室内微蜂窝覆盖技术

随着GSM网络用户数的不断增长，话务量不断攀升，话务密度也随之增加，高话务热点地区如雨后春笋，这种条件下，对于北京、广州等经济发达、人口密集城市，室外大站站间距已达到二、三百米。显然，单纯依靠室外宏蜂窝不可能完全解决热点地区容量问题，而室内微蜂窝覆盖技术作为一种有效解决容量问题的手段而得到越来越多的关注。

一、室内微蜂窝覆盖系统的概述

了解决不断增加的用户数量与有限的频率资源之间的矛盾，GSM移动通信网络由80年代的大区制，逐步发展为现在的以宏蜂窝为主的小区制。为了进一步提高系统容量，在采用1x3、MRP、同心圆等各种小区规划新技术以后，频率复用更加紧密，小区间隔进一步减小，有些地方的站间距只有200m左右。即使这样，仍然存在一些话务热点地区的容量受限问题。而且这些热点地区几乎都集中在每华地区，如，如火车站、城市商业区、商场和机场等，换言之，在热点地区有很大一部分话务分布在室内。由于微蜂窝发射功率较小，覆盖半径小，频率复用次数可以提高，则同样频率带宽下，单位面积可以承载的话务量能够大大提高。所以，采用微蜂窝进行室内覆盖时可以有效解决热点地区容量问题。

此外，现代建筑质量越来越高，对室内形成较强的屏蔽，造成大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境移动信号弱，形成了移动通信盲区；在大型建筑物的中间楼层，由于来自不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机切换频繁，话音质量差，掉话率高；第三，受基站天线高度的限制，建筑物的高层无法正常覆盖，形成移动通信盲区或干扰区。而引入室内微蜂窝覆盖系统可以很好地解决覆盖和通话质量问题。当微蜂窝应用于解决大面积的室内覆盖时，一般与分布式天线系统联系在一起，因为在大型建筑物内，墙壁阻挡使得一个固定点的天线很难形成有效的覆盖，而分布式天线可以克服这些不足，并且其场强覆盖均匀。分布天线包括泄漏电缆、局轴馈电式分布天线、光纤式分布天线，其在室内的应用是当前的组网趋势。

所以，从吸收室内话务量来看，室内微蜂窝覆盖系统可以给网络营运者带来巨大的经济效益；从优化角度来看，室内、室外分开覆盖，有利于网络优化，从而为客户提供高质量的通话服务，提高客户的满意度。所以，大力发展室内微蜂窝覆盖系统是各运营商当前的一个工作重点。

二、室内覆盖系统组网方式

为了达到室内、室外分开覆盖的目的，可在大楼内安装微蜂窝基站，通过有线接入的方式，将微蜂窝基站信号引入室内覆盖系统，再通过室内覆盖系统，将微蜂窝基站信号分配至各个室内天线点处对所需覆盖的区域进行覆盖。

目前，室内覆盖常用的是泄漏电缆覆盖方式和分布天线覆盖方式两大类。国际上通常采用泄漏电缆，对地铁、隧道等特定环境覆盖。由于泄漏电缆损耗较大，传输距离短，一般不用于楼宇的室内覆盖。而分布天线覆盖方式是信号经室内覆盖系统传输至所需覆盖的区域，通过布放在所需覆盖的区域内的天线将信号分布至所需覆盖的区域，适用于楼宇内覆盖。下面就我们常用的几种分布天线覆盖方式为进行讨论。

1、无源分布式室内覆盖系统

无源分布式系统通过无源分配器件，将微蜂窝信号分配至各个需要覆盖的区域。这种方式具有许多优点：

（1）技术成熟，价格便宜，应用广泛；（2）采用无源器件，无需供电，可靠性高。而且，元器件使用比较普遍，无需指定配件；（3）不受光，热，尘埃和湿度等影响；（4）交调和噪声性能良好；（5）每个天线的有效功率辐射比较大，覆盖范围比较宽；（6）系统动态范围大，且不会产生上行噪声；（7）由于无源，无需供电，所以有较好的可适应性。

