3G室內(nèi)分布系統(tǒng)分析

摘要　文章針對部署3G網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容——室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)，對分布系統(tǒng)信源選擇、傳輸介質(zhì)選擇等幾種主要策略進(jìn)行了評估，并就多系統(tǒng)共用2G室內(nèi)分布系統(tǒng)在覆蓋和容量的統(tǒng)籌考慮，以及合路器、饋線等分布系統(tǒng)器件的共用和更新等問題提出了一些建設(shè)性的意見。

　　目前，國外的3G運(yùn)營商充分認(rèn)識到室內(nèi)分布系統(tǒng)的重要性，紛紛投入了大量的人力物力進(jìn)行室內(nèi)覆蓋的研究和建設(shè)。由于我國還沒有真正意義上的3G商用網(wǎng)絡(luò)，因此在3G室內(nèi)覆蓋方面尚處于探索階段。

　　在本文中，筆者根據(jù)從事移動(dòng)通信規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)，就3G室內(nèi)覆蓋的主要問題進(jìn)行了分析，這包括分布系統(tǒng)信源的選擇、傳輸介質(zhì)的選擇以及多系統(tǒng)共用2G室內(nèi)分布系統(tǒng)等，并結(jié)合韓國SKT、香港SUNDAY等已經(jīng)建立3G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)運(yùn)營商在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的相關(guān)措施和經(jīng)驗(yàn)，得出了一些結(jié)論。

1、室內(nèi)覆蓋的重要意義

　　與目前2G網(wǎng)絡(luò)主要業(yè)務(wù)量來自于室外的情況不同，3G網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)量來自于室內(nèi)。根據(jù)香港SUNDAY對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集結(jié)果可知，3G業(yè)務(wù)的室內(nèi)發(fā)話量占總發(fā)話量的一半以上。而NTT DoCoMo的3G商用網(wǎng)絡(luò)用戶分布統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，大約70%的業(yè)務(wù)量來自于室內(nèi)。3G商用網(wǎng)絡(luò)的用戶分布統(tǒng)計(jì)分析見圖1，而其室內(nèi)話務(wù)量明細(xì)見圖2。




圖1　3G商用網(wǎng)絡(luò)用戶分布統(tǒng)計(jì)分析




圖2　室內(nèi)話務(wù)量明細(xì)

　　因此，提高室內(nèi)覆蓋能力，不僅可以給用戶帶來更好的業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)，還可以分散過密地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)壓力，更可以與其他運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)爭奪室內(nèi)話務(wù)量?？梢钥隙ǖ氖牵覂?nèi)覆蓋的完善是3G取得成功的關(guān)鍵因素之一。

　　但是，由于3G工作在超短波頻段，而且電波繞射能力差，穿透損耗較大，因此網(wǎng)絡(luò)的深層次覆蓋存在著缺陷。和目前的2G網(wǎng)絡(luò)相比，3G網(wǎng)絡(luò)會有更多弱信號區(qū)出現(xiàn)，特別是在建筑物內(nèi)部，更是存在著盲區(qū)多、易斷線、網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。韓國最大的移動(dòng)通信運(yùn)營商SKT根據(jù)網(wǎng)管數(shù)據(jù)和每年進(jìn)行的兩次全國性用戶問卷調(diào)查，以及處理用戶投訴結(jié)果，得出了一個(gè)結(jié)論：大部分服務(wù)質(zhì)量差的位置都在室內(nèi)，而大部分投訴正是因?yàn)橛脩魧Υ瞬粷M而產(chǎn)生的。因此，3G需要比2G更早、更全面地部署室內(nèi)覆蓋。

　　目前，各主要移動(dòng)通信運(yùn)營商對于室內(nèi)覆蓋建設(shè)的戰(zhàn)略意義有著非常清晰的認(rèn)識，在建設(shè)上也是不遺余力。截至2005年第三季度，NTT DoCoMo將30%的基站資源用于室內(nèi)覆蓋，規(guī)模達(dá)到了3800個(gè)室內(nèi)分布系統(tǒng)。而且根據(jù)計(jì)劃，NTT DoCoMo的室內(nèi)覆蓋建設(shè)力度還會繼續(xù)加大。

