安徽移动网络部 鲁晓南

  一、3G室内覆盖的建设需求

  由NTT DoCoMo发展FOMA业务的经验,可以看到良好的网络覆盖特别是室内覆盖是3G获得成功的关键。NTTDoCoMo的统计数据表明,3G室内业务量占到网络总业务量的69.7%,主要原因在于视频电话、游戏等高速数据业务都发生在舒适的室内环境下。丰富多彩的数据业务和多媒体业务将是3G业务的增长点,根据用户的生活习惯和数据业务的行为分析,绝大多数的数据和多媒体业务将会发生在室内。

  根据GSM网络的运营经验,室内用户分布一般大于室外两倍以上,高价值的商务客户主要集中在室内。对于GSM网络,绝大部分室内区域都有了良好的覆盖,用户对网络有着较好的感知。3G商用后,用户对3G室内网络会有同样的覆盖要求,如果没有足够良好的室内覆盖,将影响用户对3G的感知,不利于3G用户群的形成。

  室外宏基站是解决室内覆盖的基本手段,但在室内、隧道及地铁内,仅靠室外基站天线覆盖,由于信号受障碍物的阻挡,室内无法保证良好的通信质量。中国移动的实验表明,如果采用室外基站进行室内覆盖,能够满足需求的信号场强只有20%,此外室内软切换比例可能会高达60%。这既无法满足想要达到的覆盖范围,又浪费系统资源,不利于节约运营成本。

  因此,建立良好的3G室内覆盖是十分重要和有利的,在3G网络建设初期就应加以考虑。

  同时,对运营商而言,通过建设3G室内分布,可以争夺室内话务量,开拓新的话务量。据NTTDoCoMo的统计,在实施了室内分布的建筑物内话务量增大了1.43倍。室内分布还可以分散过密地区的话务量,从而减轻室外基站的压力,降低室外基站的数目和配置。从网络容量来看,室内分布系统也降低了室外系统的负荷,由于3G自干扰的特性,也就降低了室外网络整体干扰水平,从而提高整个系统的容量。

  二、3G室内覆盖规划问题考虑和策略

  由于3G系统的技术特点,3G室内覆盖规划需对覆盖、容量、质量进行统一规划。在规划室内分布时,站点规划与室外规划要协调统一。此外,还要重点考虑和2G系统以及其它系统之间的相互干扰问题,以实现多系统良性并存。

  总的来说,3G室内覆盖规划应考虑以下几个问题。

  ◇室内室外站点规划、设计要统一,在建设室内覆盖时要考虑室外信号的影响,同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。

  ◇对不同的室内场景,要以用户满意度为衡量标准,制定不同的质量目标。有的地方能够接受覆盖盲点的情况下,可以在建设策略和建设阶段上进行调整。通常来说,对于话务量大的区域,所建设的室内分布系统的服务质量要相对高一些,建设时间也要早一些。对于一些话务量比较小的区域,可以考虑在其话务量发展到一定水平后再建设WCDMA的室内覆盖系统。

  ◇对于一个特定的建筑物而言,受3G覆盖的复杂性和地理环境等多重因素制约,室内覆盖解决方案可能有多种的选择,不能单纯地为了追求技术上的完善而盲目扩大投资,但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室内覆盖方案。

  以下对几种典型应用场景的室内覆盖策略进行探讨。

  ◇机场、车站、码头类应用场景:话务密度较高,对其进行室内覆盖不论是社会价值还是经济价值均较高,因此应尽早考虑覆盖。此类场景的室内覆盖有一个明显的特征是人流量较大,话务密度高,相对较为空旷,室外基站可以部分覆盖到室内,因此室外覆盖与室内覆盖应统一考虑,室内分布系统主要对室外基站的盲点和话务热点区域进行补充覆盖,室外宏基站可以直接或通过RRU间接,分配出1个或多个小区作为室内分布的信号源,这可以保证室内-室外的用户切换为更软切换。

  ◇会展中心、会议中心、体育场馆类应用场景:此类应用场景一般为城市的标志性建筑,为扩大3G业务的社会影响和知名度,推动3G业务的发展,此类场景也应尽早考虑覆盖。在此类场景下,用户的话务主要以事件触发为主,所以容量估算时应预留足够的余量。此外,会展中心、会议中心、体育场馆的新闻中心会有大量的数据业务覆盖需求,容量的估算一般以峰值话务量来设计。此类场景下切换区域设置必须合理,切换区域不能设置在话务高峰地带,容量也是这类场景考虑的主要问题。在布置室内天线时应注意控制信号强度,不要将切换区域落在观众席中间。

  ◇政府、机关、公司机构的场景:室内覆盖系统必须提供优质的网络覆盖,对运营商而言有重要意义。用户业务以话音为主,高端用户比重较大。此类场景除考虑覆盖外,容量也是主要的考虑因素。

  购物商场和大型超市的场景:用户业务主要以话音业务为主,高峰时段在时间上呈现一定的规律性(晚上/节假日白天),并且话务密度较大。主要考虑覆盖问题,切换则主要考虑大门出入口的切换设计。

  三、室内覆盖系统设计

  室内覆盖系统主要由信号源和室内分布系统两部分组成。

  3G室内覆盖系统的信号源主要有宏蜂窝、微蜂窝、RRU、直放站几种方式。一般来说,根据话务量和网络规划来确定信源。但同时还需要考虑传输条件、工程可实施性、网络建设性价比等多种因素,然后综合各种因素,选取合适的信源。通常情况下,对于低话务密度、小规模覆盖且较为封闭的场景,优先选用直放站作为信号源(可充分利用室外宏基站的容量),对于中等话务密度和中等覆盖规模的场景,优先选用微蜂窝作为信号源,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(单个RRU的容量与单个宏小区的容量等同)。

