特殊覆盖技术在无线网络优化中的应用

摘要　随着移动通信技术的高速发展以及网络规模的不断扩大，无线网络优化也面临一些新的问题，网络覆盖是最先需解决的，本文综合目前所遇到的一些覆盖方面的问题。结合实际情况总结了4种特殊覆盖技术。并就其在无线网络优化中的应用进行了探讨。

1、前言

随着移动通信网络大规模的发展，室外覆盖已基本做到了无缝连接。全国各地的大中小城市的移动通信网络经过长期优化，室外覆盖尤其是市区道路覆盖已基本达到满意状态，但室内覆盖和特殊环境下的覆盖还比较差，这些深层次的覆盖问题日益突显。

在网络建设和日常网络优化中，解决一个区域或一个投诉热点的网络覆盖问题，已经不再是一个基站、一面天线所能达到的，有的甚至还会带来频率干扰、切换频繁等负面影响。在城市复杂的网络中深层次的覆盖问题主要有：居民小区内的部分路面的覆盖不尽如人意；地下车库、地下商场存在覆盖盲区；电梯无覆盖；高层覆盖乱等。城市中需要深层覆盖的区域往往具有潜在的高话务量需求，根据DoCoMo的最新统计，室内场所吸收了将近70%的话务量。目前，网络的覆盖技术从基站建设的单一化走向了多样化和特殊化，怎样利用一些特殊的覆盖技术来解决无线网络优化中面临的一些特殊问题，是本文所要讨论的问题。

2、传统覆盖技术

运营商每年都要投入大量的资金来解决网络覆盖问题，目前大部分城市的中心城区的基站密度越来越大，宏基站的分布基本上是每500 m就有一个。移动通信网络是一个蜂窝系统，在蜂窝系统中有若干个收发信机，而且每个收发信机所覆盖的范围有一部分是重叠的，基于这种蜂窝系统，目前的覆盖技术主要是蜂窝覆盖技术，即采用全向或定向基站对网络进行覆盖，如图1所示。

图1　全、定向站覆盖示意

随着网络覆盖的不断深入，采用蜂窝覆盖技术进行网络覆盖的方式也开始凸显出其不利的方面，由于基站建设受其周边环境、天线架设高度、电波辐射方向等方面的限制；而无线电磁波的覆盖效果往往与预期的效果有所差距，因此产生了一系列的覆盖难题。以下本文从另外一个角度来分析网优中的无线网络的覆盖技术。

3、特殊覆盖技术及应用

由于传统的覆盖技术无法彻底地解决目前网络覆盖上存在的一些问题，因此针对这些特殊的网络覆盖问题，产生了一系列特殊的网络覆盖技术。

（1）天线分裂技术

天线分裂技术是无线网络优化中使用的一种非常规方法，是针对特殊环境下使用的一种覆盖技术。在覆盖环境复杂的区域要实现网络优化，必须形成主力覆盖，在保证信号强度的情况下扩大覆盖面积。由于高楼的阻隔，特别是在转弯处，一个定向天线是无法在两个方向上形成连续覆盖的，对此，可利用功分器将定向天线一分为二，这样就能在不增加机架及载波数量，只增加天馈线的情况下扩大单一小区的覆盖范围。由于目前城市已是密集覆盖，因此功分后的天线辐射功率依然满足原来覆盖要求，如图2所示。

图2　天线分裂技术示意

天线分裂技术可以用在许多地方进行覆盖，例如：有的地方覆盖广度不够，采用90°甚至120°天线时，覆盖广度和天线增益又比较难达到要求，这时就可以采用功分方式的天线分裂技术来实现目标覆盖。笔者将这种分裂天线的技术用于只有一个方向对高架形成主力覆盖的小区（基站只有一个小区覆盖高架桥），将主力覆盖小区的天线一分为二，从两个角度对高架桥进行覆盖，提高主力覆盖距离，结果取得了令人满意的效果，通过路测发现，在以前切换频繁的路段形成了主力覆盖后，不但使该路段切换大为减少，语音质量也有明显的提高，总体切换失败率和掉话率均有所下降，个别站的位置更新次数有明显下降，达到了网络优化的目的。

（2）高层覆盖技术

目前无线网络的设计规划主要是解决地面道路、区域的覆盖，对高层建筑的覆盖考虑不多，因此建成的无线网络存在一定的局限性，在高楼层区域覆盖效果较差。在大中城市中，常常有一定数量的20层以上的高层建筑，在其中工作的手机客户对网络质量的要求较高。随着高层建筑数量的不断增加，高楼层覆盖问题日益突出，高层覆盖技术也就应势而生，高层覆盖技术在这里可以看作是解决高层覆盖的一系列技术，除了较为传统的室内分布技术外，另一种就是室外高层覆盖的技术。

高层室外基站覆盖方式是采用安装在20层以上、低于覆盖目标高度的室外基站，采用特定辐射方向的天线，天线倾角平射或者上倾，将无线信号集中发射至前方高层建筑，使高层室内信号足够强，建立主导覆盖小区，从而保证信号质量，如图3所示。