　　在3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)計(jì)劃中，我國移動(dòng)運(yùn)營商對室內(nèi)覆蓋予以了高度的關(guān)注，明確提出了這樣的覆蓋目標(biāo)：要在1～2年的時(shí)間內(nèi)，使3G室內(nèi)覆蓋達(dá)到3G覆蓋區(qū)內(nèi)現(xiàn)有2G的室內(nèi)覆蓋水平。這個(gè)愿望是良好的，目標(biāo)也是正確的，但是具體實(shí)施起來仍然有很多問題需要解決。下面就一些主要問題展開討論。

2、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)信號源選擇

　　按照信號來源，室內(nèi)覆蓋解決方案可劃分為宏蜂窩基站、微蜂窩基站、射頻拉遠(yuǎn)基站和直放站等。

　　目前，國內(nèi)2G網(wǎng)絡(luò)使用最多的室內(nèi)覆蓋方法是宏蜂窩基站加定向天線，該方法主要用于建筑物密封性較差或者建筑物較稀的地方，實(shí)現(xiàn)方式是將天線直接對準(zhǔn)目標(biāo)建筑物覆蓋，并采用窄水平半功率角寬垂直波瓣的天線和適當(dāng)?shù)奶炀€輸出功率，優(yōu)點(diǎn)是室外宏蜂窩基站可以同時(shí)提供覆蓋區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)資源可以同時(shí)為室內(nèi)和室外的用戶服務(wù)；缺點(diǎn)也是顯而易見的，該方法不能確保建筑物內(nèi)部的完全覆蓋，也不能提高頻率復(fù)用度。

　　在3G網(wǎng)絡(luò)中，宏蜂窩方式的使用可能會減少。如前所述，3G網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)量產(chǎn)生于室內(nèi)，而作為3G特色的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求的接收機(jī)靈敏度要高于話音業(yè)務(wù)，如果仍然使用室外宏基站來確保室內(nèi)的覆蓋質(zhì)量，則必然會減小室外基站的站距，從而增加室外站的數(shù)量；另外，由于高層有比較嚴(yán)重的導(dǎo)頻污染，如果高大建筑物的高層部分由室外宏基站提供服務(wù)，那么用戶將接收到來自于周圍基站設(shè)備產(chǎn)生的多個(gè)強(qiáng)干擾，此時(shí)，用戶如果想通話，則終端需要更大的功率，也就意味著將會產(chǎn)生更多的干擾，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)通信質(zhì)量下降。

但是，某些特定環(huán)境確實(shí)需要通過室外基站來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋。香港的SUNDAY在3G室內(nèi)覆蓋方面遇到的問題比較有代表性。香港高樓林立(每平方公里平均630棟高樓，平均樓高45米)，與業(yè)主談判難度大，周期長，租賃成本高。作為香港最小的移動(dòng)運(yùn)營商之一，SUNDAY根本無力在大部分高樓里建設(shè)室內(nèi)分布覆蓋系統(tǒng)。因此，在保證重點(diǎn)建筑室內(nèi)覆蓋的基礎(chǔ)上，SUNDAY在絕大多數(shù)情況下都是采用室外基站+定向天線的方式來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的。其中：

　　(1)高層室內(nèi)覆蓋往往是通過上傾扇區(qū)和更寬的垂直面波束的小天線來實(shí)現(xiàn)的。

　　(2)底層室內(nèi)覆蓋則往往是利用小天線低下傾的方式來完成的。

　　作為一種不得已的做法，室外基站加定向天線的室內(nèi)覆蓋效果并不理想，這種方式不能完全解決信號盲區(qū)、弱區(qū)的問題，更重要的是，它會給后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作帶來很大的壓力。因此在國內(nèi)，另外三種方式很可能會在3G室內(nèi)覆蓋方面獲得更加廣泛的應(yīng)用，下面分別進(jìn)行闡述。

　　(1)微蜂窩加室內(nèi)信號分布方式。該方式采用獨(dú)立的基站系統(tǒng)，可以獨(dú)立承載話務(wù)量，并能分擔(dān)宏小區(qū)話務(wù)。該方式雖然需要傳輸和供電設(shè)備，但是實(shí)施簡單，無需機(jī)房資源，更重要的是能夠提供更多的網(wǎng)絡(luò)資源，可以靈活結(jié)合具體室內(nèi)分布系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋。因此，該方式通常應(yīng)用于面積比較大或者人流量比較大、話務(wù)量比較高的室內(nèi)覆蓋。該方式也是目前SKT主要的室內(nèi)覆蓋解決方案之一。

