WCDMA室内系统建设思路

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　　在通信技术日新月异的今天，用户在享受多媒体通信的同时也需要高容量的无线网络。室内区域的覆盖是导致用户感受的重要因素，可以预测到的是未来大量的数据业务也是来自于室内，良好的室内覆盖就意味着高容量的网络和高质量的服务。本文着重探讨室内覆盖系统在WCDMA上的建设思路。
1、WCDMA室内系统建设策略
　　通常，由于室外基站有上行分集接收而没有下行分集接收，因此所需要的下行Eb/No比上行的大，但是基于费用的考虑室内覆盖没有上行的接收分集，这就会使上行所需要的Eb/No值受到影响，我们可以近似的认为室内系统上下行的Eb/No是相同的，不过上行小区容量将会稍微降低。所以室内基站和室外基站将采用不同的解决方案。对于室内覆盖系统的建设，从需求上主要基于几点考虑：第一点是有大量室内话务，可以提高收入；第二点是一些重要区域，不一定有太大的话务，但必须具备良好的室内覆盖质量；第三点就是有些地区只能用室内覆盖解决存在覆盖问题的区域。与此同时，由于现网中存在大量的室内覆盖系统，为了增加系统的利用率与提高工程进度，适当的考虑共用室内分布系统将十分重要。
　　在考虑WCDMA网络室内覆盖建设策略时，从信号源角度分析，需要根据场景的无线环境和工程条件灵活选择信源，同时要综合权衡系统容量、频率资源、预期收益、投入成本、预期效果等多方面因素，选取时主要考虑以下几个方面。
　　（1）从容量角度考虑。根据所需要覆盖区域的实际话务量和覆盖需求选取信号源。容量要求较低，只有覆盖需求的可以用直放站解决；中等话务密度和中等覆盖规模的场景，建议使用微蜂窝或RF远端模块；对于高话务密度和大覆盖规模的场景，优先选用宏基站+RRU作为信号源。
　　（2）从配套角度考虑。蜂窝成本昂贵，需要机房和传输通路，建设周期长；RRU无需机房，难点在于光纤的布放；直放站系统无需机房、安装方便快捷，可以很快解决信号弱和盲区问题，但是会在上行链路引入噪声，需要慎用。
　　（3）从性能角度考虑。蜂窝和RRU信号稳定、可靠、通信质量好，微蜂窝和RRU小区与网络其他小区直接可以实现软切换和更软切换。
　　选取室内覆盖系统的分布类型时，需要综合考虑业务量、覆盖面积、建筑结构、信号源等因素，选取有如下原则。
　　（1）对于覆盖面积较小，所需布放天线的数量较少，建筑物内部结构简单、墙体屏蔽较小、楼层较低的场景，优先选用无源分布系统；
　　（2）对于覆盖面积中等，所需布放天线的数量中等，建筑物内部结构复杂、墙体屏蔽较大、楼层较高的场景，优先选用有源分布系统，即天馈线系统中除无源器件外含有干线放大器；
　　（3）对于覆盖面积较大，所需布放天线的数量较多，建筑物内部结构简单、墙体屏蔽较小、楼层较低但建筑物较为分散的场景，可根据实际情况选用有源分布系统或光纤分布系统；
　　（4）对于建筑物内部结构狭长的特别区域可选用泄漏电缆分布系统。
2、WCDMA室内系统建设流程
　　图1给出了WCDMA室内分布系统建设流程示意。

图1　WCDMA室内分布系统建设流程示意图

　　通过专项规划确定WCDMA室内覆盖区域和业务之后，应勘察所需覆盖的建筑物，得到建筑物平面图。获得建筑物相关信息、人员分布情况，考察可能的天线布放位置、电缆布放、寻找信号源放置的最佳位置。在详细设计前收集周围小区的信息，按照上节的原则选择信号源和分布系统。共分布系统还需要勘查该站点各楼层的GSM天线布置情况，包括各楼层的天线数量、天线安装位置和每个天线口的功率设计指标；分布系统的详细网络拓扑图，以及各段馈缆的长度、直径和衰耗；接头、功分器、耦合器的安装位置和衰耗。根据这些资料进行共分布系统改造设计。
　　在现场往往还需要用测试手机进行路径损耗测试，以确定是否需要添加新的覆盖区域和天线。测量和验证最小耦合损耗（MCL），即考虑手机在位于离天线最近时候的路径损耗，测试呼叫阻塞率、成功率、掉话率、切换成功率等指标，在一定的服务等级和容量要求的条件下，预测室内传播模型。最后画系统连接图，进行参数设计，给出解决方案，采用不断建设不断优化的方式来得到高质量的室内系统。
3、详细室内规划
　　3.1　容量和覆盖的考虑
　　室内覆盖系统本身就是为了解决容量和覆盖问题，我们无时无刻不在考虑如何增加系统的容量和覆盖。目前来说，增强覆盖的通常方法就是增加天线，共分布系统中可以通过将一分二的功分器换成一分四的功分器来增加天线数量，尽管增加了额外3dB的损耗但是有效的提高了覆盖。系统容量增强的方法主要有如下几种。
