GSM系统实现室内覆盖的主要方法

李荣 李晶 南京邮电学院通信工程系

　　摘 要：本文分析了在GSM系统中实现室内覆盖的主要方法，为工程设计提供了依据。
关键词：微蜂窝 分层小区技术 直放站

一、引言

　　随着网络的发展,室内覆盖的问题越来越突出。以中国移动的GSM网为例,在中等以上城市的室外覆盖早已不存在问题。而且随着各地规划优化力度的增强,室外易于测试发现的问题也都已基本解决,工作的重点也逐渐向室内方向转移。实现室内覆盖的方法主要有三种：

　　（1）由室外宏蜂窝同时提供覆盖区域内的室内覆盖。这种方法仍然是当前国内最主要的方式。

　　(2)在室外站存在富余容量的情况下,通过直放站(Repeater)将室外信号引入室内的覆盖盲区;

　　(3)在话务量集中的地方,设置室内微蜂窝,同时解决覆盖和容量问题。

　　由于中国的城市存在很多的高层建筑,由室外站提供室内覆盖存在很大的局限性。如果要保证室内覆盖的质量,室外的干扰将变得难以控制,影响网络的整体规划与容量。另外,对于纵深较大的商场与娱乐中心,靠室外站进行覆盖是不可能的。因此解决室内覆盖的主要方法就是设置微蜂窝和建立直放站,下面就这两种主要的技术做具体的分析和比较。

二、微蜂窝技术

　　微蜂窝技术是在宏蜂窝的基础上发展起来的一门技术,是目前解决高话务量地区容量问题的行之有效的方法之一。微蜂窝的覆盖半径大约为30m-300m；发射功率较小,一般在1W以下；基站天线置于相对低的地方（一般高于地面5m-10m）,传播主要沿着的视线进行,信号在楼顶的泄露小。因此,蜂窝可以被用来加大无线电覆盖,消除宏蜂窝中的“盲点”。同时由于低发射功率的微蜂窝基站允许较小的频率复用距离,每个单元区域的信道数量较多,因此业务密度得到了巨大的增长,且RF干扰很低,将它安置在宏蜂窝的“热点”上,可满足该微小区域质量与容量两方面的要求。

　　微蜂窝在初期一般是提高网络覆盖,应用在零散的“热点”地区,即话务量比较集中,且面积较小的地区,此时对容量的提高很有限。随着容量需求增大,高话务量地区已由点逐渐变成片时,宏蜂窝已无法满足时,微蜂窝可以在一定范围内进行连续覆盖,此时效果就很明显了。

　　在实际设计中,微蜂窝作为无线覆盖的补充,一般用于宏蜂窝覆盖不到又有较大话务量的地点如地下会议室、娱乐室、地铁、遂道等。作为热点应用的场合一般是话务量比较集中的地区,如购物中心、娱乐中收、会议中心、商务楼、停车场等地。

　　随着微蜂窝和微微蜂窝的发展,分层小区技术迅速提出来。它提供更多的“内含”蜂窝,形成分层小区结构,主要解决网络内的“盲点”和“热点”问题,提高网络容量。在一个分层小区结构中,不同大小的小区相互重叠,不同发射功率的基站紧密相邻并同时存在,整个通信网络呈现出多层次的结构。每一层分配不同的频率段,以保证各层之间独立运作,不会相互干扰。相邻微蜂窝的切换都回到所在的宏蜂窝上,宏蜂窝的广域大功率覆盖可看成宏蜂窝上层网络,并作为移动用户在两个微蜂窝区间移动时的“安全网”,而大量的微蜂窝则构成微蜂窝下层网络。当有用户接入时,系统根据所测得的信号强度和各蜂窝的容量为某一呼叫选择恰当的蜂窝（宏蜂窝、微蜂窝或微微蜂窝）,层间切换与普通的蜂窝切换一样,切换点由系统决定,由GSM移动台自动辅助切换测量来完成,切换过程还取决于当时各级的容量,如果微蜂窝和微微蜂窝已饱和,业务将切换至更高一级的蜂窝。

　　一个分层小区网络,往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。它包括宏蜂窝、微蜂窝和微微蜂窝。每种蜂窝执行早已定义好的不同功能。一般来说,宏蜂窝用于处理快速移动车辆的业务,微蜂窝处理慢速移动,集中于步行或交通阻塞车辆的业务,微微蜂窝用于覆盖商场和办公区等室内区域。将负载按这种方式分层的原因与切换功能有关,因为车载电话在微蜂窝间快速移动会产生频繁切换,加重网络的负担,从网络管理出发,将产生频繁切换的业务转移到较小切换的宏蜂窝,将提高网络效率；慢速移动的车辆,由于它穿过蜂窝边界需花较长的时间,产生切换的可能性较小,因此由微蜂窝来处理这类业务。

　　微蜂窝组网简单,可直接加入到现有系统中,而不需改变现有网络结构。其设备体积小,容易安装,因此应用灵活,可直接在需要的地方进行建设,从而快速解决覆盖盲点、热点地区通信问题。它对容量的提高是明显的,但需要较大的投资。

三、设立直放站

　　直放站系统应用于蜂窝网络中的时间并不长,因为GSM是将直放站规范纳入其设备规范(ETSI GSM 05.05)的第一个标准,并于1994年为SMG所接受。在蜂窝移动通信系统中使用直放站虽比此时稍超前一点,但是大规模的采用直放站技术还是在新一代产品出现后。

　　直放站的类型有：模拟直放站,信道选择直放站,集群直放站。现在使用最为广泛是信道选择直放站。

　　GSM信道选择式直放站的主要部件：低噪声放大器(LNA),合路器(CMB),信道板(上下变频器,声表面波滤波器(SWA),功放),双工器,施主天线和业务天线。施主天线接受的基站下行载波信号首先经过低噪声放大器处理,再进行下变频从900M射频信号变为71M中频,经过200KHz带宽的中频滤波放大处理后再上变频到900M射频信号并进行功率放大,最后通过业务天线发射出去,对需要覆盖的区域进行覆盖。上行信号处理过程与下行信号完全一样。安装直放站时,天馈线系统的选择非常重要。应该注意的问题有以下几点：

　　（1）天线的增益。根据具体的信号情况,以及覆盖的需要,选择合适的增益；

　　（2）天线的方向性。由于直放站属于同频中继系统,所以不能采用全向天线,否则可能引起系统自激。施主天线的主瓣宽度应该尽可能窄,以减少躁声的引入；重发天线的发射方向应该严格控制,以保证重发信号不会馈入施主天线；

　　（3）信号源基站的选择：应该选择信号质量好的基站作为馈入源,并且保证基站容量有足够的富余,否则将引入拥塞；由以上的分析可以看出,直放站的建设必须有运营部门参与,否则质量将很难保证。在实际应用中,由于直放站具有安装调试简单,开通快捷,安装环境要求低和基建投资少等特点,只要做好直放站的设计与安装工作,将会越来越受到运营商的欢迎。

四、结论

　　本文论述了在GSM移动通信系统中,实现室内覆盖的主要方法－设计直放站或建立微蜂窝。直放站以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。直放站不需要基站设备和传输设备,安装简便灵活,设备型号也丰富多样,在移动通信中正扮演越来越重要的角色。微蜂窝技术具有覆盖范围小、传输功率低以及安装方便灵活等,可以作为宏蜂窝的补充和延伸。两种技术各有千秋,具体的实现可
根据实际情况灵活采用,在最小的投入情况下以期得到最好的覆盖效果。

摘自《网络通信世界》