城中村信号覆盖解决方案探讨

　　摘要　文章主要针对城中村覆盖难的问题进行分析，并通过路测、点测确定覆盖目标，继而利用室内覆盖系统的思路，提出相应的解决方案。
　　城中村由于其特殊的地理位置和人文环境，在城市中占有极其重要的位置。它低廉的房租，吸引着大量的外来劳务人员在此居住，人口十分密集。城中村的面积一般较大，且村内楼房密集，巷道狭窄，村内楼高一般为7、8层，对无线信号的传播影响很大。概括地说，整个城中村就像是一栋巨大的建筑物，在基站的覆盖范围之内有很多地方信号很弱，甚至出现信号盲区。对于城中村来说，一方面是密集的人口，市场潜力巨大；另一方面是密集的楼房，无线信号很难覆盖。各运营商对此都没有比较好的解决方法。随着手机的降价、资费的下调，移动电话的普及率越来越高，特别是在中低收入阶层，移动电话用户的数量正在快速的增长，城中村的移动电话信号覆盖已成为各运营商网络覆盖工作中的头等问题。联通汕头分公司在3年前就开始进行以室内覆盖系统解决城中村移动电话信号覆盖的试验，并取得一定成效。接下来，笔者以正在实施的汕头市H村室内覆盖工程为例进行介绍。
1、确定覆盖目标
　　H村内共有3个联通基站。根据现场室外路测和室内采样测试分析，一至三层的室内接收场强一般比同位置的室外接收场强低15dBm～30dBm。由路测结果来看，GSM室外接收场强大部分小于-80dBm，一至三层的室内接收场强大部分为-95dBm～-110dBm，甚至为盲区，呼叫困难，通话质量差。故本次方案主要解决城中村楼房一至三层的室内覆盖问题。
2、设计方案思路
　　2.1　覆盖方式
　　H村周边有3个双网基站。由于H村范围较大(0.5平方公里)，且村内楼层较高(一般为7-9层)，房间密集，通道狭窄，弱信号区域很多，需要较多的天线才能对其进行有效的覆盖，且分布区域较大，主用信号不一致，可以采用多安装点(共13安装个点)、低安装位置(2～3层之间)的方法，对巷道采用室外定向天线的覆盖方式，天线应尽量面向弱信号区，背对强信号区，同时可根据具体情况将天线适当下倾，以减少对强信号区和远方基站的干扰，避免出现不同基站覆盖造成局部缺乏主小区的现象。该设计方案共需要159个室外板状天线。
　　2.2　设备选取和信号源选取
　　因无线直放站存在隔离度的问题，且其在较大的输出功率上容易自激，因而用无线直放站难以达到覆盖要求。为保证系统稳定性和方便扩容，可以采用光纤直放站和基站直接耦合接干线放大器的方式对H村进行室外覆盖。
　　为了避免覆盖后出现局部缺乏主小区和频繁切换的现象。分布系统覆盖区应尽量选用原覆盖小区信号的方式，H村信源选取如下：
　　(1)在H村的西南角，主要由粤通基站的第一扇区(1031)覆盖，虽然巷道走向与基站天线一致，但由于巷道十分狭窄且楼层高度基本一致，信号覆盖仍较差。可以考虑用一组10W光纤直放站+四组5W干线放大器进行覆盖。
　　(2)在H村的东南角，主要有H村基站的第二扇区(1772)覆盖，同时，部分区域由粤通基站的第一扇区(1031)覆盖，由于巷道走向与基站天线不一致，由粤通基站的第一扇区(1031)覆盖的区域又较远，覆盖信号差。可以考虑用一组10W光纤直放站+二组5W干线放大器覆盖。
　　(3)在H村的东北角，主要由H村基站的第一扇区(1771)、第三扇区(1773)覆盖，小部分区域由H村基站的第二扇区(1772)和长江商海的第一扇区(691)覆盖。H村基站的第一扇区(1771)覆盖的区域靠近天山南路，楼与楼的间隔较大且楼层低，覆盖均较好，不考虑另外覆盖。H村基站的第三扇区(1773)覆盖的区域由于巷道走向与基站天线不一致，且巷道狭窄，覆盖均较差，可以考虑直接耦合H村基站的第三扇区(1773)接一组5W干线放大器进行覆盖。小部分靠近长江商海的区域由长江商海第一扇区(691)覆盖。