　　（1）增加载波，增加载波是最有效也是最简单的提高容量的方法，可以使每个载波的上行负载减少，从而增强覆盖，但是实际网络中可能不会增加载波，因为频率资源是有限的，有可能会把另外的频率优先的用于分层的网络结构。
　　（2）使用高功率的基站提高下行的极限容量和增加扰码，通常情况下，WCDMA小区的容量受限因素不是上行负载太高，就是基站的最大发射功率。但是在很多情况下，如果是上行覆盖受限或者理论上的下行负载已经达到最大（如码资源不够），增加基站的最大功率不会对容量增益有太大帮助。如果容量的受限因素是因为码资源不够，那么就应当增加扰码。
　　（3）现有室内小区分裂，小区分裂就意味着现有的室内分布系统分裂成好几个小区，例如原来的分布系统覆盖了4层楼，那么现在就将它分裂成两个小区，每个小区覆盖2层楼。小区分裂可以用两种方法来实现：室内分布系统的馈线分成两部分，每部分都可以供GSM和WCDMA系统使用；GSM的室内分布系统不变，但是利用功分器把WCDMA小区分成好几个小区。
　　3.2　信号源和分布系统的综合选取
　　在对覆盖目标进行容量覆盖需求分析后，需要结合现在情况考虑将来需要多少扇区用于室内覆盖，兼顾未来增加第二载波的可能性，不仅考虑信号源的物理尺寸、最大功率、容量和导频功率，还需综合考虑覆盖面积、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。现就一般情况总结以下。
　　对于微型建筑物（6000m?以下），如餐饮娱乐、地下停车场等，一般采用小功率直放站+无源分布系统。
　　对于小型建筑物（6000～12000m?），如大型超市、小型办公楼、小型医院等，可分为两种情况：如建筑物内部建筑结构单一，对射频信号的传输衰减较小，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，对射频信号的传输衰减较大，则根据实际需要可采用小功率直放站+有源分布系统。
　　对于中型建筑物（12000～60000m?），如大型写字楼、中型酒店、大型医院、机场等，一般采用有源分布系统，需根据实际的话务量选取合适的信源。
　　对于大型建筑物（60000m?以上），需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；如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。
　　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1000m以下的宜采用射频分布系统；长度1000m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。
　　3.3　共用室内分布系统的改造
　　当现有的GSM室内分布系统不适合3G的规划目标，应当对现有分布系统进行修正。如使用新的设备，甚至更换设备的位置，所有这些修改都会影响2G系统的覆盖，因此应当综合考虑，在改造时尽量利用原分布系统的设备和器件，控制改造成本，确保原有网络在改造后仍能达到覆盖。改造主要有以下几个方面。
　　3.3.1　WCDMA信源和干线放大器的合路
　　如果GSM分布系统为无源分布系统，在GSM信源处将WCDMA信源进行合路即可，如果GSM分布系统为有源分布系统，可以有两种方式，WCDMA新增干线和WCDMA与GSM共干线。新增干线方便分别调整网络，但施工较复杂；共干线施工较简便，但不利于今后调整。由于有源器件对于各系统是无法共用的，在使用干放时，需使用合路器将原路由信号分路再合路。
　　3.3.2　无源器件的更换
　　由于以前所建设的GSM室内分布系统中，所使用的无源器件工作频率范围大多为890～2000MHz，不支持WCDMA的工作频率1920～2170MHz，所以在进行原有GSM系统的改造时需要对无源器件进行更换。考虑到WLAN系统的合路，故建议更换后的无源器件必须满足工作频率范围为885～2500MHz。可以结合具体站点情况选用双频或三频合路器，而且在改造过程中为了保证天线口输出功率尽量平均，需将功分器和耦合器进行数量调整或更换不同耦合比的耦合器。另在进行无源器件更换时还需注意其他技术参数，最好与更换前保持一致，并且要考虑系统隔离度指标、插入损耗指标、杂散、互调指标等。
　　3.3.3　馈线的改造
