TD-SCDMA室内分布系统设计分析

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　　对于移动通信网络，室内分布系统是非常重要的组成部分。运营商大量使用室内分布系统来解决高端客户聚集的密集城区覆盖问题，其性能的好坏将直接关系到运营商的客户体验及其收益。所以，未来TD-SCDMA要单独组网，必须提供能够满足运营商要求的室内覆盖解决方案，同时，TD-SCDMA的室内覆盖方案要考虑如何充分利用楼宇内现有的2G和其他3G制式的室内分布系统，帮助采用TD-SCDMA制式的运营商快速、经济地完成楼宇内的覆盖，及时抢占高端客户资源，提升运营商的品牌形象。
　　为了使TD-SCDMA系统室内分布在与其他系统CDMA、GSM、PHS室内分布竞争中不再处于不利地位，TD-SCDMA在室内覆盖时，一贯采取脱离智能天线而单独使用各路SWIPA（Switchand Power Amplifer）单元及常规的室内天线，仅仅通过楼层来实现用户间的定位和隔离，依赖联合检测算法及性能来满足干扰抑制及覆盖、容量问题。这样，TD-SCDMA室内分布便可与现有室内分布系统共用，信号源也具备不同的设备类型，如宏基站、微蜂窝、直放站和射频拉远等。但由于原CDMA、GSM工作在825MHz～960MHz，而TD-SCDMA工作在2GHz，线缆等损耗明显不同，每栋楼宇会有不同的整改方案。
　　为了系统性地说明TD-SCDMA室内分布系统的设计及相关准则，下文拟从TD-SCDMA室内话务量的估算、信号源的选取、室内外信号泄漏分析，以及TD-SCDMA与其他系统共用室内分布系统等几方面来阐述。
TD-SCDMA室内话务量的估算
　　如同室外网络一样，室内环境下也需要考虑用户的数量和支持的业务，由于运营商熟悉当地详细情况，用户数量和支持的业务一般由运营商提供。但如果运营商不能提供用户的数量和支持的业务时，可以根据以下经验、方法来估算TD-SCDMA室内用户的规模。
　　在各类大型建筑中，楼宇的主要功能决定了楼宇内所分布的人群种类，各类不同的目标人群手机拥有率和使用率也不尽相同。室内分布系统的主要建设对象是室内信号覆盖差、话务量大、对通信质量要求高的大型建筑。工程建设对象主要分为以下几类：政府办公大楼（对通信质量要求高）；大型企事业单位大楼（对通信质量要求高）；商场、超市（话务量大）；宾馆、酒店（室内信号覆盖差）；高档写字楼和公寓（室内信号覆盖差，话务量大）；会展中心（话务量大）。
　　在对室内用户进行分析时，因为用户行为的差异性，必须对楼宇内不同的功能区域作出不同的估算，然后相加，得出整栋楼宇的用户规模。但需要注意的是，用户规模与运营商的市场占有率相关。
　　对于不同的室内场所，如写字楼、超市、宾馆等，可以根据各自的建筑面积，按照建筑面积与人员的比例关系来估算室内用户总数，即室内用户总数=建筑面积×楼宇的实用面积比例×占有比例×手机拥有率。TD-SCDMA室内分布系统信号源的选取
　　信号源的种类
　　室内分布系统由信号源和室内覆盖系统组成。按照目前TD-SCDMA设备研发进度，截至目前，TD-SCDMA室内分布系统的信号源有宏基站、微蜂窝、射频拉远和直放站等几种。
　　1）宏蜂窝
　　基于宏基站的稳定性和覆盖能力，宏基站一般用来搭建网络的框架。在有宏基站的大楼需要进行室内分布的情况下，如果宏基站的容量足够，可以考虑利用宏基站的一个扇区来进行室内分布。
　　2）微蜂窝
　　微蜂窝主要特征为：传输功率低，目前可提供10mW～100mW；也可以高达1W、2W；一般安装在建筑物上，无线传播受环境影响大；体积小、安装方便灵活。微蜂窝可以作为宏蜂窝的补充和延伸。微蜂窝的应用主要有两方面：提高覆盖率，应用于一些宏蜂窝很难覆盖到的盲点地区，如地铁、地下室；提高容量，主要应用在高话务量地区，如繁华的商业街、购物中心、体育场等。微蜂窝在作为提高网络容量的应用时一般与宏蜂窝构成多层网。宏蜂窝进行大面积的覆盖，作为多层网的底层；微蜂窝则小面积连续覆盖叠加在宏蜂窝上，构成多层网的上层。微蜂窝和宏蜂窝在系统配置上是不同的小区。微蜂窝在初期一般是零散地分步在热点地区，话务量比较集中，覆盖面积较小，对容量的提高有限。
