WCDMA室内覆盖规划研究
时间：08-15
来源：C114（中国通信网）
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WCDMA室内覆盖规划建设原则
室内覆盖是移动通信网络在建筑物内部的延伸，是提高网络覆盖广度和深度、吸收室内话务和提高通信质量的有效手段，同时也是提高网络容量的有效解决方案。由于3G更侧重于数据业务，而数据业务更多发生在室内，据国外运营商统计，3G系统室内话务量占总话务的70%左右。因此，室内覆盖的好坏将直接影响到3G系统的网络质量。
一般来说，在3G系统引入室内规划有以下作用：首先，通过引入室内覆盖克服建筑屏蔽，填补建筑物内的盲区，改善网络指标，扩充网络容量；其次，可以解决高层建筑导频污染严重、信号干扰大的问题。另外，通过增强室内覆盖，吸纳话务量，可以增加话费收入，提高网络的竞争力。
WCDMA系统与GSM在使用频段、编码技术等方面有所不同，故WCDMA室内覆盖有一些新特点。WCDMA室内覆盖需对覆盖、容量、质量进行统一规划，而GSM系统只需考虑室内场强信号水平满足用户接入电平要求，网络质量可通过后期频率规划进行调整。由于各种业务链路损耗不同，WCDMA系统还要考虑用户的业务需求，根据业务发展预测进行室内覆盖规划。在进行室内分布时，站点规划与室外规划要协调统一。另外，WCDMA室内覆盖还要重点考虑和GSM系统、PHS系统及集群系统之间的相互干扰问题。
WCDMA室内覆盖规划需遵守以下几个原则。第一是统一性原则。包括室内室外站点规划、设计的统一，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。
第二是差异性原则。由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目地加大室内覆盖，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。
第三是经济性原则。对于一个特定的建筑物而言，室内覆盖解决方案可能有多种选择，不能单纯地为了追求技术上的完善盲目扩大投资，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。
室内覆盖规划解决方案
运营商可以针对不同的室内环境选择不同的室内覆盖解决方案。室内覆盖解决方案主要由信号源和信号分布系统两部分组成，信号源包括NodeB、MicroNodeB、射频远端(RRU)、直放站等设备。室内分布系统主要有无源分布、有源分布、光纤分布和泄漏电缆4种分布方式。
1.信号源
室内覆盖信号源的选择需要综合考虑建筑物的覆盖、容量和周围网络环境等关键因素。可供选取的信源一般包括：宏蜂窝基站、射频拉远基站(RRU)、微蜂窝基站和直放站等。但同时需要注意的是，室内覆盖必须考虑到业主的要求和工程施工等方面的因素。
在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，如果覆盖区域面积较小，有明显的主控小区，可考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引入。例如对于隧道、地铁车站、地下商场、地下酒吧等餐饮娱乐场所及其他信号屏蔽严重的场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号，但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰产生的容量下降等问题。
对于大型建筑，如星级宾馆、写字楼等，由于室内用户集中，话务量较高，可以考虑通过建设微蜂窝室内分布系统来承担室内部分话务量，改善用户通信质量，同时避免由于室内用户的高功率发射而引起室外网络的容量下降。
对于话务容量需求量大的特大型场所，如商场、机场、展览中心、会议中心等场所，宜采用宏蜂窝基站作为室内分布系统的信号源。
对于一些设计中线缆较长的场所，可以考虑采用射频拉远(RRU)设备来减少线缆的损耗，从而减少因线缆损耗而增加的干放，保证高质量的覆盖效果。
2.室内分布系统
室内分布系统的基本方式有以下几种。
一是无源分布方式，通过无源器件和天线、馈线将信号传送和分配到室内所需环境，以实现良好的信号覆盖。由于没有有源设备的故障点，所以故障率低，可靠性高，几乎不需要维护，且容易扩展。但信号在馈线及各器件中传递时产生的损耗无法得到补偿，因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。信源输出功率大时，无源系统可应用于大型室内覆盖工程，如大型写字楼、商场、会展中心等；信源功率较小时，无源系统仅应于小范围区域覆盖，如小的地下室、超市等。
二是有源分布方式，通过有源器件(有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等)和天馈线进行信号放大和分配。有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗，从而延伸覆盖范围，受信号源输出功率影响较小。有源系统可广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。
三是光纤分布方式，采用光纤作为传输介质，由覆盖端机(主单元、接口单元)、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。由于光纤损耗小，适合于长距离传输。该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。
四是泄漏电缆分布方式。信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线，起到信号的发射和接收作用。它适用于公路隧道、过江隧道、地铁、地下长廊等地形。
3.信源和室内分布系统的综合选取
对于信源与分布系统的选取，我们需综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信源方式等其他因素的影响，最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统。现就一般情况总结如下。
