小灵通室内分布系统建设探讨

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1、概述
     （1）问题的提出
     由于建筑物对无线信号的衰减大；小灵通基站和手机的发射功率均较低，形成了较多的室内弱场强区甚至盲区。例如，建筑物高层空间易产生无线频率干扰，语音质量难以保证；在一些大型商场、会议中心、商业写字楼，由于话务量较高，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道易产生拥塞现象。
     （2）现有解决方法及弊端
     在引入室内分布式系统之前，解决大型建筑物的信号覆盖通常有安装室内基站或室外定向基站两种办法。这两种方法均存在切换频繁、成本高、干扰和盲区多等缺点。
     （3）分布系统的概念和系统构成
     室内分布系统由信号源和分布系统两部分组成。小灵通基站是室内分布系统的信源，提供覆盖区域所需的话务量；分布系统由干线放大器、合路器、电桥、功分器、耦合器、天馈线等组成，负责把信源信号均匀传递到室内各个角落。为有效保护投资，近几年引入了一体化覆盖系统，可将不同系统的信号合并到同一条线缆传输，通过几种系统的共用来降低室内综合布线的成本。
2、室内分布系统设计需考虑的问题
    小灵通室内分布系统的规划设计需要综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信号源方式等的影响，达到既满足覆盖要求又合理控制成本的目的。以下几方面是规划设计的难点和重点。
    2.1　电磁环境
    高层建筑的电磁环境复杂。建筑物低层由于受周围建筑物遮挡，信号很弱，地下车库、地下商场等区域信号衰减更大；建筑物中层可以收到来自周围多个基站的信号，这些区域信号重叠严重，如果缺少占主导地位的基站信号，系统会产生频繁的切换，乒乓效应严重；建筑物高层由于存在较多同频、邻频干扰，造成该区域电磁环境恶化；个别甚高层可能产生孤岛效应，形成通话盲区。建筑物周围环境对室内信号场强也会产生影响：如植被对电磁波有一定的吸收作用，信号穿透植被时会有较大衰减。
    2.2　话务量预测和信源的选用
    小灵通室内分布系统的建设主要有两个目的，一是充分吸收话务量，二是解决信号盲区和干扰问题。话务量预测是表征方案合理可行的重要依据，对建设室内覆盖系统有较大影响。预测太小会导致话务量吸收不充分，基站所提供的载频不能满足需求，忙时无线信道拥塞，呼损率变高；预测太大则会引起信源资源的浪费。信源的选择需要综合考虑潜在的话务需求和室外基站的话务余量，一般采用单基站或组控基站。对一些大型建筑物，信源由多个基站组成，这涉及到室内分布系统的分区问题。随着话务量的变化，必须及时调整小区以满足要求。通过合理分区，可充分吸收建筑物内的话务量，降低建设成本。
    2.3　系统兼容性
    PHS同3G、WLAN共址是一项重要课题。为同时满足3G和WLAN的要求，设计方案要充分考虑室内分布系统的可扩展性，包括器件频段、天线数量、天线位置等因素，为多系统的接入建立综合平台，避免后期扩容建设中的重复投资。由于三网融合会引入合路损耗，所以系统设计时应结合不同环境的实际情况预留相应的合路电平，以免在三网合一时影响小灵通系统的正常运行。另外，要重点解决3G、WLAN和PHS的相互干扰问题，确保后期三网能有效共存。
    2.4　室内覆盖信号的泄漏问题
    在室内覆盖系统中，为了减少切换，应保证每个天线口的输出功率。但在建筑物的低层，如果阻挡较小（如玻璃幕墙），就很容易使室内信号外泄。如果室外信号小于室内信号或二者相差无几，可能会使室外用户占用室内基站信号，增加室内基站的话务量，或室外用户通话频繁切换。为避免室内信号的外泄，可在建筑物低层（如大楼1～3层）靠近窗外的部分采用定向吸顶天线，将定向吸顶的主瓣方向对准室内中心区域，以保证室内分布系统的服务质量。
    2.5　同步问题
    有的建筑物外墙屏蔽性强，信号穿透损耗大，或者建筑物周围基站距离较远。在这种情况下，由于难以捕获室外基站信号作为同步基准，室内分布系统的基站就会出现同步困难。可采取以下措施实现室内分布系统的同步。
     （1）GPS同步
     该方式采用单独的GPS接收模块直接从室外接收GPS信号，从中提取同步信号，使室内分布系统同步。该方式同步精度高且级别高，不受室外其他基站同步情况的偶然性影响，但系统复杂，造价较高。
     （2）与室外强信号基站同步
     该方式适用于室外有强信号渗透的情况。在渗透区域设计一组室内天线，将收集的室外基站信号作为同步基准，实现室内分布系统的同步。该方式系统造价低、易实现，但系统受室外基站工作稳定性的影响较大且同步级别较低。
     （3）专用同步支路同步
     在室内分布系统的适当位置采用大衰减值的耦合器耦合出一路弱信号延伸到室外，连接高增益定向天线和室外基站同步。室内系统耦合出来的弱信号在室外会很快衰落，对室外的电磁环境基本没有不良影响；而采集到的同步基准信号相对较强，能够满足室内分布系统的同步需求。该方式系统造价低、易实现，且同步效果较好。
    2.6　多径效应
    多数建筑物室内间隔较多，墙面、天花板和地面的反射使信号产生多径传输，而终端通常只能收到1～2个室内分布系统的天线发出的信号，因此多径效应明显。目前，小灵通普遍采用天线阵的空间分集方式，但由于室内分布系统的信源基站无法实现分集接收，当其下行链路场强为45 dBμV时，上行链路仅为35 dBμV左右。在实际工程中，一般按照边缘场强为45 dBμV，其他区域的场强＞50 dBμV的标准进行设计，预留约20 dB的保护电平，以抵消多径效应的影响。