　　3）射频拉远
　　射频拉远是把基站的射频单元和基带单元分离，一个基带单元可以通过光纤连接多个射频单元，射频单元根据需要可以放置在各种地方，实现灵活的覆盖方式。这样，射频拉远就可以把基站进行单元分离，将射频单元拉远到有利地形，解决特殊地区的覆盖。射频拉远单元采用多通道覆盖方式较好地规避了单通道内部信号之间的干扰问题，提高室内覆盖和室外信号效果。整个NodeB系统可以分成远端射频模块和本地基站。
　　4）直放站
　　直放站（Repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式，主要应用在对容量要求不是很高的场所，如一些中小商场、餐厅等。直放站主要应用场合有以下几种：扩大服务范围，消除覆盖盲区；在郊区增强场强，扩大郊区覆盖；沿高速公路架设，增强覆盖效率；解决室内盲区覆盖；实现疏忙。
　　安装直放站时，天馈线系统的选择非常重要。应该注意的问题有以下几点：天线的增益，应根据具体的信号情况以及覆盖的需要，选择合适的增益；天线的方向性，由于直放站属于同频中继系统，所以不能采用全向天线，否则可能引起系统自激。施主天线的主瓣宽度应该尽可能窄，以减少躁声的引入；施主基站的选择，应该选择信号质量好的基站作为馈入源，并且保证基站容量有足够的富余，否则将引入拥塞；需要注意控制引入直放站带来的导频污染。
　　根据站点的用户数和业务需求计算室内覆盖站点的容量需求，结合信号源的容量指标，考虑周围基站的容量忙闲情况，采用相应的信号源，达到信号源的合理利用。
室内外信号泄漏分析
　　在进行无线网络建设时，信号泄漏控制是是需要认真考虑的。由于TD-SCDMA是自干扰系统，严重的信号泄漏会对网络质量造成很恶劣的影响。在存在室内分布系统的建筑物中，主要考虑室外信号对室内的泄漏问题和室内信号对室外的泄漏问题。
　　室外信号对室内的泄漏分析
　　室外信号向室内泄漏的情况，可以有两种不同的解决方案：
　　1）利用室外宏基站解决
　　对于应用场所的室内纵深比较小、楼宇高度不高于周围楼群的平均高度的情况，可以考虑让室外基站直接达到室内信号覆盖。由于室外宏基站信号具有的信号强的特点，经过建筑物的穿透损耗后还能够达到对室内的覆盖，依靠室外基站的穿透力，解决了大量的建筑物内部信号覆盖。
　　这种覆盖方法也最经济，也是在网络建设时，选择室外宏基站时需要特别注意的。
　　2）建设室内分布系统解决
　　对于应用场所室内纵深比较大，楼宇高度比周围楼群的平均高度高5层左右，或者像地下室之类的室外信号很难达到的地方，分析如下：
　　在有墙壁阻挡的区域，室外信号对室内信号的影响较小；而在只有玻璃阻挡的情况下，室外信号将对室外窗户附近的信号产生较大影响，导致窗户附近成为切换区域，可能导致经常发生切换。此时可以：（a）进行室外基站优化，保证室内窗户附近使用的是室内信号；（b）在窗户附近区域增加天线，提高室内信号强度，重新使用成为主导频信号。
　　但需要注意的是，室外信号在室内形成的乒乓切换区如窗户附近的区域，由于室内分布站址周围存在多个室外基站，这种室内乒乓切换区域是会存在的，需要在站点勘察时认真考虑，如果有必要可以适当进行室外基站的优化，减少室内乒乓切换的强烈影响。
室内信号对室外的泄漏分析
　　对于室内信号向室外泄漏的情况，根据不同的场景采用不同的控制方法。在同一个高层中不同高度的信号泄漏造成的影响将有所区别：
　　在中高楼层，室内信号主要从窗户口向外泄漏，由于高层窗外主要是空中，虽然存在切换区，一般来说没有用户，所以影响较小。
　　在这里需要注意的是：室内分布天线通过走廊或者玻璃，信号能够直接泄漏到室外，而正好室外相应的区域是产生话务的地方，就会产生高层室内信号对于室外的干扰。在这种情况下，需要针对室内的天线进行优化，利用楼层的天然阻挡，确保高层室内信号不对室外造成干扰。
