1、3G室内分布工程,【本章内容简介】 移动通信系统包括3G，对大网覆盖较弱的地方如室内某些区域，必需采用基站以外的一些方式来增强信号覆盖。本章将描述移动通信系统增强覆盖的常见方式，分析通常移动通信室内覆盖系统的方法，并且讨论在3G网络下室内覆盖系统的新特点。,【本章重点难点】 重点掌握2G向3G的演进、3G标准体制以及3G技术的发展。,7.1 移动增强覆盖方式介绍,覆盖是移动通信网络的首要目标，对于3G建设来说，覆盖增强技术的作用是解决投资与覆盖容量的矛盾。在激烈的市场竞争环境下，运营商需要提高覆盖的广度和深度，而要改善覆盖就要增加投资。,覆盖增强技术在一定程度上缓解了广覆盖与大量投资之间的矛盾
2、，它不仅能够扩大覆盖范围，还能加快网络的建设速度，降低运营商的投资。,目前，所能利用的覆盖技术有OTSR技术、射频拉远技术、塔放、电调下倾天线、大功率基站、直放站技术、室内分布系统等，它们各有特点，在不同的应用场景发挥作用。,1OTSR技术,一个基站传统的覆盖方式通常有两种：全向和定向。传统的全向站（OMNI）采用一个功率放大器，其天线为全向天线；而传统的定向站（STSR）采用3个功率放大器，其天线为定向天线。,由于全向天线的增益要比定向天线低7dB左右，所以OMNI的覆盖范围远小于STSR（多达70%左右）。另一方面，STSR需要3个功率放大器，其成本要大大高于OMNI。,所谓OTSR（Om
3、ni-directional Tx Sectorized Rx），即全向发射扇区接收。对于网络的最初部署来说，运营商可以采用配置一个PA（功率放大器）的基站，并使用标准扇区定向天线子系统。,接收机将使用其6个端口来依次接收每条天线的接收信号，在传输端PA将通过分离器由3个扇区中共享。,OTSR相对于STSR来说，两者在下行天线口的导频信道发射功率相同情况下，无论导频测试还是业务测试，两者上、下行覆盖基本相同，在保证相同覆盖情况下，OTSR相对STSR容量有40%50%的缩减。,它所适用的场合是有明确覆盖需求、覆盖范围广、话务量低、话务量增长缓慢的地方，比如位于经济发展水平相对较低的农村或交通干
4、道。OTSR升级为STSR时需要增加两个功放，要考虑信道功率配比、切换门限、无线下倾角等。,2射频拉远技术,射频拉远技术是将无线基站中的模拟射频收发部分与无线基站的基带数字信号处理部分在模拟中频处分开，从而形成远端射频前端设备与室内单元。,射频拉远技术主要有以下特点：主基站射频远端模块，通过光纤与主基站连接，与主基站共享基带处理；在容量上如果是3dB，10W的RRU和20W的STSR容量没有区别；在功控方面相当，光纤时延对功率控制没有明显影响，切换时延和STSR相当。,基于光纤的中频拉远技术，使得超级基站，即基带处理能力足够大的公共室内单元成为可能，它可以连接数个甚至数十个位于远端的射频前端设
5、备中的模拟射频收发单元，用以连接一个天线或多个天线，同时支持数个至数十个宏小区、微小区及微微小区。,射频拉远技术可以适用于：采用“RRU+室内分布系统”实现室内覆盖；在话务量低、具有光纤资源、建网效率低的地区，可以用RRU解决覆盖问题；可以通过现状组网实现交通干线等线性区域的覆盖。,3塔放,塔放（塔顶放大器）提高了基站接收灵敏度，改善了基站上、下行不平衡问题，可以增加基站有效覆盖半径。塔放主要应用于郊区、农村等较为开阔的地区，主要是广覆盖而且上行覆盖受限的场景。上行链路增益随馈缆长度而变化，在馈缆比较长的场景下，这一改善尤为明显。,4电调下倾天线,其特点是通过改变共线阵天线振子的相位，从而使天
