WCDMA綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要　建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)是解決室內(nèi)覆蓋問題的一個(gè)重要方法，本文針對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中4個(gè)重要方面：鏈路預(yù)算、信源的選擇、多系統(tǒng)間的干擾、天線的布放進(jìn)行了深入分析，指出了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一些基本事項(xiàng)，并給出了相關(guān)建議。

1、前言

??? 3G的魅力在于高速數(shù)據(jù)與多媒體業(yè)務(wù)，而視頻電話、視頻流、游戲等高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一般都發(fā)生在舒適的室內(nèi)環(huán)境中，這些業(yè)務(wù)功能都需要較大的系統(tǒng)容量和良好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。3G時(shí)代60%-70%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將發(fā)生在室內(nèi)，如歐美國(guó)家和中國(guó)香港地區(qū)的統(tǒng)計(jì)顯示室內(nèi)移動(dòng)電話話務(wù)量約占總話務(wù)量的1/3；日本NTT DoCoMo的調(diào)查發(fā)現(xiàn)3G用戶的室內(nèi)使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。解決室內(nèi)覆蓋的主要方法是建設(shè)室內(nèi)覆蓋分布系統(tǒng)，室內(nèi)分布系統(tǒng)的基本原理是將室外信號(hào)通過有線方式引入到室內(nèi)，再通過小型天線將信號(hào)發(fā)送出去，從而提高室內(nèi)覆蓋水平。3G時(shí)代建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)目的不僅僅是為了解決建筑物內(nèi)部的信號(hào)盲區(qū)、弱區(qū)，解決建筑物內(nèi)部信號(hào)雜亂造成的通話質(zhì)量差，分擔(dān)室內(nèi)話務(wù)量改善網(wǎng)絡(luò)擁塞，也是企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。WCDMA是3G三大主流技術(shù)之一，WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)將是未來的一個(gè)熱點(diǎn)，本文將重點(diǎn)探討室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。

??? 射頻綜合室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括信號(hào)源、天饋信號(hào)分布系統(tǒng)。由于CDMA制式是自干擾系統(tǒng)，所以室內(nèi)外系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)與2G系統(tǒng)有很大不同。對(duì)于WCDMA系統(tǒng)，室外宏蜂窩主要是下行容量受限即功率受限。而室內(nèi)分布系統(tǒng)則是上行容量受限，其主要原因有兩點(diǎn)。一是WCDMA室外宏基站基本為一發(fā)二收，可以有效提高上行接收靈敏度，而室內(nèi)分布系統(tǒng)無接收分集導(dǎo)致上行受限；二是室內(nèi)過多的天線也導(dǎo)致干擾增大，影響了系統(tǒng)容量。

??? 下面針對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)中的幾個(gè)主要問題進(jìn)行具體分析。

2、鏈路預(yù)算

??? 在進(jìn)行鏈路預(yù)算時(shí)，首先是鏈路模型的選擇，室內(nèi)傳播模型主要有以下5種：衰減因子模型、Motley經(jīng)驗(yàn)公式、對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型、Ericsson多重?cái)帱c(diǎn)模型及射線跟蹤模型。

??? 在選擇傳播模型時(shí)需要注意傳播模型的適用范圍和各參數(shù)意義。目前用的最多的是室內(nèi)衰減因子模型。計(jì)算公式如式（1）所示。

　?。?）

??? 其中：

??? L（do）：距離天線口1 m處自由空間損耗；

??? a：不同室內(nèi)環(huán)境的衰減因子；

??? F：隔墻損耗；

??? d：傳輸距離。

??? 對(duì)于WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)，一般采用導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度和主導(dǎo)頻Ec/Io衡量網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況。WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用導(dǎo)頻功率進(jìn)行鏈路預(yù)算，CPICH（公共導(dǎo)頻信道）、SCH（同步信道）和CCPCH（公共控制物理信道）分配固定的功率，DPCH（專用物理信道）發(fā)射功率按需分配，一般情況下導(dǎo)頻功率約為總功率的10%，其他同步信道功率及控制信道功率大約為10%。以10 W信源為例，導(dǎo)頻功率約為30 dBm。WCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)。邊緣覆蓋場(chǎng)強(qiáng)的設(shè)計(jì)需要綜合考慮業(yè)務(wù)覆蓋需求和無線環(huán)境情況：數(shù)據(jù)速率越高，CPICH Ec/Io要求越高；無線環(huán)境越復(fù)雜，干擾越嚴(yán)重，邊緣場(chǎng)強(qiáng)要求越高。一般情況下，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)覆蓋范圍比語音業(yè)務(wù)覆蓋范圍要小，為保證高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的覆蓋，需要更高的發(fā)射功率。WCDMA室內(nèi)分布設(shè)計(jì)與室外規(guī)劃類似，需要結(jié)合業(yè)務(wù)需求和無線情況決定邊緣設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)。一般情況下，要求目標(biāo)覆蓋區(qū)域內(nèi)95%以上位置，導(dǎo)頻信號(hào)強(qiáng)度≥-90 dBm，導(dǎo)頻Ec/Io≥-12 dB（50%負(fù)載）。業(yè)務(wù)類型與典型CPICH Ec/Io要求見表1，對(duì)于部分區(qū)域如果要滿足384 kbit/s業(yè)務(wù)要求，則相應(yīng)要提高CPICH Ec/Io。