　　而对于低楼层，发生信号泄漏的主要是从大厅、地下室等处经窗户和出口处泄漏到室外，而这种泄漏会增加不必要的室内外切换，使网络服务质量下降。相对于高层而言，中低层的信号泄漏造成的影响较大。
　　对于中低楼层的信号泄漏，主要通过调整信号发射功率、优化切换参数等手段进行优化和控制。但要从根本上进行控制则必须在进行室内分布系统设计规划时就进行考虑，一方面要确定该建筑的实际建筑穿透损耗，另一方面对切换区进行合理规划设计，对室内天线位置和发射功率进行合理规划。如果必要，可以采用信号收发系统模拟测试，从而更准确地设计室内天线，控制室内信号泄漏。
　　一个总的原则是：室内在室外形成的乒乓切换区域。这个区域主要发生在大楼的室外区域，进行室内信号规划时就要考虑到室内信号对室外的影响，在室内信号性能测试时，需要针对大楼周围的室外区域进行信号路测，确保室内对室外信号的泄漏影响是在控制范围之内的。
TD-SCDMA与其他系统共用室内分布系统
　　可行性分析
　　在TD-SCDMA室内分布的实际设计中，为了最大限度地降低投入成本，希望能够利用现有的室内分布来实现室内覆盖。设计中完全共用无源的同轴分布系统中的电缆、耦合器、功分器以及室内天线。但是系统是不相关的，共用室内分布系统会带来相互之间的干扰，系统对射频测试性能指标要求不一致，所以无法共用有源干线放大器部分。
　　我们知道，如果TD-SCDMA在室内覆盖时，必须使用智能天线而无法使用常规的室内天线，那么所有的TD-SCDMA室内分布系统都需要重新建设，其建设成本和维护成本将远高于其他制式。为此，TD-SCDMA采取了脱离智能天线而单独使用各路SWIPA（Switch and Power Amplifer）单元及常规的室内天线，仅仅通过楼层来实现用户间的定位和隔离，依赖联合检测算法及性能来满足干扰抑制及覆盖、容量问题。这也是为了能够与现有的室内分布系统共存。最新的实际测试表明，这种共存是可行的。
注意事项
　　共用室内分布系统需要注意一些问题：要求原有的室内天馈系统是宽频带的，能够适用共用系统的工作频段，否则需要更换达到共用；要保证原有系统具备良好的扩展性，便于共用后能够达到与原系统同等的覆盖效果。
　　从干扰角度来分析，TD-SCDMA与现有其他室内分布系统共存时，还会碰到一些问题。如TD-SCDMA目前使用的频点是2010～2025Mhz，距离CDMA2000和GSM1800的频点的距离都比较远，关系不大。而TD-SCDMA的NodeB的杂散设计都考虑了和其他系统共用时的要求。直放站和干放的杂散的测试结果也能够达到和其他系统共址时的要求，目前共用室内分布系统存在的最大问题是TDD的1880～1920Mhz与PHS的1893.5～1919.6MHz频率相重，在这种情况下，两者只能够取其一。
　　实际上，当TD-SCDMA与其他室内分布系统共存时，在TD-SCDMA的信号合路输入室内分布系统的时候，一般还会加上一个滤波器，这个滤波器将进一步降低其杂散。
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　　TD-SCDMA室内分布技术目前更多地只是停留在理论层面，目前最新的进展体现在几大运营商的试验网中。由于TD-SCDMA在室内采取吸顶天线，不具备赋形及定位功能，所以这方面的内容不再表述。本文只是通过详细介绍TD-SCDMA室内话务量的估算、室内分布系统信号源的选取、室内外信号泄漏分析，以及TD-SCDMA与其他系统共用室内分布等几方面的内容，对TD-SCDMA室内分布的应用给出了部分指导意见。剩下的问题是，需要与运营商沟通，确定不同地段、不同区域、不同楼宇用户的分布情况，进而有针对性地布线实施。
　　TD-SCDMA设备仍然处在研究发展当中，信号源也许会出现新的种类和设备，但技术原则和选取方式仍是万变不离其宗。