(1)微型建筑物(6000m2以下)
对于微型建筑物，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。
(2)小型建筑物(6000m2～12000m2)
对于小型建筑物，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，则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。
(3)中型建筑物(12000m2～60000m2)
对于中型建筑物，如大型写字楼、中型酒店、大型医院、机场等，一般采用微蜂窝+有源分布系统，需根据实际的话务量选取合适的信源。
(4)大型建筑物(60000m2以上)
对于大型建筑物，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；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。
(5)特型建筑物
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1km以下的宜采用射频分布系统；长度在1km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；长度在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。
4.有源设备及无源器件的综合选取
●干线放大器的选取
在室内有源分布系统中选取干线放大器时，需要遵循如下原则：
(1)根据ALC功率选取合适的干线放大器在进行有源分布系统建设中，需根据建设规模和建设成本确定干线放大器的最大输出功率，中小规模的选取2W(ALC功率)的干线放大器；大规模的选取5W、10W(ALC功率)的干线放大器。
(2)根据上下行增益选取合适的干线放大器干线放大器的最大增益应在35dB～40dB范围内，并且上下行增益需保持一致。
(3)根据噪声系数选取合适的干线放大器在有源分布系统中，需考虑干线放大器上行噪声对信源的影响，选取的干线放大器的噪声系数需满足：上行噪声系数≤4dB，下行噪声系数≤6dB。
●无源器件的选取
无源器件主要由耦合器、功率分配器、合路器、室内天线、馈线等无源器件及电缆和天线组成。如果无源器件兼容3G系统，无源器件的工作频率范围必须满足889MHz～2170MHz，否则需更换。考虑到WLAN系统的合路，故建议更换时采用的无源器件最好满足工作频率范围为885MHz～2500MHz。同时，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，如天线的增益、功分器耦合器的插损等。
5.天线的分布及端口功率的分配
●根据建筑物的结构选取天线的分布密度
建筑物内部结构简单且地域空旷，如地下室、停车场、机场、大型超市，可采用分布密度较小的天线进行覆盖；建筑物内部结构复杂且隔墙较多，如卡拉OK包厢、密集型写字楼，可采用分布密度较大的天线进行覆盖。
由于第三代移动通信区别于2G的主要功能还在于3G能提供多样的数据业务，同时根据经验统计，数据业务发生在室内的概率大于室外，这就需要3G的室内覆盖建设更加完备和完善。本文从WCDMA室内覆盖系统区别于2G的特点展开，说明了WCDMA室内覆盖建设的基本依据，并且根据工程实践经验，总结了不同场景下的室内覆盖建设方案和建设原则，可以给工程建设带来一定的借鉴意义。
室内覆盖是移动通信网络在建筑物内部的延伸，是提高网络覆盖广度和深度、吸收室内话务和提高通信质量的有效手段，同时也是提高网络容量的有效解决方案。由于3G更侧重于数据业务，而数据业务更多发生在室内，据国外运营商统计，3G系统室内话务量占总话务的70%左右。因此，室内覆盖的好坏将直接影响到3G系统的网络质量。
一般来说，在3G系统引入室内规划有以下作用：首先，通过引入室内覆盖克服建筑屏蔽，填补建筑物内的盲区，改善网络指标，扩充网络容量；其次，可以解决高层建筑导频污染严重、信号干扰大的问题。另外，通过增强室内覆盖，吸纳话务量，可以增加话费收入，提高网络的竞争力。
WCDMA系统与GSM在使用频段、编码技术等方面有所不同，故WCDMA室内覆盖有一些新特点。WCDMA室内覆盖需对覆盖、容量、质量进行统一规划，而GSM系统只需考虑室内场强信号水平满足用户接入电平要求，网络质量可通过后期频率规划进行调整。由于各种业务链路损耗不同，WCDMA系统还要考虑用户的业务需求，根据业务发展预测进行室内覆盖规划。在进行室内分布时，站点规划与室外规划要协调统一。另外，WCDMA室内覆盖还要重点考虑和GSM系统、PHS系统及集群系统之间的相互干扰问题。
WCDMA室内覆盖规划需遵守以下几个原则。第一是统一性原则。包括室内室外站点规划、设计的统一，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。
第二是差异性原则。由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目地加大室内覆盖，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。
第三是经济性原则。对于一个特定的建筑物而言，室内覆盖解决方案可能有多种选择，不能单纯地为了追求技术上的完善盲目扩大投资，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。
室内覆盖规划解决方案
运营商可以针对不同的室内环境选择不同的室内覆盖解决方案。室内覆盖解决方案主要由信号源和信号分布系统两部分组成，信号源包括NodeB、MicroNodeB、射频远端(RRU)、直放站等设备。室内分布系统主要有无源分布、有源分布、光纤分布和泄漏电缆4种分布方式。
1.信号源
室内覆盖信号源的选择需要综合考虑建筑物的覆盖、容量和周围网络环境等关键因素。可供选取的信源一般包括：宏蜂窝基站、射频拉远基站(RRU)、微蜂窝基站和直放站等。但同时需要注意的是，室内覆盖必须考虑到业主的要求和工程施工等方面的因素。
