3G室内分布系统改造思路与实施方案

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1、3G概述
　　1.1　3G的技术基础
　　目前国际电联（ITU）接受的3G标准主要有3种：WCDMA、cdma2000与TD-SCDMA。CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）是第三代移动通信系统的技术基础。CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。
　　1.2　三种标准介绍
　　三种标准制式的对比如表1所示。

表1　三种标准制式技术的对比

　　1.3　我国3G频段的划分
　　（1）核心工作频段
　　频分双工（FDD）方式：1920～1980 MHz/2110～2170 MHz共2×60 MHz。
　　时分双工（TDD）方式：1880～1920 MHz/2010～2025 MHz共55 MHz。
　　（2）补充工作频段
　　频分双工（FDD）方式：1755～1785 MHz/1850～1880 MHz共2×30 MHz。
　　时分双工（TDD）方式：2300～2400 MHz共100 MHz新频段。
2、中国联通3G升级的方向
　　中国联通公司目前有GSM与CDMA两张移动网在运行，在3G的升级中有3种可能：升级CDMA网络到cdma2000 1x EV-DO、升级GSM网络到WCDMA或两网均升级。下面将对最可能的两种分布系统升级方式进行探讨。CDMA与GSM网络升级方向如图1所示。

图1　中国联通CDMA与GSM网络升级方向

3、cdma2000分布系统升级方案
　　目前中国联通的CDMA网络升级到3G最快速、简便的方案是在800 MHz的频段内增加一个EV-DO载频。由于使用的仍是800 MHz频段，对天馈系统的各无源器件无需改造。分布系统中信源部分如果采用的是选频直放站，那么需要增加选频模块或选频设备；如果采用宽带直放站（联通现网大多采用宽带直放站），那么不需要增添额外的设备，但由于新增添了载波，在总功率不变的情况下每个载波的功率下降，对于部分地区可能出现升级后室内分布系统没有未升级时覆盖好的现象，可根据实际情况增添干放或者更换大功率设备。
　　如果CDMA网络升级时考虑使用2 000 MHz频率，天馈系统中不符合频段的天线和无源器件必须更换，而由于馈线的衰减可能增添有源设备，所以对信号衰减较大的馈线也必须更换，具体方案与GSM升级到WCDMA相同。
4、WCDMA分布系统升级方案
　　4.1　有源器件的改造
　　由于GSM室内分布系统向3G（WCDMA制式）的改造升级过程中，相当于重新建设一张网，所以需要增添大量的信源设备（如宏蜂窝、微蜂窝、直放站、RRU等）。除了在相应的GSM有源设备处增添WCDMA有源设备外，由于WCDMA信号的衰减比GSM信号严重，所以可能需要额外增添一部分WCDMA有源设备，这部分设备通过双频或三频合路单元与原系统连接。
　　4.2　无源器件的改造
　　中国联通已有GSM与CDMA网络，若兼容WCDMA系统，无源器件的工作频率范围必须满足800～2 170 MHz，再考虑到WLAN系统的合路，无源器件工作频率范围必须满足885～2 500 MHz。
　　以二功分器和10 dB耦合器为例，由表2可以看出，各类无源器件在不同频段下插入损耗是相同的，因此只要更换成相应频段的无源器件即可，不影响功率分配。

表2　不同频段下无源器件的插入损耗

　　4.3　馈线的替换
　　现有的GSM室内分布系统中所使用的馈线大多为8D、10D和1/2"馈线，它们的百米损耗如表3所示。

表3　不同频段下馈线的百米损耗

　　从表3可以看出2 000 MHz的损耗与900 MHz的损耗相差较大，在1.9 GHz以上的频率一般不采用8D和10D馈线，建议馈线改造按以下要求进行：
　　原有GSM分布系统平层馈线中长度超过10 m的8D/10D馈线均更换为1/2"馈线；主干馈线中不使用8D/10D馈线；原有GSM分布系统平层馈线中长度超过50 m的1/2"馈线均更换为7/8"馈线；主干馈线中长度超过30 m的1/2"馈线均更换为7/8"馈线。考虑到在进行馈线改造过程中对新增馈线与接头成本的控制，更换下来的1/2"馈线与接头可以用于更换8D/10D馈线。
　　4.4　天线口场强
　　（1）通过两网传播损耗计算
　　边缘场强=天线口功率+天线增益-20 m空间损耗-隔墙损耗
　　WCDMA网与GSM网的分布系统链路预算具体差别如表4所示。

