基于GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造探讨

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摘要　文章对现有GSM室内分布系统进行TD-SCDMA改造的关键问题进行了分析，提出了相关设计流程和技术指标建议，以及小型无源、中型无源和大型有源三种典型GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造方案。
1、前言
　　统计数据显示，70%的移动通信话务发生在室内；同时，3G高级业务也大都发生于室内。因此，良好的室内覆盖，是提高服务等级、发展客户、提高营运收入的关键，也是决定3G成败的重要因素。TD-SCDMA作为全球三大3G标准之一，室内覆盖将是其业务竞争的一个制高点。
　　在已有GSM室内分布系统基础上进行TD-SCDMA改造，是一种既节省投资又能够快速实现建网的TD-SCDMA室内覆盖建设方法，是当前TD-SCDMA网络建设的研究热点之一。
2、基于GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造分析
　　2.1　室内分布系统改造的一般原则
　　室内分布系统的改造需要考虑新老系统间的功率匹配、干扰，以及对原系统器件和天馈的利旧问题。因此，一般而言，室内分布系统的改造都要遵循以下原则：
　　（1）性能优先
　　◆确保原有室分系统在改造后能达到覆盖效果。
　　◆确保原有网络在改造后不受新室分系统干扰。
　　◆确保新室分系统的覆盖、质量和容量。
　　◆确保原有室分系统不干扰新的室分系统。
　　（2）利旧
　　◆尽量利用原有室分系统的设备、器件和天馈，控制改造成本。
　　◆尽量采用原有室分系统的设计思路。
　　2.2　TD-SCDMA改造的关键问题
　　（1）功率匹配
　　GSM和TD-SCDMA的频段差异如表1所示：