　　(2)射頻拉遠(yuǎn)基站采用室內(nèi)/室外混合覆蓋。該方式的優(yōu)點(diǎn)在于建設(shè)成本低，室外基站的基帶部分可以同時(shí)處理室內(nèi)和室外的話務(wù)量，無需嚴(yán)格的機(jī)房和建站條件，同時(shí)可靈活地結(jié)合具體的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，并且配置和實(shí)施十分靈活。缺點(diǎn)在于要仔細(xì)核算基站的基帶所能承載的處理能力，同時(shí)遠(yuǎn)端無線接入設(shè)備需要獨(dú)立的傳輸和供電設(shè)備。

　　SKT正在積極嘗試該方法。SKT通過采用相當(dāng)數(shù)量的基站耦合方式，利用光纖加干放拉遠(yuǎn)解決室內(nèi)覆蓋，在全國共部署600多個(gè)點(diǎn)，效果很好。

　　(3)直放站加室內(nèi)信號分布方式。該方式實(shí)施簡單，但因?yàn)闆]有提供新的網(wǎng)絡(luò)資源，該方式適用于話務(wù)量較低的建筑。同時(shí)，它還需要保證直放站接收和發(fā)射天線之間的隔離度。對于地下室、停車場等強(qiáng)調(diào)覆蓋而非容量的建筑，直放站是不錯(cuò)的選擇。

　　從國內(nèi)部分移動(dòng)運(yùn)營商的建設(shè)方案可以看出，直放站將成為解決室內(nèi)覆蓋的重要手段之一：對于無法利用室外基站信號達(dá)到良好室內(nèi)覆蓋的有價(jià)值的公共場所，直放站的使用比例一般會在50%以上，很多地市甚至計(jì)劃全部采用直放站的方式來解決室內(nèi)覆蓋。

　　需要指出的是，直放站干擾是困擾我國移動(dòng)運(yùn)營商的主要問題之一，從某種意義上說，直放站是一把雙刃劍。但是，從SKT使用的案例中我們可以看到，如果使用的方法科學(xué)，直放站對基站的影響并不是很大。一般情況下，SKT使用小功率的直放站實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋，而對于大功率的射頻直放站、光纖直放站，SKT認(rèn)為并不適用于室內(nèi)覆蓋。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署中，SKT在全國范圍內(nèi)的直放站超過10萬個(gè)，其中光纖直放站約5000個(gè)，大部分用于室外覆蓋，僅80個(gè)用于室內(nèi)，其中大部分還是針對不能安裝基站的大型住宅區(qū)；射頻直放站約10萬個(gè)，99%為500mW的小型自適應(yīng)小功率直放站，主要用于地下停車場、咖啡廳、辦公室、小商鋪以及臺球廳等覆蓋面積比較小的場所。SKT還經(jīng)常使用手掌大小的增益為0dB的直放站，用于解決某些公寓區(qū)中單家庭的服務(wù)質(zhì)量不良的問題。

　　綜上所述，室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源選擇需要綜合考慮建筑物的覆蓋、容量和周圍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等關(guān)鍵因素，一般應(yīng)該遵循如下原則：

　　◆對于低話務(wù)密度、小規(guī)模覆蓋且較為封閉的場景，優(yōu)先選用直放站作為信號源，這樣可以充分利用室外宏基站的容量。

　　◆對于中等話務(wù)密度和中等覆蓋規(guī)模的場景，優(yōu)先選用微蜂窩作為信號源。

　 ◆對于高話務(wù)密度和大覆蓋規(guī)模的場景，優(yōu)先選用射頻拉遠(yuǎn)模塊作為信號源。

3、3G室內(nèi)分布系統(tǒng)的射頻信號傳輸介質(zhì)選擇

對于已有2G室內(nèi)分布系統(tǒng)的建筑，2G和3G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的比例一般將會在70%以上，某些地市甚至將會超過90%。2G和3G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的最大優(yōu)勢，就在于可以減少網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)投資和多次工程帶來的不便和危險(xiǎn)。根據(jù)筆者測算，近兩年建設(shè)的分布系統(tǒng)，共用分布系統(tǒng)需更換的設(shè)備的投一般不高于20%，節(jié)省下來的投資相當(dāng)可觀。