图3　高层覆盖技术示意

采用这种方式需考虑高层基站对地面的影响，由于高层基站高度高，因此需要控制高层基站对地面的干扰。由于天线倾角为零度或上倾，垂直波瓣角度小，副瓣抑制20 dB以上，同时选址时要求被覆盖目标在正前方，最好有多栋高层，可利用楼宇阻挡，控制覆盖范围，减少对远距离地面的影响，从而保证低于地面基站信号10 dB以上。为此，一般考虑选择方向性更强的八木天线，覆盖个别特定的建筑；天线安装倾角为零度水平发射。考虑到玻璃金属幕墙的较强反射作用，可适度上倾发射，以减少对地面的影响，并将信号集中覆盖高层楼宇。这里对天线质量要求高，要求有良好的方向性。

（3）小区室外覆盖技术

这里的小区是指居民住宅小区，并非蜂窝小区。随着城市建设的发展，居民小区呈多样性发展，有高层也有低层，有大型社区也有廖廖几栋的，有低密度的也有高密度的，通常情况下，一般室外可以覆盖或勉强可以覆盖，但室内尤其是一二层室内覆盖效果较差。居民小区网络覆盖一方面可以解决室内深度覆盖问题，另一方面可以充分吸收这类区域的话务，缓解现有网络容量压力，其实质是特殊场合的点或面的覆盖。

我们首先要分析覆盖目标的特征，居民小区的特点是建筑物排列比较规则，按楼层高度可以分为：高层（小高层）住宅区，9层以上；普通（多层）住宅区，5～7层；别墅区和低矮住宅区，4层以下。按建筑密度可分为：高密度住宅区，楼间距10 m以内；中等密度住宅区，楼间距10～20 m；低密度住宅区，楼间距20 m以上。按建筑材料可分为：混凝土框架结构、砖混结构、新型空心砖墙壁。另外受气候影响，各地建筑物墙壁的厚度差别也较大。总的来说，南方地区墙壁较薄，一般为24 cm、37cm；而北方墙壁较厚，一般大于49 cm。在高档住宅小区通常有地下停车场，这部分目前基本无覆盖。总的来说，居民小区结构是比较复杂的，目前覆盖的主要手段是建设宏基站，理想的地点是在小区中心架设基站，尔后在小区周边架设基站，倘若这两种情况都无法实施或者覆盖还达不到理想效果，就需要采用其他的覆盖方式，小区室外覆盖技术就是其中一种比较适用的技术。

这里的室外覆盖技术是与室内覆盖相对的一种，即在室外采用分布式系统来解决室内外网络覆盖的一种技术。如图4所示，可以在小区安装室外分布系统，将天线安装在室外的路灯灯柱或路牌等高度在5 m左右的物体上，老式小区可以与室外电话线或有线电视电缆综合布线。

图4　小区室外覆盖技术示意

小区室外覆盖技术的实现可以根据小区当前的网络情况不同而不同，可以进行全覆盖，也可以部分覆盖；可以采用整体覆盖方式，也可以进行分片覆盖；在无法走纤的覆盖区域，可以采用无线直放站传递的方式进行覆盖。小区室外覆盖技术实现方式较室内覆盖要灵活，后者主要受空间的限制。

（4）多点覆盖技术

在现网当中，覆盖弱区或盲区并不是很集中，而是分布得比较散，如独立楼的电梯、地下停车场等，对于这些地方，目前几乎都是直接从附近基站采用直放站放大尾端信号来解决，有的是无线直放站，有的是光纤直放站。由于无线直放站无法对收端信号进行识别，往往导致放大后的信号比较杂乱，目标覆盖区内切换失败较多，较易掉话。光纤直放站虽然避免了这个问题，但由于直放站对上行基站引入了一定的噪声，导致上行基站底噪抬高，容易影响上行基站的通信，从而影响该基站覆盖区域内用户的正常通信。

多点覆盖技术是采用一个基站（微蜂窝）带多个光纤直放站进行网络覆盖的一种覆盖技术，而该微蜂窝仅仅作为信号源，不对室外进行覆盖，如图5所示。

图5　多点覆盖技术示意

多点覆盖主要适用于覆盖区域较小、话务较低的目标区，正是因为这两个特点，对光纤直放站选型时一定要注意其功放的大小，功率过大虽然仅仅比目标区的接收电平强几个dB，但对上行信号源会产生较大影响，甚至会影响该信号源下其他点的通信；功率过小就无法达到覆盖的目的，造成资源浪费。因此，合理选择光纤直放站的型号是实践多点覆盖技术的一个关键点。

4、小结

在网络优化中，覆盖是第一位的，覆盖目标的复杂性和无线电波的不可预见性，导致网络覆盖是复杂的，网络的全覆盖往往不是一两种覆盖技术就能实现的，同时每一种覆盖技术也不是孤立的，比如在高层覆盖中，可以在图3中的高层A架设基站，用以覆盖高层B，同时也可以利用基站耦合方式和室内分布系统来对高层A进行覆盖。同样在对住宅小区的电梯高层进行网络覆盖时，可以采用高层覆盖和小区室外覆盖相结合的方式来解决覆盖问题。总之，就是根据具体情况选择适合的覆盖技术。