6、线的垂直方向性图下倾。由于天线各方向的场强强度同时增大和减小，保证在改变倾角后天线方向性图变化不大，使主瓣方向覆盖距离缩短，同时又使整个方向性图在扇区内减小覆盖面积但又不产生干扰。,5大功率基站,目前有很多基站产品下行链路采用大功率功放，采用17dB的定向天线，覆盖范围可达70km。,对于地域辽阔、话务量很小的草原和半沙漠地区，可以利用最少的站址实现无缝覆盖。在海岸线，提供近海海面连续覆盖。可以对离陆地较远的海岛进行覆盖，为当地生活的居民及游客提供廉价的通信手段。,6直放站技术,直放站技术采用同频放大设备，将射频信号功率增强，在2G系统里应用很多。,7室内分布系统,室内分布系统要考虑多系统共用
7、，通过干放，让多个信号吸收室内的话务，较大程度地提高室内覆盖的效果。目前，室内外、电梯口切换成功率较高（97%以上），室内外异频硬切换成功率相对较低。,由于室内分布系统无接收分集，上、下行对称业务表现为上行受限，上、下行非对称业务表现为码资源受限。在上述常见的移动信号增强方式中，“直放站+室内分布”的室内信号增强方案应用非常广泛。,因为在密集城区范围内是移动话务集中地，而城区内无线环境复杂加上信号穿墙损耗，在很多建筑特别是大型建筑内信号通常较弱。所以要解决建筑内信号覆盖问题，就会用到“直放站+室内分布”系统。以下的内容将介绍直放站和室内覆盖问题。,7.2 直放站设备工作原理,1直放站概述直放站
8、（Repeater）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备，基本功能就是一个射频信号功率增强器。,在FDD系统中（如GSM、CDMA2000、WCDMA等），直放站在下行链路中，将需要放大的信号通过带通滤波器与带外信号进行隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到需覆盖区域。,在上行链接中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的双向信号传递。由于FDD系统的上、下行频段间隔较大，所以直放站较容易通过双工器和滤波器将上、下行信号分割开。,在TDD系统中（如TD-SCDMA等），由于TD-SCDM
9、A是上下同载波，所以直放站也需要和系统同步。直放站工作时，根据TD-SCDMA系统无线子帧结构，通过同步模块输出来控制直放站内部射频开关，以实现系统的上、下行链路的通断状态。,图7-1 无线直放站使用示意图,图7-2 光纤直放站使用示意图,2直放站原理,图7-3 GSM宽带直放站系统方框图,图7-4 TD-SCDMA 直放站系统方框图,3直放站的主要性能指标,（1）工作频段 （2）工作带宽 （3）主机额定增益 （4）上、下行增益可调范围,（5）增益调整线性 （6）最大输出功率 （7）杂散辐射 （8）互调产物,（9）互（交）调抑制比 （10）三阶交调截获点 （11）带外增益抑制度 （12）噪声系
10、数 （13）驻波比（VSWR） （14）自动功率控制（ALC） （15）波形质量,图7-5 1dB压缩点示意图,图7-6 互（交）调抑制比的计算,图7-7 三阶交调截获点的计算,图7-8 带外增益抑制度的示意图,4直放站的分类,从传输信号来分有GSM直放站和CDMA直放站；从安装场所来分有室外型机和室内型机；从传输带宽来分有宽带直放站和选频（选信道）直放站；从传输方式来分有无线直放站和光纤传输直放站。,表7-1 各类直放站特点,续表,5直放站应用的原则,根据直放站系列产品的特点和移动通信网络的需求，不同的地理环境及应用场合，系统的解决方案是不同的，这需要认真分析，区别对待。,（1）城市密集区