3、系统间干扰分析
    WLAN与小灵通系统已共网平稳运行多年，不需进行网间杂散干扰分析。以下将对PHS系统与TD-SCDMA（WCDMA）系统的合路进行杂散干扰分析。多系统合路首先需要对系统间干扰进行控制，增加频带隔离和系统隔离度，避免因互相干扰而导致系统整体性能下降。
    3.1　小灵通对TD-SCDMA系统的杂散干扰分析
    小灵通标准STD-28第三版规定小灵通基站的带外杂散电平为2.5μW/MHz，即-26 dBm/MHz，则落入TD-SCDMA载波带宽内的功率为：
    -26 dBm/MHz+10lg(1.6/1)=-24 dBm/1.6 MHz
    一般要求落入接收机上行接收口的杂散干扰必须小于接收机背景噪声10 dB，那么TD-SCDMA接收机的背景噪声为：
    10lgKBT=-112 dBm/1.6 MHz
    因此，落入TD-SCDMA接收机的杂散必须小于122 dBm/1.6 MHz。
    通常小灵通和TD-SCDMA双频合路器的端口间隔离度为90 dB，则小灵通信源杂散信号进入TD-SCDMA接收机的强度为：
    -24 dBm-90 dB=-114 dBm＞-122 dBm
    因此，在这种情况下，必须在小灵通信源（含干线放大器）输出端口串接一带外抑制至少为8 dB的滤波器，一般建议采用15～20 dB的滤波器。
    3.2　TD-SCDMA对小灵通系统的杂散干扰分析
    根据《TD-SCDMA第三代移动通信标准》，TD-SCDMA基站的带外杂散电平为-43 dBm/3.84 MHz，则落入小灵通载波带宽内的功率为：
    -43 dBm/MHz+10lg（300 kHz/3.84 MHz）=-54 dBm/300 kHz
    小灵通接收机的背景噪声为：
    10lgKBT=-119 dBm/300 kHz
    则落入小灵通接收机的杂散干扰必须小于-129 dBm/300 kHz。
    通常，小灵通和TD-SCDMA双频合路器的端口间隔离度为90 dB，则TD-SCDMA信源杂散信号进入小灵通接收机的强度为：
    -54 dBm-90 dB=-144 dBm/300 kHz＜-129 dBm/300kHz
    可见满足隔离度要求，能保证TD-SCDMA基站信号不会干扰小灵通系统。
    3.3　小灵通对WCDMA系统的杂散干扰分析
    小灵通基站的带外杂散电平为-26 dBm/MHz，则落入WCDMA载波带宽内功率为：
    -26 dBm/MHz+10lg（5/1）=-19 dBm/5 MHz
    WCDMA接收机的背景噪声为：
    10lgKBT=-107 dBm/5 MHz
    则落入WCDMA接收机的杂散干扰必须小于-117 dBm/5 MHz。
    由于小灵通与WCDMA上行频率相邻，小灵通和WCDMA双频合路器的端口间隔离度最大为期dB，小灵通信源杂散信号进入WCDMA接收机的强度为：
    -19 dBm/5 MHz-30 dB=-49 dBm＞＞-117 dBm/5 MHz
    可见，当小灵通工作在1900～1920 MHz，WCDMA上行工作在1920～1980 MHz时，双系统合路共用天馈方式不可行。
    为使双系统合路可行，必须采取适当措施。第一步，压缩小灵通与WCDMA频段，加大小灵通与WCDMA的频率间隔，增加合路器端口间隔离度。第二步，在小灵通输出端口串接滤波器，抑制小灵通杂散发射。
    如压缩小灵通频段至1900～1910 MHz，小灵通与WCDMA上行频段间有了10 MHz的频率间隔，双系统合路器的端口隔离度可以达到70 dB，滤波器带外抑制指标超过45 dB，则小灵通信源杂散信号进入WCDMA接收机的强度为：
    -19 dBm/5 MHz-45 dB-70 dB=-134 dBm/5 MHz＜-117 dBm/5 MHz
    可见，采取以上措施后，可保证小灵通基站信号不会干扰WCDMA上行基站信号。
    3.4　WCDMA对小灵通系统的杂散干扰分析
    WCDMA系统规范（3GPP TS 25.106 V5.3.0）规定，基站落在小灵通频段的杂散电平＜-41 dBm/300 kHz。
    小灵通接收机的背景噪声为：
    10lgKBT=-119 dBm/300 kHz
    则落入小灵通接收机的杂散干扰必须＜-129 dBm/300 kHz。
    当小灵通工作在1900～1910 MHz，WCDMA上行工作在1920～1980 MHz时，小灵通和WCDMA双频合路器的端口间隔离度可达到70 dB，小灵通基站后串接的滤波器对WCDMA上行频段的抑制度超过45 dB，WCDMA信源杂散信号进入小灵通接收机的强度为：
    -41 dBm/300 kHz-70 dB-45 dB=-156 dBm/300 kHz＜＜-129 dBm/300 kHz
    可见，经过干扰协调后，可保证WCDMA上行基站信号不会干扰小灵通系统。
4、结束语
    随着技术的发展，电磁辐射问题不断引起关注，无线网络建设与社会资源、环境空间等方面的矛盾日益突出，为此一体化系统将是未来室内覆盖系统的发展方向。因此，建设室内分布系统不仅能够有效解决大型建筑物内信号覆盖的问题，而且是企业战略发展的需要。