的噪声抬高,这意味着基站端所需要的功率的升高9dB,或者保证服务的最小比特率的降低;当MOL高于65dB时,由uE最小发射功率所引起的噪声电子的抬高将忽略不计。 经测试,普通全向吸顶天线空间耦合损耗大约为2530dB,为了保证MOL65dB,则从基站到天线入口的链路损耗需要35dB以上,即天线入口导频功率应不大于33-35=-2dBm。考虑到楼内天线安装高度普遍在2.2m以上,而用户实际持手机高度不会超过2m,所以建议实际天线入口导频功率不超过3dBm,以控制天线的最大覆盖半径不至于太小。 6 干扰 在3G室内分布系统建设中,因为要尽量共用室内分布系统,各系统的有源设备在发射有用信号的同时,在它的工作频带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号,这些信号落到其他系统的工作频带内,就会对其他系统形成干扰。 7 其他 在GSM移动通信系统中,上下行增益平衡是比较重要的问题。若下行增益远大于上行增益,会导致手机接收到场强很高,却打不通电话;若上行增益远大于下行增益,导致覆盖范围缩小。 WCDMA系统中,上行链路和下行链路的平衡并非网络设计目标。基站功率在下行由小区所有用户及信令共享, 因而不会成为覆盖受限链路。相反,手机发射功率是在规范中加以定义的。由于手机发射功率有限,上行链路则成为WCDMA系统覆盖的受限链路。也就是说,小区的最大半径取决于功率上限最小的一类手机。所以WCDMA系统的链路预算通常是指上行链路预算。由于WCDMA的覆盖区域不像GSM那样由信号电平的绝对值来决定,它的覆盖与系统的负载或干扰水平相关,加入负载和邻近小区干扰后,小区半径会作相应的收缩。在实际工程中,这些问题都还需要经过大量的测试及优化工作才能有效控制。3G室内覆盖规划建设的考虑一、3G室内覆盖的建设需求由NTT DoCoMo发展FOMA业务的经验，可以看到良好的网络覆盖特别是室内覆盖是3G获得成功的关键。NTTDoCoMo的统计数据表明，3G室内业务量占到网络总业务量的69.7%，主要原因在于视频电话、游戏等高速数据业务都发生在舒适的室内环境下。丰富多彩的数据业务和多媒体业务将是3G业务的增长点，根据用户的生活习惯和数据业务的行为分析，绝大多数的数据和多媒体业务将会发生在室内。根据GSM网络的运营经验，室内用户分布一般大于室外两倍以上，高价值的商务客户主要集中在室内。对于GSM网络，绝大部分室内区域都有了良好的覆盖，用户对网络有着较好的感知。3G商用后，用户对3G室内网络会有同样的覆盖要求，如果没有足够良好的室内覆盖，将影响用户对3G的感知，不利于3G用户群的形成。室外宏基站是解决室内覆盖的基本手段，但在室内、隧道及地铁内，仅靠室外基站天线覆盖，由于信号受障碍物的阻挡，室内无法保证良好的通信质量。中国移动的实验表明，如果采用室外基站进行室内覆盖，能够满足需求的信号场强只有20%，此外室内软切换比例可能会高达60%。这既无法满足想要达到的覆盖范围，又浪费系统资源，不利于节约运营成本。因此，建立良好的3G室内覆盖是十分重要和有利的，在3G网络建设初期就应加以考虑。同时，对运营商而言，通过建设3G室内分布，可以争夺室内话务量，开拓新的话务量。据NTTDoCoMo的统计，在实施了室内分布的建筑物内话务量增大了1.43倍。室内分布还可以分散过密地区的话务量，从而减轻室外基站的压力，降低室外基站的数目和配置。从网络容量来看，室内分布系统也降低了室外系统的负荷，由于3G自干扰的特性，也就降低了室外网络整体干扰水平，从而提高整个系统的容量。二、3G室内覆盖规划问题考虑和策略由于3G系统的技术特点，3G室内覆盖规划需对覆盖、容量、质量进行统一规划。在规划室内分布时，站点规划与室外规划要协调统一。此外，还要重点考虑和2G系统以及其它系统之间的相互干扰问题，以实现多系统良性并存。总的来说，3G室内覆盖规划应考虑以下几个问题。