11、（2）城市边缘 （3）郊区、乡村,6直放站的几种典型应用案例,（1）公路的覆盖 （2）郊区重点村镇居民区的覆盖 （3）“L”形覆盖 （4）临时性会议地点的应急覆盖 （5）开阔地域的覆盖,7直放站的引入带来的可能问题,（1）引入直放站后，直放站本身会产生噪声、互调干扰等问题，这些干扰使基站的接收灵敏度下降、覆盖范围收缩，所以一个基站的一个扇区能带的直放站数量很有限。,（2）一个直放站往往将多个基站或多个扇区的信号加以放大，当引入过多的直放站后，导致基站信号之间污染严重，引起切换问题、掉话问题、通话质量等问题，加大了网络优化工作的困难。,（3）直放站的网管功能和设备检测功能远不如基站，当直放站出现
12、问题后不易察觉，所以网络被直放站影响后较难排查。,（4）由于受隔离度的要求限制，直放站的某些安装条件要比基站苛刻得多，使直放站的性能往往不能得到充分发挥。,（5）如果直放站产生自激或附近干扰源被引入，将对原网造成严重影响。由于直放站的工作天线较高，会将干扰的破坏作用大面积扩大。,（6）使用直放站会产生定时时延和信号延时扩散，如果时延较大，将产生起呼、掉话等问题。,（7）原则上直放站的参数设置应随网络的调整而调整，但由于实际操作难度较大，不一定能及时调整到相应的直放站参数，这样就有可能带来问题。所以要建立严格的直放站台账，加强管理。,（8）虽然直放站设备在使用前参数经过了调整，但在使用过程中还是
13、可能由多种原因引起上、下行链路不平衡，从而引起网络问题。,7.3 直放站的室内覆盖应用,室内分布覆盖主要是指在室外宏基站无法穿透的楼宇内通过分布式天线系统实现的室内覆盖。室内分布系统的目的是使信源信号均匀地分布在建筑物内部的每个地方，以实现室内覆盖。,这种方式可以彻底解决室内信号覆盖的问题，但设计较复杂。室内分布覆盖产品包括信源和用于信号放大、信号分配的有源和无源器件以及天馈设备。,7.3.1 室内覆盖的组网方式,根据信号传输介质的不同，室内分布系统可以分为无线分布系统和光纤分布系统。根据使用器件的不同，无线分布系统又可分为有源和无源两种分布系统。,1无源无线分布系统,（1）无源无线分布系统构
14、成 （2）无源无线分布系统的工作方式 （3）无源无线分布系统的特点,2有源无线分布系统,由于无线分布系统中使用了功率分配器、耦合器、合路器和馈线进行射频信号的分配与传输，对信号功率衰减较大，在服务区域较大的情况下，为保证末端天线口的功率，在必要的位置需要进行功率的放大，加装干线放大器或其他有源器件增加功率。,有源无线分布系统中增加的常见器件是干线放大器，将输入的低功率信号放大后进行输出，主要用于补偿由于信号传输和分配而引起的功率衰耗。,有源无线分布系统的工作方式与无源电分布方式基本一致，但在系统中的不同位置增加了有源器件，增加和补偿了射频信号的功率，可连接更多的天线，传送更远的距离，进一步扩大
15、了服务区域。,3光纤分布系统,由于无线分布系统始终受到功率和上行信号损耗的限制，服务区域有限，在服务的区域间隔距离远、需要覆盖的区域面积大的情况中，采用光纤室内分布系统较为有利。,光纤室内分布系统在系统中引入光电转换器和光纤，信号先由电光转换器转换成光信号在光纤中传输到覆盖端，再通过光电转换器转换成电信号，经过放大后送进天线。由于光纤的传输损耗小，布线比同轴电缆方便，适合于远距离信号传输，适用于大型建筑物室内覆盖，但成本高。,在实际的应用中，为节省成本，一般以无线分布系统为主，在需要进行信号延伸时引入光纤系统组成混合室内分布系统，扩大和延长系统的服务范围。,7.3.2 不同覆盖环境的解决方式,
16、1一些室内场所的覆盖方式,表7-2 不同室内场所的覆盖方案,2小区覆盖解决方案,小区覆盖的情况是指存在一些基站信号不能直接、有效覆盖到室内的成片区域，这些成片区域的建筑数量一般都较多，用户数也较多，要解决这些区域的覆盖，一种手段就是采用小区覆盖的方式。,为什么会出现这些区域，可能的原因是：网络建设初期基站数量不足；一些偏远地区缺少基站覆盖；一些新兴的居住区网络建设没跟上；一些区域没有条件建基站；一些区域由于地形的问题基站覆盖不到等。,（1）区域分类, 集中的别墅 城市中密集的民房（城中村） 建筑较密的高尚住宅小区 绿化面积大，建筑物相对分散的小高层小区覆盖,（2）常见小区覆盖方式, 室外射频分