　　由于各类馈线在不同频率下损耗差异较大，在1.9GHz频率以上一般不采用8D和10D馈线，所以在本着节约成本的前提下，还需要根据距离将损耗较大的馈线更换为损耗较小的馈线。建议平层馈线中长度超过5m的8D/10D馈线均需更换为1/2 T"馈线，超过50m的1/2"馈线需更换为7/8"馈线，主干馈线中长度超过30m的1/2"馈线均需更换为7/8"馈线。需要特别注意的是由于原线缆更换为粗线缆在损耗降低同时使得天线口功率增大，要考虑系统干扰和电磁辐射问题。
　　3.3.4　天线的改造
　　原有八木天线的频带无法覆盖到2GHz，所以需要更换为对数同期天线或者板状天线。原GSM如果用较少天线数量，较大天线口功率覆盖的区域，引入WCDMA信号未能达到WCDMA的边缘场强要求的，采用增加天线密度，可以使信号覆盖更均匀符合要求。
　　3.4　频率规划策略和导频功率规划
　　在进行3G室内覆盖系统建设时，有两种方案，一种是同频方案，室内系统与室外系统使用相同的频率；另一种是异频方案，室内系统与室外系统使用不同频率。
　　同频方案的优点是节省有限的频率资源，不利之处是在某些情况下，由于建筑物的墙壁穿透损耗小，导致室外信号对室内的干扰比较大。对于来自室外的干扰信号，虽然说可以通过调整室外小区天线的方向和倾角来减小对室内小区的干扰，但是这样一来，可能会在某些区域出现覆盖空洞等，所以这种方法的效果可能不会非常理想。
　　异频方案可以很好地解决室外小区信号对室内小区信号的干扰问题，但是从全局来看，用在室内覆盖的频率只在部分区域使用，这是对宝贵的频率资源极大的浪费，缩小了将来系统扩容的空间。在将来网络扩容时，可能需要对频率重新调整，带来不便。同时，目前支持异频切换的终端相对较少，还需要一段时间的引导和发展。异频方案的另一个问题就是切换成功率较低，容易造成掉话现象，从整体上影响网络的服务质量。
　　所以这两个方案各有利弊，在WCDMA室内覆盖系统的建设过程中要具体问题具体分析，不能一概而论。
　　导频功率决定了小区的覆盖范围，同时也影响了小区的下行容量。设置导频功率时既要足够高以吸收足够的话务，又要足够低以避免小区间的干扰。导频功率通常为基站总发射功率的10%，增加导频功率则小区的覆盖增加，下行的容量减少。对于室内覆盖，应当避免小区间软切换区域过大，实际上，如果室外基站的导频功率发生变化，那么就会对室内基站的软切换区域造成影响。工程中认为“干扰可以控制”的经验值要求为：在室内，分布系统的导频功率比室外基站的导频功率强10dB；在室外，室外基站的导频功率要比室内分布系统的导频功率强10dB。实际中要根据具体情况优化室外基站和室内基站的切换参数。
4、一些工程经验
　　在实际WCDMA室内系统工程建设中有如下一些经验可以借鉴。
　　（1）在现有2G系统本身就很紧张的条件下，引入WCDMA系统，边缘场强大多不能够满足覆盖要求。在这种情况下，需要在信号薄弱区域加入新的天线，以达到扩大覆盖面积的目的。添加的新天线位置通常在原系统信号较弱的区域，在建筑布局上主要体现为遮挡物密集或墙体穿透损耗大的区域。
　　（2）在不改动原有天线的条件下增加新的天线，确实可以增加覆盖面积，但是相应的大场强覆盖的区域会相对减少。这对于扩大覆盖面积来说是一件好事，但是对于覆盖要求较高的业务，有可能会因此不能满足。
　　（3）在现有2G系统中，如果2G覆盖余量较大（20dBm以上），基本可以不用增加天线，就能够达到WCDMA的-80dBm的覆盖要求，如果遇到有局部的“盲区”情况，可以通过调整附近的天线发射功率来满足覆盖。
　　（4）通常条件下，办公楼层和大堂比地下室和电梯井的覆盖效果好，在引入WCDMA系统时，不同的场景对于是否增加新天线的要求是不同的。不同的场景，需要有不同的天线布放方案，在遮挡密集（或建筑材料损耗较大）区域通常适合采用小功率高密度的天线布放方案。
　　（5）在工程可实施且工作量不大的情况下（如：电梯井道内），可对部分损耗较大的馈线进行更换，新增的馈线尽量采用7/8”馈线，以防再次更换，对被替换下来的馈线尽量重复利用控制成本。
　　（6）信号馈线、电源线尽可能分路由布放，用扎带固定，充分利用楼内吊顶中的线缆桥架敷设。泄漏电缆不能与风道等金属管路平行敷设，周围避免有直接遮挡物。
　　另外还需要综合考察机房、传输和业主协调等限制条件。工程实施中发现，受到远近效应的制约，每个天线的EIRP不应过大，每个天线点的覆盖范围不应过大。
5、结束语
　　从电信运营的战略角度来看，良好的室内覆盖系统对于运营商提高服务水平、增强竞争实力、树立企业形象，具有不可低估的作用。如何建立一个高质量无缝覆盖的网络还将是一个在实践中不断发展完善的课题。