室内室外站点规划、设计要统一，在建设室内覆盖时要考虑室外信号的影响，同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。对不同的室内场景，要以用户满意度为衡量标准，制定不同的质量目标。有的地方能够接受覆盖盲点的情况下，可以在建设策略和建设阶段上进行调整。通常来说，对于话务量大的区域，所建设的室内分布系统的服务质量要相对高一些，建设时间也要早一些。对于一些话务量比较小的区域，可以考虑在其话务量发展到一定水平后再建设WCDMA的室内覆盖系统。对于一个特定的建筑物而言，受3G覆盖的复杂性和地理环境等多重因素制约，室内覆盖解决方案可能有多种的选择，不能单纯地为了追求技术上的完善而盲目扩大投资，但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室内覆盖方案。以下对几种典型应用场景的室内覆盖策略进行探讨。机场、车站、码头类应用场景：话务密度较高，对其进行室内覆盖不论是社会价值还是经济价值均较高，因此应尽早考虑覆盖。此类场景的室内覆盖有一个明显的特征是人流量较大，话务密度高，相对较为空旷，室外基站可以部分覆盖到室内，因此室外覆盖与室内覆盖应统一考虑，室内分布系统主要对室外基站的盲点和话务热点区域进行补充覆盖，室外宏基站可以直接或通过RRU间接，分配出1个或多个小区作为室内分布的信号源，这可以保证室内-室外的用户切换为更软切换。会展中心、会议中心、体育场馆类应用场景：此类应用场景一般为城市的标志性建筑，为扩大3G业务的社会影响和知名度，推动3G业务的发展，此类场景也应尽早考虑覆盖。在此类场景下，用户的话务主要以事件触发为主，所以容量估算时应预留足够的余量。此外，会展中心、会议中心、体育场馆的新闻中心会有大量的数据业务覆盖需求，容量的估算一般以峰值话务量来设计。此类场景下切换区域设置必须合理，切换区域不能设置在话务高峰地带，容量也是这类场景考虑的主要问题。在布置室内天线时应注意控制信号强度，不要将切换区域落在观众席中间。政府、机关、公司机构的场景：室内覆盖系统必须提供优质的网络覆盖，对运营商而言有重要意义。用户业务以话音为主，高端用户比重较大。此类场景除考虑覆盖外，容量也是主要的考虑因素。购物商场和大型超市的场景：用户业务主要以话音业务为主，高峰时段在时间上呈现一定的规律性(晚上/节假日白天)，并且话务密度较大。主要考虑覆盖问题，切换则主要考虑大门出入口的切换设计。三、室内覆盖系统设计室内覆盖系统主要由信号源和室内分布系统两部分组成。3G室内覆盖系统的信号源主要有宏蜂窝、微蜂窝、RRU、直放站几种方式。一般来说，根据话务量和网络规划来确定信源。但同时还需要考虑传输条件、工程可实施性、网络建设性价比等多种因素，然后综合各种因素，选取合适的信源。通常情况下，对于低话务密度、小规模覆盖且较为封闭的场景，优先选用直放站作为信号源(可充分利用室外宏基站的容量)，对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景，优先选用微蜂窝作为信号源，对于高话务密度和大覆盖规模的场景，优先选用宏基站+RRU作为信号源(单个RRU的容量与单个宏小区的容量等同)。在进行室内分布系统建设时，如果已有2G室内分布系统，应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统。对现有2G室内分布系统进行改造时，应兼顾未来WLAN的应用需要。在设计分布系统时应注意以下几个问题。1.器件的使用可以共用的器件有馈线、泄漏电缆、转接头、负载等。可能更换的器件有功分器、耦合器、天线等。需要新增的器件有合路设备、滤波器等。2.覆盖的考虑在3G/2G共用室内分布系统时，一般需要增加一定数量的天线点以满足3G覆盖要求。如果3G的覆盖指标与2G相同(指Ec值/信号强度)，则要求在天线口的3G导频功率比GSM大约10个dB。同时应注意，在已有的覆盖系统上增加新的系统会降低原系统的发射功率。3.