  在进行室内分布系统建设时,如果已有2G室内分布系统,应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统。对现有2G室内分布系统进行改造时,应兼顾未来WLAN的应用需要。在设计分布系统时应注意以下几个问题。

  1.器件的使用

  可以共用的器件有馈线、泄漏电缆、转接头、负载等。

  可能更换的器件有功分器、耦合器、天线等。

  需要新增的器件有合路设备、滤波器等。

  2.覆盖的考虑

  在3G/2G共用室内分布系统时,一般需要增加一定数量的天线点以满足3G覆盖要求。如果3G的覆盖指标与2G相同(指Ec值/信号强度),则要求在天线口的3G导频功率比GSM大约10个dB。同时应注意,在已有的覆盖系统上增加新的系统会降低原系统的发射功率。

  3.干扰的考虑

  多系统共用分布系统,相互之间会产生干扰,可通过不同系统的空间隔离、降低干扰源的发射功率等方式减少干扰。在发送端或接收端增加滤波器也能有效减少系统间的干扰。另外,选用射频性能优良的发射机、接收机及后期网络优化等也是降低干扰的有效手段。如果GSM系统使用干放,应选用具有足够隔离度的合路设备或增加滤波器以减少干扰;试验表明,只要元器件满足隔离度要求,系统相互间的频谱干扰可以忽略。

  4.功率匹配问题

  在实际应用中,多系统共用一个分布系统的最大问题是功率匹配问题,包括信号源输出功率匹配;不同频段的信号在分布系统中传输损耗不同而产生的影响;边缘覆盖场强的不同要求;不同频段的无线电波在空中损耗不同而产生的影响等。需要根据不同要求和实际情况综合考虑。

  5.室内覆盖相关技术问题

  ◇室内覆盖频率选择

  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的频率。

  同频组网方案的优缺点:同频组网可以节省有限频谱资源;同频组网软切换成功率高,根据全国各地WCDMA网络试点测试结果,WCDMA软切掉话率小于1%;同频组网时,WCDMA终端都支持同频软切换;同频组网时,基站小区互相之间有干扰,系统容量减少。

  异频组网方案的优缺点:异频组网更浪费有限的频谱资源;异频组网硬切换成功率相对于同频组网更低,尤其是电梯内硬切换,成功率在80%左右,进出电梯硬切换时,在电梯关门瞬间,硬切换成功率更低;目前有些WCDMA终端不支持异频硬切换;异频组网相互之间干扰小,具有更高的容量;异频组网在导频污染严重(如高楼层)的场景覆盖时具有明显优势。

  目前,在考虑同异频组网时,一般建议以同频组网为主,异频组网为辅,如果能够控制室内外干扰,建议采用同频组网。对干扰难以控制的场景,建议采用异频小区;自然隔离比较好或干扰易控制的场景建议采用同频小区。

  ◇切换问题的分析

  一般来说,室内分布系统与室外宏基站的切换区域主要选择在大楼各出入口、停车场出入口等地方。切换区域的天线预留一定的功率余量,当室外基站小区不断优化调整时,可以调整天线口功率,控制好切换区域;同时,在这些切换区域,可以采用定向进行覆盖,可以更好地控制切换区域的范围和防止室内信号外泄,通常要求在进出各出入口5m内完成切换。

  对切换区域要通过优化手段加以调整。通过调整天线下倾角和方位角,改变切换区位置、大小以及信号强度分布。调整切换参数包括切换门限、切换迟滞、触发时间、测量滤波系数等。改变切换门限和测量迟滞参数,可以使目标小区在更大范围内满足切换条件,增大切换区范围,提高切换成功率。减少触发时间和测量滤波系数,可以使目标小区更快满足切换条件,更早进行切换,提高切换成功率。根据实际路测结果修改相邻基站的邻区列表,做好切换关系。

  ◇防止信号外泄的分析

  由于WCDMA是自干扰系统,其他小区信号对本小区都是干扰,因此,室内覆盖建设时,应控制好室内小区信号的外泄,避免室内分布系统信号对室外小区产生干扰。

  目前城市高层建筑多为玻璃外墙,室内分布系统的信号很容易就泄漏到室外,对室外基站小区信号形成干扰,尤其是高层建筑的室内分布系统,由于所处地理位置高,控制不好就会泄漏很远,对室外大片区域构成干扰。因此,对于高层建筑的室内分布系统,采取小功率、多天线的覆盖方式,室内天线口功率较小,泄漏到室外小区的信号相对较弱,干扰相对就小,而且,这种覆盖方式天线覆盖半径减小,穿墙损耗小,覆盖效果也更好。

  在高层建筑的室内分布系统建设中,如果工程安装条件许可,可以在高层建筑室内靠窗位置安装定向天线,从窗边向室内进行覆盖,借助窗边墙体遮挡和定向天线后瓣抑制,可以有效地防止室内信号外泄对室外小区造成干扰。在小区覆盖分布系统设计时,我们也采取高前后比的定向天线从室外向室内高层进行覆盖的方式,充分利用小区内建筑物墙体和定向天线的高前后比,防止信号外泄。