表4　WCDMA与GSM分布系统链路损耗对比

　　从表4及边缘场强计算公式可以得出两种网络的天线口功率差：
　　天线口功率差=-7 dB（20 m空间损耗差）+10 dB（边缘场强差）-7 dB（隔墙损耗）=-4 dB所以WCDMA的天线口功率要比GSM网络少4 dB。GSM室内天线最大发射功率≤+15 dBm，则WCDMA的天线口功率≤+11 dBm。
　　（2）通过最小耦合损耗计算
　　MCL（Minimum Coupling Loss，最小耦合损耗）是由WCDMA设备厂家提出的，定义了基站和手机的发射部分、接收部分之间最小的耦合损耗。
　　MCL的值由两部分组成：手机到天线的自由空间损耗和天线到基站接收机的天馈系统损耗。假如MCL损耗过小，则手机到达基站侧的功率就过大，会增加整个扇区的底噪声，造成干扰。
　　假设最小耦合损耗为45 dB，从图2可以看出，它引起了约9 dB的噪声抬高，这意味着基站端所需要的功率升高9 dB，或者保证服务的最小能噪比的降低。当MCL高于65 dB时，由UE最小发射功率所引起的噪声电平的抬高将忽略不计。

图2　MCL对基站底噪的影响

　　若MCL≥65 dB满足系统要求，假设基站发射导频功率为33 dBm，由于
　　MCL=38.5 dB（自由空间损耗）+（33 dBm-天线口功率）（天线到基站的链路损耗）
　　所以，天线口功率≤6.5 dBm。
　　由此可知，WCDMA的天线口功率要比GSM的小，应控制天线口功率在7 dBm以下。
　　4.5　方案设计原则
　　要达到3G数据业务的高服务等级，对信号的质量要求很高。而WCDMA在2 000 MHz频段时，信号的空间损耗和隔墙损耗等都将增加，同时天线口功率又要控制在7 dBm以下，这样就要求增加天线的数量。天线不仅要在数量上增加，还要改变布放的方式，由于隔墙损耗的增加，在走廊内安装天线将无法覆盖房间内及窗口等区域，所以在WCDMA的分布系统中，要达到高速率的数据业务，在星级酒店及大型写字楼的覆盖天线要安装到房间内，商场、会展中心、候机楼等宽敞且没有阻挡的室内区域天线要通过增加密度对抗空间损耗。
　　4.6　改造实例
　　2006年，沈阳联通对万豪、喜来登酒店进行了3G改造试点。下面以万豪酒店和中兴大厦为例具体说明一下不同类型站点的3G改造策略。
　　（1）万豪酒店改造实例
　　原分布系统天线布放在走廊内，3G改造后天线进入房间以保证房间内的信号强度可以达到高速数据业务要求。由于万豪酒店是五星级饭店，所以本次改造充分考虑了每个房间的业务需求，每层天线由7面增加到28面。天线的增多带来有源设备的增加或有源设备功率的增加，资金投入也随之增加，万豪酒店的整体改造投资人民币70万元。对于五星级酒店建议重点投入，做到真正的全覆盖，而对于其他星级酒店可针对实际环境酌情处理。
　　（2）中兴大厦写字间部分改造实例
　　在3G频段内信号穿墙损耗要比2G频段内大7 dB，对于写字间的覆盖建议在窗口架设定向吸顶天线向内覆盖，对于面积大的房间要每间放1面天线，小面积的房间最多每隔一个房间放置1面天线。中兴大厦写字间的改造前后平面结构如图3、图4所示。中兴写字间房间较大，最初2G覆盖时天线已经布置在房间内，3G改造将天线数量增加并采用了窗口定向天线，这样能更好地对抗室外信号使室内Ec/Io更纯净。在沈阳联通其他写字楼的覆盖中，大多数天线只架设在走廊内，在改造中数量和位置都将有较大变动，投资也将较多，但与酒店、写字楼相比，由于房间较少，所以天线布置总量也相对较少，总体投资也要少一些。

图3　中兴大厦写字间部分改造前覆盖平面布局

图4　中兴大厦写字间部分3G改造后平面布局

　　（3）中兴大厦商场部分改造实例
　　中兴大厦商场部分原有分布系统天线的布放较少只有14面，在3G频段信号空间损耗比2G频段大7 dB，在改造方案中大大增加了天线的密度，由每层14面增加到每层32面。由于商场空间开放，信号损耗比酒店写字间要小，总体增加的天线数量也较少，所以3G改造的成本要低一些。
5、结束语
　　综上所述，中国联通将现有800 MHz CDMA网络升级到3G网络的过程中，如果不考虑使用2 000 MHz的频段，整个升级过程将主要的是软件部分和信源部分的升级，室内分布系统在升级过程中改动较小，可以随着整个网络的升级而迅速升级到3G网络。而现有的900 MHz GSM网络升级到3G网络的过程中，需要增添很多设备，室内分布系统面临很大的改动。对于CDMA/GSM合路覆盖的室内分布系统，如果两张网均升级，则与单GSM网升级方案一样，室内分布系统需要做较大改动。
　　在实际工程中应根据楼宇的实际功能、3G业务的需求和原有2G分布系统的建设情况来综合分析，在能满足业务需求的情况下，应尽可能地利用原有分布的器件和馈线，减少3G改造的投资成本。