干扰的考虑多系统共用分布系统，相互之间会产生干扰，可通过不同系统的空间隔离、降低干扰源的发射功率等方式减少干扰。在发送端或接收端增加滤波器也能有效减少系统间的干扰。另外，选用射频性能优良的发射机、接收机及后期网络优化等也是降低干扰的有效手段。如果GSM系统使用干放，应选用具有足够隔离度的合路设备或增加滤波器以减少干扰；试验表明，只要元器件满足隔离度要求，系统相互间的频谱干扰可以忽略。4.功率匹配问题在实际应用中，多系统共用一个分布系统的最大问题是功率匹配问题,包括信号源输出功率匹配；不同频段的信号在分布系统中传输损耗不同而产生的影响；边缘覆盖场强的不同要求；不同频段的无线电波在空中损耗不同而产生的影响等。需要根据不同要求和实际情况综合考虑。5.室内覆盖相关技术问题室内覆盖频率选择在进行3G室内覆盖系统建设时，有两种方案，一种是同频方案，室内系统与室外系统使用相同的频率；另一种是异频方案，室内系统与室外系统使用不同的频率。同频组网方案的优缺点：同频组网可以节省有限频谱资源；同频组网软切换成功率高，根据全国各地WCDMA网络试点测试结果,WCDMA软切掉话率小于1%；同频组网时，WCDMA终端都支持同频软切换；同频组网时，基站小区互相之间有干扰,系统容量减少。异频组网方案的优缺点：异频组网更浪费有限的频谱资源；异频组网硬切换成功率相对于同频组网更低，尤其是电梯内硬切换，成功率在80%左右，进出电梯硬切换时，在电梯关门瞬间，硬切换成功率更低；目前有些WCDMA终端不支持异频硬切换；异频组网相互之间干扰小,具有更高的容量；异频组网在导频污染严重(如高楼层)的场景覆盖时具有明显优势。目前，在考虑同异频组网时，一般建议以同频组网为主,异频组网为辅,如果能够控制室内外干扰,建议采用同频组网。对干扰难以控制的场景，建议采用异频小区；自然隔离比较好或干扰易控制的场景建议采用同频小区。切换问题的分析一般来说，室内分布系统与室外宏基站的切换区域主要选择在大楼各出入口、停车场出入口等地方。切换区域的天线预留一定的功率余量，当室外基站小区不断优化调整时，可以调整天线口功率，控制好切换区域；同时，在这些切换区域，可以采用定向进行覆盖，可以更好地控制切换区域的范围和防止室内信号外泄，通常要求在进出各出入口5m内完成切换。对切换区域要通过优化手段加以调整。通过调整天线下倾角和方位角，改变切换区位置、大小以及信号强度分布。调整切换参数包括切换门限、切换迟滞、触发时间、测量滤波系数等。改变切换门限和测量迟滞参数，可以使目标小区在更大范围内满足切换条件，增大切换区范围，提高切换成功率。减少触发时间和测量滤波系数，可以使目标小区更快满足切换条件，更早进行切换，提高切换成功率。根据实际路测结果修改相邻基站的邻区列表，做好切换关系。防止信号外泄的分析由于WCDMA是自干扰系统，其他小区信号对本小区都是干扰，因此，室内覆盖建设时，应控制好室内小区信号的外泄，避免室内分布系统信号对室外小区产生干扰。目前城市高层建筑多为玻璃外墙，室内分布系统的信号很容易就泄漏到室外，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，由于所处地理位置高，控制不好就会泄漏很远，对室外大片区域构成干扰。因此，对于高层建筑的室内分布系统，采取小功率、多天线的覆盖方式，室内天线口功率较小，泄漏到室外小区的信号相对较弱，干扰相对就小，而且，这种覆盖方式天线覆盖半径减小，穿墙损耗小，覆盖效果也更好。在高层建筑的室内分布系统建设中，如果工程安装条件许可，可以在高层建筑室内靠窗位置安装定向天线，从窗边向室内进行覆盖，借助窗边墙体遮挡和定向天线后瓣抑制，可以有效地防止室内信号外泄对室外小区造成干扰。在小区覆盖分布系统设计时，我们也采取高前后比的定向天线从室外向室内高层进行覆盖的方式，充分利用小区内建筑物墙体和定向天线的高前后比，防止信号外泄。2G网络稳定优先原则GSM网络是我省移动网络的基础，是当前业务服务的主体，3G网络建设应尽量减少对GSM网