17、布系统 光纤室外分布系统 室内分布系统 混合方式,图7-9 室外分布系统示意图,图7-10 光纤室外分布系统示意图,图7-11 室内分布系统示意图,表7-3 混合方式室内分布的适用方案,7.3.3 直放站室内分布工程实例,1设计思路本工程拟采用安装于1层机房内的C网、G网宏蜂窝作为信号源，利用无源分布系统加干线放大器进行室内分布系统分配。,2设计方案分析 （1）覆盖区场强预测分析 （2）合理性分析 3安装走线说明,图7-12 1F天线安装图,图7-13 3F系统图,图7-14 4F系统图,图7-15 4F天线定位 A区图,图7-16 4F天线定位 B区图,图7-17 4F天线定位 C区图,图7
18、-18 4F天线定位 D区图,图7-19 1F系统图,图7-20 2F系统图,图7-21 系统原理图,7.4 TD-SCDMA室内分布系统,7.4.1 3G时代的室内通信特点 （1）2000MHzTD所在频段无线电波衰减快。 （2）3G由于业务的问题，城市中高阶层用户较多，而且很多通信将在室内产生。 （3）3G偏向数据业务，对覆盖和通信质量要求高。,然而，室内通信又是最容易出现网络问题的地方，如图7-22所示。,图7-22 室内通信常见问题示意图,7.4.2 TD室内分布系统介绍,1TD室内分布系统的典型组成TD室内分布系统由信源、合路器、功分器、耦合器、干放、天线、馈线等构成。系统构成，如图
19、7-23所示。,图7-23 TD室内分布系统的构成示例,2信源的选取,信源的选取需根据话务量的不同，结合各种制约条件，可以选择宏基站、分体式基站BBU+RRU、微蜂窝、直放站等。,3室内信号降低干扰,室外可以使用智能天线波束赋型降低干扰，那么在室内采用什么办法降低干扰呢？在室内可以充分利用TD-SCDMA多通道的概念，做空间分隔而降低干扰。,图7-24 TD室外、室内干扰隔离方式,7.4.3 直放站覆盖方案,1直放站+干放,图7-25 直放站和信源的连接方式,2微基站+干放,微基站+干放方式适用于业务量密集、覆盖面积较小的中小建筑物。,3BBU+RRU,图7-26 室内分布系统引入噪声情况,图
20、7-27 BBU+RRU方式室内分布示意图,7.4.4 多系统合路方案,对于未来的无线信号覆盖将要考虑到兼容PHS、GSM、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMax以及WLAN等多种通信系统，达到室内各系统共同的良好覆盖。,要兼容这些不同的系统，对器件提出了很高的要求，比如无源器件一般要求频率满足800MHz2 500MHz，合路器的选择满足系统间干扰隔离指标要求等。,1多系统合路需考虑的问题,表7-4 不同制式频率百米馈线损耗表,表7-5 电磁波穿透损耗表,图7-28 几种常见室内天线的方向图,2室内分布系统改造的思路,（1）TD-SCDMA作为新的信号接入室内分布系统，不
21、可能改变原有的分布系统，只能根据功率分配差和信号源特点来选择与原有分布系统的接入点，保证覆盖性能。 （2）功分器、耦合器、天线等大部分无源器件是无法满足3G要求，建议更换无源器件或重做分布系统。,（3）有的系统仅通过增加有源器件及更换合路器即可满足要求。 （4）天线端口功率分配主要取决于TD-SCDMA与其他通信系统信号自由空间路径损耗差以及边缘覆盖场强要求的差异，若天线口电平无法满足要求，需重做系统主干部分。方法有：将原馈线更换为衰耗更小的馈线；将原有馈线断开后增加3G干放。,（5）如果采用共天馈的两系统的频段有交错时可以用较复杂结构的合路器合路，也可以考虑各自的基站单独加滤波器，由功合器（