在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，如果覆盖区域面积较小，有明显的主控小区，可考虑采用直放站作为室内分布系统的信号引入。例如对于隧道、地铁车站、地下商场、地下酒吧等餐饮娱乐场所及其他信号屏蔽严重的场所，可以考虑用室内直放站引入基站信号，但必须考虑基站的容量和直放站对室外覆盖的干扰产生的容量下降等问题。
对于大型建筑，如星级宾馆、写字楼等，由于室内用户集中，话务量较高，可以考虑通过建设微蜂窝室内分布系统来承担室内部分话务量，改善用户通信质量，同时避免由于室内用户的高功率发射而引起室外网络的容量下降。
对于话务容量需求量大的特大型场所，如商场、机场、展览中心、会议中心等场所，宜采用宏蜂窝基站作为室内分布系统的信号源。
对于一些设计中线缆较长的场所，可以考虑采用射频拉远(RRU)设备来减少线缆的损耗，从而减少因线缆损耗而增加的干放，保证高质量的覆盖效果。
2.室内分布系统
室内分布系统的基本方式有以下几种。
一是无源分布方式，通过无源器件和天线、馈线将信号传送和分配到室内所需环境，以实现良好的信号覆盖。由于没有有源设备的故障点，所以故障率低，可靠性高，几乎不需要维护，且容易扩展。但信号在馈线及各器件中传递时产生的损耗无法得到补偿，因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。信源输出功率大时，无源系统可应用于大型室内覆盖工程，如大型写字楼、商场、会展中心等；信源功率较小时，无源系统仅应于小范围区域覆盖，如小的地下室、超市等。
二是有源分布方式，通过有源器件(有源集线器、有源放大器、有源功分器、有源天线等)和天馈线进行信号放大和分配。有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗，从而延伸覆盖范围，受信号源输出功率影响较小。有源系统可广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。
三是光纤分布方式，采用光纤作为传输介质，由覆盖端机(主单元、接口单元)、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。由于光纤损耗小，适合于长距离传输。该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。
四是泄漏电缆分布方式。信号源通过泄漏电缆传输信号，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线，起到信号的发射和接收作用。它适用于公路隧道、过江隧道、地铁、地下长廊等地形。
3.信源和室内分布系统的综合选取
对于信源与分布系统的选取，我们需综合考虑话务量、覆盖面积、建筑结构、信源方式等其他因素的影响，最终采用既可达到所需的覆盖要求又可合理控制成本的分布系统。现就一般情况总结如下。
(1)微型建筑物(6000m2以下)
对于微型建筑物，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。
(2)小型建筑物(6000m2～12000m2)
对于小型建筑物，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，则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。
(3)中型建筑物(12000m2～60000m2)
对于中型建筑物，如大型写字楼、中型酒店、大型医院、机场等，一般采用微蜂窝+有源分布系统，需根据实际的话务量选取合适的信源。
(4)大型建筑物(60000m2以上)
对于大型建筑物，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；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。
(5)特型建筑物
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1km以下的宜采用射频分布系统；长度在1km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；长度在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。
4.有源设备及无源器件的综合选取
●干线放大器的选取
在室内有源分布系统中选取干线放大器时，需要遵循如下原则：
(1)根据ALC功率选取合适的干线放大器在进行有源分布系统建设中，需根据建设规模和建设成本确定干线放大器的最大输出功率，中小规模的选取2W(ALC功率)的干线放大器；大规模的选取5W、10W(ALC功率)的干线放大器。
(2)根据上下行增益选取合适的干线放大器干线放大器的最大增益应在35dB～40dB范围内，并且上下行增益需保持一致。
(3)根据噪声系数选取合适的干线放大器在有源分布系统中，需考虑干线放大器上行噪声对信源的影响，选取的干线放大器的噪声系数需满足：上行噪声系数≤4dB，下行噪声系数≤6dB。
●无源器件的选取
无源器件主要由耦合器、功率分配器、合路器、室内天线、馈线等无源器件及电缆和天线组成。如果无源器件兼容3G系统，无源器件的工作频率范围必须满足889MHz～2170MHz，否则需更换。考虑到WLAN系统的合路，故建议更换时采用的无源器件最好满足工作频率范围为885MHz～2500MHz。同时，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，如天线的增益、功分器耦合器的插损等。
5.天线的分布及端口功率的分配
●根据建筑物的结构选取天线的分布密度
建筑物内部结构简单且地域空旷，如地下室、停车场、机场、大型超市，可采用分布密度较小的天线进行覆盖；建筑物内部结构复杂且隔墙较多，如卡拉OK包厢、密集型写字楼，可采用分布密度较大的天线进行覆盖。
由于第三代移动通信区别于2G的主要功能还在于3G能提供多样的数据业务，同时根据经验统计，数据业务发生在室内的概率大于室外，这就需要3G的室内覆盖建设更加完备和完善。本文从WCDMA室内覆盖系统区别于2G的特点展开，说明了WCDMA室内覆盖建设的基本依据，并且根据工程实践经验，总结了不同场景下的室内覆盖建设方案和建设原则，可以给工程建设带来一定的借鉴意义。