表1　業(yè)務(wù)類型與典型CPICH Ec/Io要求

3、信源的選擇

??? 室內(nèi)分布系統(tǒng)信源的選擇主要取決于室內(nèi)分布系統(tǒng)未來的話務(wù)量需求，需要綜合考慮室內(nèi)分布潛在的話務(wù)需求和室外基站的話務(wù)余量。如果采用直放站作為信源，一般情況下忙時(shí)室內(nèi)話務(wù)總量不要超過室外施主基站的1/3。WCDMA典型區(qū)域各種類型業(yè)務(wù)的容量見表2，在選擇施主基站時(shí)需要綜合考慮室內(nèi)外話務(wù)情況。

表2? WCDMA典型區(qū)域各種類型業(yè)務(wù)的容量（下行加載50%）

??? 在信源使用上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

●采用直放站信源時(shí)為降低干擾，在光纜資源許可條件下，優(yōu)先選用光纖直放站。

●對(duì)于無線直放站信源，首選主導(dǎo)頻所在的基站小區(qū)為信源點(diǎn)，一般要求最強(qiáng)CPICH Ec/Io＞-7 dB，最強(qiáng)CPICH RSCP（接收信號(hào)碼域功率）大于-65 dBm。

●室內(nèi)覆蓋站點(diǎn)與信源點(diǎn)基站的光纖直線距離一般應(yīng)小于1 km，考慮到光纖路由成本及基站小區(qū)鄰區(qū)配置的復(fù)雜性，優(yōu)先選擇光纖路由短的基站小區(qū)作為接入信源。

●施主基站的選擇需要兼顧原覆蓋小區(qū)的容量和覆蓋需求。采用宏基站做信源的室外小區(qū)，每個(gè)宏基站原則上只為1至2個(gè)室內(nèi)覆蓋站點(diǎn)提供信源，最多不要超過3個(gè)，防止施主基站底噪的快速抬升（室外覆蓋主要有宏蜂窩和微蜂窩。如果用于室內(nèi)覆蓋其容量必須有一定冗余，因此，一般情況下不會(huì)在微蜂窩基站下接無線直放站）。

●若室內(nèi)覆蓋站點(diǎn)附近的基站小區(qū)話務(wù)量均比較高（原則上大于40 Erl）或已為多個(gè)站點(diǎn)提供信源，則考慮選用微蜂窩設(shè)備作為信源。

●在話務(wù)量繁忙（如繁華商業(yè)區(qū)）且欲覆蓋站點(diǎn)多的區(qū)域，可考慮建設(shè)專用于室內(nèi)覆蓋的宏基站（一般將專門用于解決室內(nèi)覆蓋的宏基站稱為專建基站，該基站不做室外覆蓋）作為室內(nèi)覆蓋的信源點(diǎn)，原則上每個(gè)專建基站的小區(qū)可為1至3個(gè)室內(nèi)覆蓋站點(diǎn)提供信源。

●為降低今后的維護(hù)、運(yùn)營(yíng)成本，在滿足覆蓋質(zhì)量要求和投資預(yù)算的前提下，盡量減少干線放大器的使用數(shù)量。

●在信源容量滿足室內(nèi)覆蓋要求前提下，可以采用干線放大器擴(kuò)大覆蓋面積，但不建議串聯(lián)使用，并聯(lián)使用時(shí)建議每個(gè)信號(hào)源所帶干線放大器不超過5臺(tái)。

4、系統(tǒng)間干擾的分析

??? 多系統(tǒng)共用室內(nèi)分布系統(tǒng)最重要的問題是系統(tǒng)間干擾的控制，抑制干擾的主要方法是增加頻帶隔離、降低干擾源功率或增加空間隔離。對(duì)于室內(nèi)分布系統(tǒng)降低干擾的主要方式是增加頻帶隔離和增加系統(tǒng)隔離度。目前主要的移動(dòng)/無線通信系統(tǒng)工作頻段見表3。

表3　主要的移動(dòng)/無線通信系統(tǒng)工作頻段

??? 目前系統(tǒng)間干擾主要有雜散干擾、互調(diào)干擾及阻塞干擾，要解決干擾問題需要遵循3條基本原則[1]：

●對(duì)于雜散干擾，被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)比它的接收機(jī)噪聲基底低10 dB。

