3G室内分布系统解决方案

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   [摘 要] WCDMA室内覆盖是为了改善室内信号,以最低成本满足覆盖要求,同时不会因增加室内覆盖系统而影响整个网络的性能,达到提高室内覆盖的能力。不仅可以给用户带来更好的业务使用体验,还可以分散过密地区的网络压力,更可以与其他运营商的网络争夺室内话务量。但是,由于3G工作在超短波频段,而且电波绕射能力差,穿透损耗较大,会有更多弱信号区出现,特别是在建筑物内部,更是存在着盲区多、易断线、网络表现不稳定的缺点。所以本文针对以上因素做出了一些优化的构思与方案。
   [关键词] WCDMA 室内覆盖 实现方案 3G
  1. 3G室内覆盖概述
  3G移动通信系统是一种能够提供多种类型高质量的多媒体类型,能实现全球无线覆盖,具有全球漫游能力,与固定网络相兼容,并以小型类型便携式终端在任何时候任何地点进行任何种类的通信。
  1.1 室内环境无线覆盖的主要问题
  由于WCDMA系统的特性,在建设WCDMA室内分布系统的时候,遇到了基站信号互相干扰的情况,主要存在以下几个方面的问题。(1)建筑物高层收到的室外信号杂乱,很难控制室外信号的强度,严重影响了3G业务的体验质量;(2)强室内信号外泄严重,影响周边环境的无线质量,造成掉话发生;(3)优化手段和效果较差,使用添加邻区等方式避免干扰不仅规划异常复杂而且收效较差。
  我们可以利用异频、硬切换来避免这些质量问题,在不同频率范围内,室内外信号不会相互干扰,高层室外信号的导频污染问题、邻区漏配造成干扰等的问题都不会存在。
  而要实现WCDMA室内、室外协同覆盖还有一些难点。
  首先是信号干扰和泄漏问题。必须控制好室内外小区、室内小区之间的干扰,确保室内外网络都能正常运行。
  其次是共室内分布系统问题。从工程和成本等方面综合考虑,2G/3G共室内分布系统是WCDMA室内覆盖建设的首选,由于3G的高频率带来高损耗,因此必须选择合理的3G信源组网方式,精打细算才能完成3G共室内覆盖建设。
  最后是平滑过渡问题。必须保证用户在室内外各种环境下业务的连续性,即需要保证多载波之间、室内外之间、室内电梯和平层之间的平滑过渡。由于涉及多种不同的场景,其关键点是需要基于场景提供合理的切换规划和设计方案。
  1.2. 3G和WLAN之间的干扰
  3G对WLAN的干扰主要是3G下行产生带外辐射信号对WLAN 的干扰,WLAN对3G的干扰与之相比要小很多。根据3G WCDMA的规范,它的有源设备产生的带外辐射信号在2200MHz以上频带内小于-40dBm/100kHz(见3GPP的相关规范),这个辐射强度再加上多频合路器的隔离度80dB,就可将干扰电平抑制到小于-120dBm/100kHz,基本不会对现存的WLAN产生干扰。
  1.3 3G之间的干扰
  中国已经将1920-1980/2ll0-2170MHz分配为3G的对称频段。在该频段,有的运营商可能选择WCDMA,有的运营商可能选择CDMA2000LX。当WCDMA与CDMA2000LX工作在相邻频段时,WCDMA与WCDMA之间的频率间隔是5MHz,WCDMA与CDMA2000LX之间的频率间隔是3.75MHz,两者之间的保护带宽为925kHz。
  由于上行频率和下行频率的间隔至少有130MHz,所以WCDMA分布系统与CDMA2000分布系统之间及手机与手机之间的干扰很小,可以不考虑。应该考虑的主要干扰是由于远近效应引起的干扰,可以通过基站间隔距离大于最小隔离距离解决。
  1.4 目前2G/3G共室内系统为首选
  中国联通已经拥有一张覆盖完善的GSM网络和庞大的室内覆盖系统,为此,WCDMA和GSM共室内系统成为WCDMA室内覆盖的首选。
  为了顺利实现2G/3G共室内覆盖,需要保证系统隔离和各系统信号允许路损大体平衡。首先应当采用指标良好的合路器,满足2G/3G系统隔离;其次是优选光纤传输的RRU作为信源,在2G/3G信号的合路上,可以有效补偿WCDMA高频段带来的高损耗,保证WCDMA室内信号覆盖强度;最后是确保2G系统无源器件对3G系统的支持,采用“多天线小功率”的天线布放方式,做好电梯覆盖改造,使改造后的3G系统在室内形成均匀的信号覆盖,并有效控制对室外的信号外泄。