　　(4)在H村的西北角，主要由长江商海的第一扇区(691)、第二扇区(692)、第三扇区(693)覆盖，小部分区域由粤通基站的第一扇区(1031)覆盖。长江商海第三扇区(693)覆盖的区域靠近长江路，楼与楼之间间距很大，覆盖均较好，不考虑另外覆盖。长江商海的第一扇区(691)、第二扇区(692)覆盖的区域由于巷道走向与基站天线不太一致，且巷道狭窄，双网覆盖均较差(一小部分空旷地方信号覆盖较好，未考虑另外覆盖)。可以考虑在第一扇区(691)覆盖的区域用一组10W光纤直放站+一组5W干线放大器进行覆盖，第二扇区(692)覆盖的区域可以直接耦合接二组5W干线放大器进行覆盖。
3、设计方案分析
　　覆盖区域场强预测分析可用公式(1)计算：
　　3.1　覆盖区域场强预测分析
　　Ls(dB)=32.45+20 lg f(MHz)+20 lg d(km)
　　Ls：为室内空间传播损耗值；
　　f：为系统频率；
　　d：为距离。
　　以GSM系统为例，f取900MHz，代入公式(1)计算：
　　Ls(dB)=32.45+20 lg 900(MHz)+20 lg d(km)
　　可得：50m空间损耗约65.51dB；多路径衰落余量约15dB；墙体损耗25dB；天线增益7dB；天线口平均输出功率13dBm。
　　距天线最远点50米处的手机场强估算如下：
　　手机接收功率=天线口功率+天线增益-空间损耗-墙体遮挡损耗-多路径损耗=13dBm+7dB-65.51dB-25dB-15dB=-85.51dBm。距离与损耗之间的关系如表1所示：

表1　距离与损耗的关系

　　50米以内的手机接收场强均高于此值。
　　由模拟测试可知，当天线口功率为13dBm时，覆盖区域内距离天线最远点的手机场强基本上≥-85dBm。
　　3.2　直放站类型选择分析
　　对城中村进行覆盖时，采用无线射频直放站无法保证施主天线与覆盖天线之间的隔离度，容易因隔离度导致的问题使直放站自激，而使用光纤直放站或直接耦合不存在以上问题，且方便话务量较高时用微蜂窝替代光纤直放站。
　　3.3　上下行平衡分析
　　由于城中村分布系统采用的器件和馈线对上、下行信号的损耗相同，信号在空间传播时的损耗也是相同的，因此可以认为器件和馈线对信号的上、下行平衡没有影响。只有系统使用的直放站会对系统的上、下行平衡带来一定的影响，但这可以通过调整直放站的上下行增益来进行调节，使上、下行增益保持一致，以保证上、下行平衡的稳定。
　　3.4　系统上行噪声分析
　　根据接收电平来设计系统上行噪声电平及增益，假设：
　　LNT——系统上行噪声电平
　　LNR——到达信源基站口的噪声电平
　　L——系统主机到信源基站口的空间损耗
　　GUP——系统上行增益
　　NF——系统上行噪声系数
　　PC——信源基站输出功率
　　PO——直放站输出功率
　　∵LNR≤-120dBm　即　LNT-L≤-120dBm
　　∴LNT≤-120dBm+L　取LNT1=-120dBm+L(以LNT1区别于LNT)
　　对GSM网络：
　　LNT1=-121dBm+NF+GUP，L=PC-LRX
　　即　-121dBm+NF+GUP1=-120dBm+(PC-LRX)
　　∴GUP1=1-NF+PC-LRX
　　　　　=1-4dB+40dBm+50dBm=87dB
　　GDOWN=P0-LRX=34dB+50dBm=84dB