●對(duì)于互調(diào)干擾，在被干擾基站生成的三階互調(diào)干擾（IMP3）電平應(yīng)比接收機(jī)噪聲基底低10 dB。

●對(duì)于阻塞干擾，被干擾站從干擾站接收到的總載波功率應(yīng)比接收機(jī)的1 dB壓縮點(diǎn)低5 dB。

??? 一般情況下雜散是最嚴(yán)重的系統(tǒng)間干擾，如果能夠滿足第一條原則，其他兩條也可滿足。從表3可以看出，WCDMA上行（1920-1 980 MHz）與CDMA1900下行（1 980-1 985 MHz）相鄰，兩者相互干擾影響最嚴(yán)重，因此以這兩者干擾為例分析系統(tǒng)隔離度要求。

??? 假設(shè)WCDMA與CDMA1900共用室內(nèi)分布系統(tǒng)，需要采取一定的措施避免CDMA1900系統(tǒng)下行對(duì)WCDMA系統(tǒng)上行的干擾。下面以12.2 kbit/s語音業(yè)務(wù)為例進(jìn)行分析。

??? 假設(shè)：1 900 MHz CDMA信源帶外雜散為Ic=-67 dBm/100 kHz；WCDMA基站熱噪聲密度為-174 dBm/Hz，基站接收機(jī)噪聲系數(shù)為5.0 dB，干擾余量為3.0 dB，所需Ec/Io為5 dB：合路器隔離度為A；WCDMA系統(tǒng)能允許的最大雜散干擾Iw-max，計(jì)算過程如下：

??? 根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，雜散規(guī)避準(zhǔn)則可以表述為“為保證良好的系統(tǒng)性能，不同系統(tǒng)應(yīng)有一定的隔離度。對(duì)于雜散干擾。被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)比它的接收機(jī)噪聲基底低10 dB，那么被干擾基站的接收靈敏度下降低于0.5 dB"。如式（2）所示。

??? Iw-max≤Lc-A ˊ　 （2）

??? 其中：Iw-max為WCDMA系統(tǒng)所允許的最大雜散干擾；Lc為接收機(jī)噪聲基底；Aˊ為雜散隔離度要求，一般為10 dBm。

??? 處理增益為：10lg3.84 Mbit/s/12.2 kbit/s=25 （dB）　　（3）

??? 接收機(jī)噪聲功率為：-174+5=-169（dBm/Hz）　?。?）

??? 3.84 MHz帶寬內(nèi)接收機(jī)噪聲功率為：-169+10lg3.84+60=-103.2（dBm）　?。?）

WCDMA接收機(jī)的靈敏度（即無干擾條件下接收機(jī)噪聲基底）為：-103.2-25+3+5=-120（dBm）　?。?）

??? 所允許的最大雜散干擾為：Iw-max=-120-10=-130（dBm）

??? CDMA1900信源頻帶外雜散干擾為-67 dBm/100 kHz，則其在WCDMA頻帶內(nèi)的雜散干擾為-67+10lg38.4=-51.2（dBm）。

??? 因此，所需隔離度為：-130-（-51.2）=-78.8（dB）。

5、天線的布放

??? 室內(nèi)分布系統(tǒng)的天線布放雖簡(jiǎn)單但重要，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。一般遵循“小功率，多天線”的原則，保證信號(hào)均勻覆蓋整個(gè)目標(biāo)建筑物。采用小功率的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)易于控制，輻射小，對(duì)外干擾?。蝗秉c(diǎn)是會(huì)提高整個(gè)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的總造價(jià)，因此需要在布放原則和經(jīng)濟(jì)性之間尋找最佳平衡點(diǎn)。由于室內(nèi)傳播環(huán)境的復(fù)雜性，所以進(jìn)行天線布放前進(jìn)行模擬測(cè)試。天線的布放與建筑物結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，需要根據(jù)模擬測(cè)試效果選擇天線布放位置，同時(shí)考慮不同樓層結(jié)構(gòu)的差異性。模擬測(cè)試需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：

●若建筑物包含不同類型的樓層/區(qū)域結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)每一種結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行模擬測(cè)試。

●每一種建筑結(jié)構(gòu)類型都應(yīng)給出模擬測(cè)試天線的具體位置以及相應(yīng)的目標(biāo)覆蓋區(qū)域，目標(biāo)覆蓋區(qū)內(nèi)所選的測(cè)試點(diǎn)必須具有代表性。

●目標(biāo)覆蓋區(qū)內(nèi)模擬測(cè)試點(diǎn)應(yīng)包括建筑物邊緣及縱深區(qū)域。

●為降低干擾，提高容量，應(yīng)對(duì)相鄰天線交疊覆蓋區(qū)域內(nèi)的模擬測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)

1　Kyoung ⅡKim著.劉曉宇，杜志敏譯.CDMA系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化.北京：人民郵電出版社，2000

2　3GPP TS25.104（REL-7）.Base station（BS）radio transmission and