　　此外，在2G室內(nèi)覆蓋的區(qū)域應(yīng)盡量減少與GSM間的系統(tǒng)切換，這就要求3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋要做到與原有的2G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋相同。最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法是采用共用室內(nèi)分布系統(tǒng)。

　　下面將就多系統(tǒng)如何共用室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行闡述。3G室內(nèi)分布系統(tǒng)按射頻信號傳輸介質(zhì)來劃分，可分為同軸電纜分布、光纖分布和泄漏電纜分布等方式。根據(jù)中繼方式的不同，可分為無源分布系統(tǒng)和有源分布系統(tǒng)。針對不同的建筑物，應(yīng)選擇不同的解決方案。同軸電纜分布的優(yōu)點(diǎn)是成本低，設(shè)計(jì)方案靈活，易于維護(hù)，可兼容多種移動(dòng)通信系統(tǒng)，缺點(diǎn)是覆蓋范圍受同軸電纜傳輸損耗的限制。光纖分布的優(yōu)點(diǎn)是傳輸損耗低，易于設(shè)計(jì)和安裝，可兼容多種移動(dòng)通信系統(tǒng)，缺點(diǎn)是遠(yuǎn)端模塊需要供電。泄漏電纜分布的優(yōu)點(diǎn)是信號強(qiáng)度均勻，缺點(diǎn)則是安裝要求十分嚴(yán)格，每隔1米就要求裝一個(gè)掛鉤，懸掛起來時(shí)電纜不能貼著墻面，而且至少要與墻面保持2厘米的距離，這不但會影響環(huán)境的美觀，而且價(jià)格是普通電纜的2倍。這些分布方式的系統(tǒng)組成可以是某種單一的傳輸介質(zhì)，也可以是多種介質(zhì)的靈活組合。這些組成方式也就是室內(nèi)分布系統(tǒng)的功率分配方式的表現(xiàn)形式。

　　(1)根據(jù)覆蓋面積選取合適的分布系統(tǒng)
　　例如，對于覆蓋面積較大、需布放較多天線的場景，可根據(jù)實(shí)際情況選用有源分布系統(tǒng)或光纖分布系統(tǒng)。
　　(2)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)選取合適的分布系統(tǒng)
　　例如，對于建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單、墻體屏蔽較小、樓層較低但建筑物較為分散的場景優(yōu)先選用光纖分布系統(tǒng)；而對于建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)狹長的特別區(qū)域，可選用泄漏電纜分布系統(tǒng)。
　　(3)根據(jù)信源方式選取合適的分布系統(tǒng)
　　對于信源方式為小功率直放站或微/宏蜂窩的場景，優(yōu)先選用有源分布系統(tǒng)；對于信源方式為中功率直放站和大功率直放站的場景，優(yōu)先選用無源分布系統(tǒng)。

4、2G和3G的室內(nèi)分布系統(tǒng)共用

4.1　覆蓋和容量的統(tǒng)籌考慮

　　一方面，應(yīng)根據(jù)共用室內(nèi)分布系統(tǒng)的各無線通信系統(tǒng)的情況，盡量滿足覆蓋和容量的要求。例如，考慮到3G在室內(nèi)的鏈路損耗一般比GSM900大8dB～12dB，所以一般需要增加一定數(shù)量的天線點(diǎn)，以滿足3G覆蓋和容量的要求。
　　另一方面，由于CDMA網(wǎng)絡(luò)是自干擾系統(tǒng)，室內(nèi)分布系統(tǒng)的信號泄漏容易造成對室外信號的干擾，容易導(dǎo)致室外用戶選用室內(nèi)信號，使軟切換增多，從而影響室外的掉話率，同時(shí)過多的軟切換也會浪費(fèi)系統(tǒng)的容量。
　　因此，在設(shè)計(jì)3G室內(nèi)分布系統(tǒng)時(shí)，要采用多天線、小功率的方法，減少室內(nèi)天線的輸出電平，以控制信號泄漏電平；其次，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)模擬測試，對泄漏問題增強(qiáng)預(yù)知性；在靠近窗戶、門口等邊緣區(qū)域，應(yīng)采用方向性較好的定向天線，以減少信號的泄漏。