　　由上下行平衡原则，取GUP=min(GUP1，GDOWN)=84dB
　　可得：LNT=-121dBm+NF+GUP=-121dBm+4dB+84dB=-33dBm
　　即：系统上行噪声电平小于或等于-33dBm就不会干扰源基站。
　　对CDMA网络：
　　LNT1=113dBm+NF+GUP，L=PC-LRX
　　即-113dBm+NF+GUP1=-120dBm+(PC-LRX)
　　∴GUP1=-7-NF+PC-LRX
　　　　　=-7-4dB+40dBm+50dBm=79dB
　　GDOWN=PO-LRX=34dB+50dBm=84dB
　　由上下行平衡原则，取GUP=min(GUP1，GDOWN)=79dB
　　可得：LNT=-113dBm+NF+GUP=-113dBm+4dB+79dB=-30dBm
　　即：系统上行噪声电平小于或等于-30dBm就不会干扰源基站。
　　3.5　切换分析
　　为避免信号覆盖后形成新的孤岛小区或与频率规划相冲突而导致高误码质差，直放站施主基站的选择参考了测试结果中的小区覆盖分布图。
　　由于H村GSM网络覆盖绝大部分还是用原覆盖基站覆盖，无需改变原有邻小区设置，所以可保证正常的切换，不会产生掉话。
　　3.6　信号泄漏与干扰控制
　　由于H村分布系统覆盖天线布放于室外，没有普通室内分布系统的外墙和楼高(相对干道)来进行隔离，所以对外围基站覆盖区的干扰控制方法主要采用天线选型、安放位置、安装位置高度的优化来加以控制。
　　对位于基站强信号覆盖区边缘的覆盖天线，采用面向弱信号区，背对强信号区，且安装方向性能好的定向天线，以减少对强信号区和远方基站的干扰；侧向辐射的控制则通过将天线安放在巷道内的方式实现。分布系统覆盖区内尽量选用原覆盖小区信号的方式，避免出现不同基站覆盖造成局部缺乏主小区的现象。
　　对位于弱信号覆盖区中心的地方，可采用较低高度的天线安装方式，以降低对远方的干扰。
　　对空旷区域的覆盖，可适当增加天线下倾角度以降低对远方的干扰。
　　对于覆盖天线的正向控制也需加以考虑。首先，当直放站天线无法与基站天线方向保持一致时，直放站信号覆盖过远将打乱原有的频率规划，导致新的切换和频率干扰问题。其次，当直放站信号与基站直接覆盖信号传输路径不同时，直放站覆盖过远(与基站天线不同方向)将导致出现较大的路径时延，当时延差达到15微秒时，若基站与直放站信号C/I达不到9dB以上，那么基站均衡器将无法均衡，从而变成同频干扰。
　　无论天线类型还是方向，对于天线覆盖区的控制均可利用天线在低于周围建筑物的巷道中的特殊传播模式，即信号在与波长和天线高度相关的距离断点：
　　Rb=4(HBS*Hm)/λ(单位：米)
　　其中：HBS——发射天线高度；Hm——手机天线高度；前后所具有的不同损耗斜率(2和4)。
　　另外，可以通过控制覆盖天线的高度的方式调整断点的距离，从而达到有效降低远距离辐射信号的目的。由于H村平均楼高为4到7层，弱信号区为1至3层，将天线高度架在位于二层的3～4米的高度，在800M～900M频段，对应的断点距离为36～72米，再将定向天线加以下倾，就可以达到控制远距离信号的目的，同时又能保证正常的覆盖效果。
4、结束语
　　室内覆盖系统在解决城中村移动电话信号覆盖问题的应用，汕头联通进行了积极有益的探索，并取得一定的效果。预期在系统开通后，覆盖区域内楼层的场强将大于-85dBm，巷道通道大于-85dBm，能有效提高通话质量，并可以改善信号覆盖的盲区、弱区、切换频繁等问题，从而为市场的拓展提供有力的支撑。