  2. 3G室内覆盖的实现
  2.1. 实现室内覆盖的方法
  目前,国内2G网络使用最多的室内覆盖方法是宏蜂窝基站加定向天线,在3G网络中,宏蜂窝方式的使用可能会减少, 3G网络中相当的业务量产生于室内,而作为3G特色的高速数据业务要求的接收机灵敏度要高于话音业务,如果仍然使用室外宏基站来确保室内的覆盖质量,则必然会减小室外基站的站距,从而增加室外站的数量;另外,由于高层有比较严重的导频污染,如果高大建筑物的高层部分由室外宏基站提供服务,那么用户将接收到来自于周围基站设备产生的多个强干扰,此时,用户如果想通话,则终端需要更大的功率,也就意味着将会产生更多的干扰,从而导致整个系统通信质量下降。
  下面四种方式很可能会在3G室内覆盖方面获得更加广泛的应用,分别进行阐述。
  (1)微蜂窝加室内信号分布方式。是以室内微蜂窝系统作为室内覆盖系统的信号源,即有线接入方式。该方式采用独立的基站系统,可以独立承载话务量,并能分担宏小区话务。该方式虽然需要传输和供电设备,但是实施简单,无需机房资源,更重要的是能够提供更多的网络资源,可以灵活结合具体室内分布系统来实现室内覆盖。适用于覆盖范围较大,且话务量相对较高的建筑物内。
  (2)宏蜂窝无线接入方式。是以室外宏蜂窝作为室内覆盖系统的信号源,即无线接入方式。适用于低话务量和较小面积的室内覆盖盲区,市郊等偏远地区使用。
  (3)射频拉远基站采用室内/室外混合覆盖。适用于NodeB存在富余容量的情况下,使用远端射频模块可以避免因使用馈线而减少的3dB信号衰减。缺点在于要仔细核算基站的基带所能承载的处理能力,同时远端无线接入设备需要独立的传输和供电设备。SKT正在积极尝试该方法。SKT通过采用相当数量的基站耦合方式,利用光纤加干放拉远解决室内覆盖。
  (4)直放站(Repeater)加室内信号分布方式。在室外站存在富余容量的情况下,通过直放站(Repeater)将室外信号引入室内的覆盖盲区。适用于低话务量、室内面积较大、传播环境复杂、建筑物对室外无线信号屏蔽衰减很大的室内覆盖盲区使用。
  这4种覆盖系统有着不同的优缺点:使用微蜂窝基站可以增加系统容量,信号质量比较好,但安装周期较长,投资成本较高。使用宏蜂窝适用于郊区话务量较小的地方,覆盖范围大,投资成本低,但是某些建筑物屏蔽功能较强,信号很难渗透。使用直放站方式安装时间较短,投资成本较低,但是只适用于基站容量有富余的情况。因为直放站不能增加系统容量,而且万一控制不好容易对现有网络产生干扰。使用远端射频模块的优缺点与直放站基本类似,但是信号质量要比直放站好。一般而言,目前采用远端射频模块和直放站加室内分布系统方式相对普遍。
  综上所述,室内分布系统的信源选择需要综合考虑建筑物的覆盖、容量和周围网络环境等关键因素,一般应该遵循如下原则: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,这样可以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,优先选用射频拉远模块作为信号源。
  2.2 WCDMA室内覆盖实现应注意的问题
  随着3G网络在全世界范围内的铺开,运营商积累了越来越多的3G 网络建设和运营经验,同时也认识到室内覆盖在3G网络建设中是极其关键和重要的环节,越来越重视室内覆盖的建设。
  1.室内分布系统
  室内分布系统的基本方式有以下几种:一是无源分布方式、二是有源分布方式、三是光纤分布方式、四是泄漏电缆分布方式。
  2.信源和室内分布系统的综合选取
  对于信源与分布系统的选取,我们需综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信源方式等其他因素的影响,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。现就一般情况总结如下。
  (1)微型建筑物(6000m2以下)
  一般采用小功率直放站+无源分布系统。
  (2)小型建筑物(6000m2~12000m2)
  分为两种情况:如建筑物内部建筑结构单一,宜采用中功率直放站或微蜂窝+无源分布系统;如建筑物内部建筑结构复杂,则根据实际需要可采用小功率直放站+有源分布系统。