22、功分器反接）实现合路。,（6）分天馈系统时，除了被干扰系统加装带通滤波器规避阻塞干扰，其他干扰形式就必须依靠天线间的空间距离来增加系统间隔离度，实际场景中主要是水平隔离。通过理论分析和测试确定的系统间隔离度要求，加上两系统室内天线的增益，可以计算出规避干扰对空间隔离的要求。,（7）当GSM和TD系统共室内分布系统时，由于TD输出功率比GSM相比小，且两系统保证同覆盖时有610dB的功率分配差，因此要弥补同覆盖功率分配差，就必须以满足TD系统覆盖要求为标准建设室内分布系统。,7.4.5 TD室内分布系统技术方案,1指标要求 2边缘场强要求 3功率配置方案,（1）功率配置方案,表7-6 直放站输出
23、功率预算表,（2）天线口输出功率要求,P-CCPCH信道功率为05dBm；在部分场合，为更好地满足业务需求，可适当减少单个天线的覆盖范围，天线口P-CCPCH信道功率也可达到7dBm。,4频率配置方案,TD-SCDMA室内覆盖没有应用智能天线，影响了上行的解调灵敏度和下行的容量干扰，同时由于没有了波束赋形，导致系统的容量容易受到干扰的影响。,所以，建议室内、外异频配置。为了减少室内、外相互之间的干扰，室内覆盖频率配置方案如下：在频率资源、厂家设备支持的情况下，室内覆盖与室外覆盖尽量采用异频组网方式；在频率紧张的情况下，应保证与室外有切换关系的室内小区的主载频与室外小区主载频保持异频。,5干放设
24、计要求,干放的工作原理是直接耦合基站信号，经过高线性功放放大、滤波器滤波，最后通过室内分布系统进行覆盖，从而实现良好的室内覆盖效果。,在设计中，可以根据链路预算采用1W、2W、5W、10W 的干放。,6无源器件要求,在无源器件（天线、功分器、耦合器）改造过程中，考虑到TD-SCDMA、WCDMA 系统：无源器件频率范围必须满足885MHz2400MHz。再考虑WLAN系统的合路：无源器件工作频率范围必须满足885MHz2500MHz。,7天线和无源器件的增加,由于TD-SCDMA 系统频率较高，空间损耗较大，绕射能力差，通常需要在2G 的基础上进行天线分裂，增加天线数量由于前期建设的GSM网络
25、天线口功率较高（一般在10dBm 左右） 。,单个天线覆盖半径大，一般在20m左右，所以在改造过程中，需要视环境增加天线进行覆盖，当然也同时需要增加分路器等器件。,8传输配置方案,表7-7 无线网传输配置方案,小 结,完整的覆盖是一个高质量移动通信网络的必要条件，所以在一些室外基站信号不能有效覆盖的情况下，必需考虑一些增强覆盖的方法。室外基站信号不能有效覆盖的地点有两种情况，一类是室外的弱覆盖区，另一类是室内的弱覆盖区，其中以城市中的室内弱覆盖区问题更为重要。,增强覆盖系统作为基站的延伸，可以采用直放站、微基站或者射频拉远等方法来实现。直放站具有设备简单、价格低廉、应用灵活等特点，所以在增强覆
26、盖系统中应用广泛，其缺点在于直放站本身没有容量且对施主基站具有干扰。,直放站一般分为无线直放站和光纤直放站两类。通过直放站和干放外加其他射频无源器件，可以构成室内分布系统。室内分布系统的设计需要综合考虑投资、室外无线环境、基站资源、室内建筑特点、预期覆盖效果等各方面的因素，要考虑各项效益的最大化。,在3G网络中引入了射频拉远的方案，这使得3G网络中的室内覆盖系统和2G时代相比有了更多的选择。,同时由于3G网络的频段较高，使得电波传播特性也和原有的2G网络有所区别，这就要求3G网络的室内分布系统必须改造原有的分布系统，而不能简单地进行合路。,在对原有系统进行改造中要考虑设计指标的变化、信源传输的要求、干放指标的要求、天线覆盖要求、无源器件改造要求、馈线改造要求等方面。,