　　4.2　分布系統(tǒng)器件的共用或更新

　　3G與2G共用室內(nèi)分布系統(tǒng)，對原有系統(tǒng)的改動(dòng)除了要考慮電源和傳輸外，還需考慮以下問題：

　　(1)室內(nèi)分布式系統(tǒng)的寬帶部件，如饋纜、接頭部件，應(yīng)滿足3G使用頻段的需求。各樓層分布式天線、耦合器、功分器、合路器也要支持3G使用頻段。

　　目前，我國主要的室內(nèi)分布系統(tǒng)包括GSM900MHz、CDMA800MHz、PHS等，對現(xiàn)有2G室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，不僅要滿足3G的要求，還應(yīng)兼顧WLAN的發(fā)展需要。這就要求改造后的室內(nèi)分布系統(tǒng)支持885MHz～2500MHz的工作頻率范圍：

　 ◆在基站設(shè)備接入端增加雙工合路器，以保證系統(tǒng)間隔離度的要求。

　　◆部分系統(tǒng)原有的分布饋線為細(xì)饋線，信號傳輸損耗大，可能需要更換為粗饋線或光纖分布。

　　(2)現(xiàn)有的GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)使用的饋線大多為8D/10D/1/2，2000MHz與900MHz的損耗相差較大。工程中，1.9GHz頻率以上一般不采用8D和10D饋線，建議饋線改造按以下要求：

　　◆原有GSM分布系統(tǒng)的平層饋線中，長度超過5m的8D/10D饋線需更換為1/2饋線，主干饋線中不要使用8D/10D饋線；

　　◆原有GSM分布系統(tǒng)平層饋線中，長度超過50m的1/2饋線均需更換為7/8饋線，主干饋線中長度超過30m的1/2饋線，均需更換為7/8饋線；

　　◆考慮到進(jìn)行饋線改造所產(chǎn)生的饋線與接頭的成本控制的問題，更換下來的1/2饋線與接頭可以用于更換8D/10D饋線；

　　◆由于有源器件無法共用，需要增加雙工分路器、干放、雙工合路器及多頻段合路器等。

　　(3)近兩年建設(shè)的2G室內(nèi)分布系統(tǒng)，很多都已經(jīng)充分考慮了與3G共用的問題，所以在3G的室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中，只需增加以下部件：

　　◆信號源可以是蜂窩基站、遠(yuǎn)端射頻單元或直放站；

　　◆至少增加等量的3G干線放大器、多頻合路器和分路器，并且增加一個(gè)干線放大器和兩個(gè)相應(yīng)的多頻合路器；

　　◆根據(jù)原有天線的距離，適當(dāng)改變天線的位置。

　　需要在此處指出的是，改造室內(nèi)分布系統(tǒng)最主要的工作之一，就是選用能夠滿足系統(tǒng)間隔離度要求的合路器。這是因?yàn)橄到y(tǒng)間干擾的主要類型包括發(fā)射機(jī)雜散、接收機(jī)阻塞、互調(diào)干擾等。前兩種干擾可以通過增加系統(tǒng)間隔離度來減小干擾，而互調(diào)干擾則復(fù)雜一些，需要避免使用有源放大器件，還需要保證合路器的無源互調(diào)抑制指標(biāo)。這就對合路器的性能提出了非常嚴(yán)格的要求。

5、結(jié)束語

　　業(yè)務(wù)量分布的特點(diǎn)和3G頻段的特性，使3G的室內(nèi)覆蓋問題處在了非常重要的位置。一方面，已經(jīng)部署了3G商用網(wǎng)絡(luò)的NTT、SKT等運(yùn)營商在這方面取得的經(jīng)驗(yàn)，值得國內(nèi)移動(dòng)運(yùn)營商學(xué)習(xí)和借鑒。另一方面，我國移動(dòng)運(yùn)營商應(yīng)該充分利用在2G時(shí)代積累起來的優(yōu)勢資源。本文從上述兩個(gè)角度出發(fā)，對3G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的一些重要內(nèi)容進(jìn)行了闡述，并結(jié)合筆者在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)，提出了一些建設(shè)性的觀點(diǎn)，希望對從事相關(guān)研究的人們有所啟發(fā)。