  (3)中型建筑物(12000m2~60000m2)
  一般采用微蜂窝+有源分布系统。
  (4)大型建筑物(60000m2以上)
  根据实际情况采用不同的分布系统类型,包括有源分布系统和光纤分布系统。如大型酒店和综合性楼宇,由于楼层较高宜采用微蜂窝或宏蜂窝+有源分布系统;大型会展中心由于楼层面积较大,宜采用微蜂窝或宏蜂窝+光纤分布系统。
  (5)特型建筑物
  对于超高型电梯宜采用定向天线分布或泄漏电缆分布系统。
  对于公路隧道,信源采用直放站,长度在1km以下的宜采用射频分布系统;长度在1km以上的宜采用光纤分布系统。
  对于铁路隧道,信源采用直放站,长度在200m以下的宜采用射频分布系统;长度在200m以上的宜采用泄漏电缆分布系统。
  对于城市地铁,信源采用蜂窝与直放站结合的方式,分布系统需结合有源分布系统和泄漏电缆分布系统进行覆盖,如地铁隧道和站台采用泄漏电缆分布系统,地铁入口采用天线分布系统。
  4.有源设备及无源器件的综合选取
  在室内有源分布系统中选取干线放大器时,需要遵循如下原则:
  (1)根据ALC功率选取合适的干线放大器在进行有源分布系统建设中,需根据建设规模和建设成本确定干线放大器的最大输出功率,中小规模的选取2W(ALC功率)的干线放大器;大规模的选取5W、10W(ALC功率)的干线放大器。
  (2)根据上下行增益选取合适的干线放大器干线放大器的最大增益应在35dB~40dB范围内,并且上下行增益需保持一致。
  (3)根据噪声系数选取合适的干线放大器在有源分布系统中,需考虑干线放大器上行噪声对信源的影响,选取的干线放大器的噪声系数需满足:上行噪声系数≤4dB,下行噪声系数≤6dB。
  5、无源器件的选取
  无源器件主要由耦合器、功率分配器、合路器、室内天线、馈线等无源器件及电缆和天线组成。如果无源器件兼容3G系统,无源器件的工作频率范围必须满足889MHz~2170MHz,否则需更换。考虑到WLAN系统的合路,故建议更换时采用的无源器件最好满足工作频率范围为885MHz~2500MHz。
  3. 覆盖目标不同时室内分布解决方案
  3.1、根据覆盖目标的不同,选取不同的WCDMA信号源
  (1)直放站。这种方案需要从源基站耦合信号,直放站本身不能提供容量,而是由与直放站连接的源基站提供室内覆盖所需的容量。无线直放站能够接收源基站的无线信号,并通过对源信号的放大来实现对于指定区域的覆盖。
  优点:无需传输资源,快速实现室内覆盖,并且方案的成本比较低。
  缺点:直放站本身不提供容量,不适应大容量的室内覆盖,直放站同时放大了噪声,影响信号质量。
  (2)微基站。它的特点是基站体积小,重量轻,支持220V交流供电,可以挂墙安装。
  优点:微基站体积小,功耗低,低成本设计,适合无机房条件的室内覆盖。并且微基站安装方便,应用方式灵活,建网速度快。
  缺点:微基站的容量和输出功率有限,要覆盖较大的区域,一是使用更多的微基站,导致成本增加;二是方案不增加微基站,由于覆盖范围大,导致射频馈缆的损耗增加,需要增加更多数目的干放,网络质量下降。
  (3)BBU+RRU。BBU+RRU的室内覆盖解决方案是分布式基站思想在室内覆盖中的体现,这种方案同时具有光纤分布解决方案的低成本,易施工的特性,又具备微基站方案易安装的优点,是首选的解决方案。
  3.2场景不同下室内分布解决方案
  在不同场景下的多系统共用室内分布系统合路有以下两种方案:
  (1)有源射频分布系统
  
  
  图(3-4)集中合路方式独立干线合路
  (2)POI射频分布系统
  
  
  
  图(3-5)收发同缆的POI合路
  
  
  图(3-6)收发分缆的POI合路
  综上所述,解决干扰的措施是采用隔离的方法,常用的方法是空间隔离、降低干扰源的功率和增加滤波器隔离。研究表明,两者共室内天线系统时避免互干扰的最小隔离度要求;两个系统共用室内分布式天线时,可以利用定制化双频合路器中的带通滤波器抑制系统间的干扰。同时需要借助网络优化手段,进行频点规划,避免三阶互调产物落入被干扰频段,来最大限度降低交调干扰。
  参考文献
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