表1　GSM与TD-SCDMA工作频率比较

　　由于TD-SCDMA系统与GSM系统的工作频段差异，导致两系统的空间损耗存在较大差距。根据自由空间路径损耗计算公式：
　　L=32.45+20logf(MHz)+20log D(km)
　　其中，D为传输距离，f为电波频率，可推算两个系统的空间损耗差为：
　　△L=20log2020-20log900≈7dB
　　因此，同等距离TD-SCDMA系统的空间损耗比与GSM系统大7dB左右。同时，由于频段差异，TD-SCDMA系统与GSM900系统的馈线损耗也存在差别，对于1/2"馈线，900MHz频段的损耗约为7.5dB/百米，而在TD频段的损耗约为12dB/百米；对于7/8的馈线，900MHz频段的损耗约为4dB/百米，而在TD频段的损耗一般为7dB/百米。
　　因此，对GSM室内分布系统进行TD-SCDMA改造时，应根据实际情况，精心选择合路位置，并进行合理的功率分配，以保证各系统的边缘场强要求。
　　（2）系统间干扰
　　由于TD-SCDMA系统和GSM900系统的工作频段间隔较远，邻频干扰的影响可以不考虑；另一方面，由于实际系统中很难将互调噪声和杂散噪声严格区分，按照惯例，这里将互调也归入杂散噪声一类。
　　对于杂散干扰，需要采用满足隔离度要求的合路器来解决。计算得知，GSM/TD-SCDMA共享室内分布系统中合路器的隔离度要求的典型值为60dB。在GSM/TD-SCDMA的频率间隔内，实现隔离度为60dB同时保证较小的带内插损（≤0.6dB）的合路器是不难做到的。目前大多数厂家都能提供GSM 900/TD-SCDMA端口间隔离度≥80dB。
　　（3）其他问题
　　出于室内传播环境和工程上的考虑，智能天线未引入到TD-SCDMA室内分布系统覆盖中。因此，TD-SCDMA室内分布系统中业务信道没有智能天线赋形增益；同时，由于没有采用智能天线技术，不能实现接力切换，当用户由室内分布区域向室外覆盖区域移动时发生硬切换。
　　另外，若原GSM室内分布系统的电梯是采用八木天线覆盖时，由于八木天线自身结构限制无法在宽频范围内使用，在TD-SCDMA改造中应更换为宽频板状天线。
　　2.3　TD-SCDMA改造的设计流程
　　在原有GSM室内分布系统基础上进行TD-SCDMA改造，主要包括更换宽频器件（当原有GSM系统为窄频系统时）、确定TD-SCDMA系统合路的位置、确定TD-SCDMA系统主干路由、根据需要增加天线或调整天线位置，以及相应增加器件等工作内容。可以按以下步骤来设计：
　　（1）收集原有GSM室内分布系统的设计图纸，包括系统结构、天馈线分布等。
　　（2）现场勘察，核实原有GSM室内分布系统与设计图纸是否相符、核查原有GSM系统的器件和天线是否为宽频（即是否满足TD-SCDMA系统的频段要求）、确定需要增加或调整天线的位置、掌握TD-SCDMA可能的合路位置的安装条件及主干路由情况等。
　　（3）根据需要，修正原有GSM设计图纸与现场不符的情况。
　　（4）根据需要，将窄频器件和天线更换为支持TD系统的宽频器件和天线。
　　（5）根据需要，增加天线或调整天线的位置。
　　（6）选择标准层进行功率预算，确定TD-SCDMA系统的最佳合路位置及主干路由。
　　（7）进行系统功率计算，得到TD-SCDMA改造方案。
　　2.4　TD-SCDMA改造工程技术指标建议
　　根据测试情况，基于GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造工程的技术指标建议如下：
　　（1）基本覆盖指标建议
　　◆区域覆盖概率＞=95%。
　　◆PCCPCH RSCP＞=-85dBm（CSD 64）。
　　◆PCCPCH C/I＞=-3dB。
　　（2）泄漏指标建议
　　◆室内信号在室外10米处的外泄电平PCCPCH RSCP＜=-95dBm。
　　◆泄漏电平满足：室内信号外泄电平-室外信号电平＜=-10dBm。
　　（3）天线口输出功率建议
　　◆天线口PCCPCH信道功率为3dBm～10dBm。
　　◆在地下车库、商场等较开阔环境中，天线口功率可以适当降低，建议3dBm～5dBm。
　　◆住宅、酒店、写字楼等多隔断环境中，天线口功率可以适当提高，建议5dBm～10dBm。
　　◆另外，对于天线确实比较稀疏（如天线间距超过三四十米以上）而又因施工难度大不能增加天线的情况下，也可以适当提高天线口功率，保证良好覆盖。
　　（4）天线覆盖半径建议
　　◆在较开阔环境中，如商场、停车场等，覆盖半径取8～15米。
　　◆在多隔断的情况下，如宾馆、夜总会等，覆盖半径取6～10米。
3、GSM室内分布系统TD-SCDMA改造典型设计方案
　　现有GSM室内分布系统按照规模大小及是否使用了有源器件可分为小型无源系统、中型无源系统和大型有源系统。下面将针对此分类，提出三种典型的GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造方案。
　　3.1　小型无源系统
　　小型GSM室内分布系统，多采用微蜂窝、直放站作信号源，使用无源室内分布系统覆盖。此类GSM室内分布系统在进行TD-SCDMA室内分布系统改造时，可直接在原有GSM室内分布系统的信号源处合路，完全利旧原有GSM分布系统。如图1所示：

图1　小型无源系统改造方案

　　3.2　中型无源系统
　　中型GSM室内分布系统采用微蜂窝或宏蜂窝设备作信号源，通常也只需要使用无源室内分布系统覆盖。此类系统在进行改造时，若直接在GSM系统信号源处合路，会由于馈线损耗过大而无法满足TD-SCDMA系统天线口输出功率的指标要求。因此，需要另外选择合适的合路位置，并新增TD-SCDMA主干。如图2所示：

图2　中型无源系统改造方案

　　3.3　大型有源系统
　　大型GSM室内分布系统，采用宏蜂窝设备作信号源，且通常使用有源室内分布系统覆盖。此类GSM室内分布系统在进行TD-SCDMA室内分布系统改造时，有两种方案可选：
　　（1）方案1：在GSM干放之前合路，然后在GSM干放处使用宽频分路器把GSM和TD-SCDMA信号分开，通过各自的干放进行信号放大，再通过宽频合路器进行合路。如图3所示。

图3　大型有源系统改造方案1

　　（2）方案2：新建TD-SCDMA主干，使用TD-SCDMA干线放大器将TD-SCDMA信号放大，然后在GSM干放之后与GSM合路。如图4所示：

图4　大型有源系统改造方案2

4、结束语
　　3G业务分布特点，以及TD-SCDMA频段特性，使TD-SCDMA室内分布系统在网络建设中至关重要。而TD-SCDMA室内分布系统建设将会以改造现有GSM室内分布系统的方式为主。本文提出的相关设计流程和技术指标建议，以及三种典型GSM室内分布系统的TD-SCDMA改造方案，对当前TD-SCDMA室内分布系统设计具有一定的参考意义。