缺点是：

（1）缆径较粗，体积较大，需要占有较大的空间，且施工时走线会受到限制；（2）由于路径损耗较大，所以，传输长度受限。

由上面，我们可以看到无源分布系统价格便宜，易于维护，在可能的情况下，是我们的首先方案。当施工受限或基站覆盖范围过大时，则一般无源分布系统很难满足需求，需要采用其它方案。

2、电+无源混合分布式室内覆盖系统

对于中型楼宇，可采用基站接口单元，将基站信号接入后，通过电缆传输至各个需要覆盖的区域，但是电缆传输损耗大，在距离基站较远处，信号可能非常弱，所以在远端通过干线放大器产品，将信号放大后，再通过天线输出，这样就能保证在建筑物内各处场强分布均匀。

3、光纤+电+无源混合分布式室内覆盖系统

对于大型的建筑，传输距离长，为了尽可能的减少传输损耗，我们采用光纤传输信号，光纤的传输损耗是2dB/1000m，此外光纤重量轻，体积小便于施工，所以，我们在远距离传输时会考虑引入光纤分布系统。但是，光纤价格昂贵，动态范围较小，且远端需要供电，维护起来也不如无源系统简单，故此，在具体使用时我们常采用光电混合分布方式：在微蜂窝处安装光纤端机，取微蜂窝信号，通过光纤传输至安装在远处的光端机，再通过馈线和天线将信号输出。在微蜂窝附近采用无源方式，用馈线直接引用基站信号；距离微蜂窝较远的地方采用干线放大器，将信号放大后使用。

三、室内微蜂窝覆盖系统的规划和优化

前面我们较多地介绍了一些理论性的问题，那么，下面将会看到在实际工作当中，我们是如何进行室内微蜂窝覆盖系统规划和优化的。

1、系统容量预测

在实际预测时，需要认真分析该处室内用户群特点估算潜在话务量，需要进行如下几个方面的工作。

（1）用户的职业分布

我们对于用户职业的考虑主要是从外企职员、旅客、居民等方面，不同的职业手机占有率是不同的，所以是估算话务量的一个依据。

（2）用户对移动业务的需求

用户对移动业务的需求是不一样的，比如通信行业的手机用户一般通话时间长，而且比较喜欢使用新业务；商场里用户一般只是用手机进行通话。

（3）采用合理的话务模型

由于是室内覆盖，所以与室外基站在话务模型是不同的，室内每信道话务量会更高一些。

（4）预测用户群的大小

我们根据建筑物的规模，用途，商场的客户流量，写字楼的上座率等因素，预测手机用户数。

（5）计算潜在话务量

潜在的话务量主要来自于新技术、新业务的发展，如GPRS就有可能一次提供用户多个信道，另外，资费的调整也会带来话务量的激增。为此，应留有一定的余量，具体余量大小根据不同地区的发展情况会有所不同，但是一般来讲，新建微蜂窝应保证一年内的容量需求。根据得到的总的容量要求，则可容易地得到具体载频配置要求。

2、工程设计

在实际工作中，我们希望在符合覆盖的要求下，分布式系统的天线点的个数尽可能少，减少施工量和施工难度，并减少投资。所以，在工程设计期间，我们会使用专用的测试设备对要覆盖的楼宇进行详细的覆盖测试。根据测试的结果，我们借用规划软件，如NPS/X，Totem等，进行覆盖预测。在基站开通后，我们还要重新进行测试，以检验是否达到我们的预期。

3、频率规划

（1）做微蜂窝的频率规划时，我们从频段中抽取出一定的频率专门做微蜂窝的规划，这些频点主要用作微蜂窝的BCCH，如果频率规划很困难时，也可用作TCH使用，一般TCH均采用偷频方式，从留给大站的频点中获得。

（2）如果微蜂窝分配射频跳频频点时，频率规划使用宏蜂窝的频率。则将其周围宏蜂窝分为近端邻区和远端邻区，其中近端邻区是最大的干扰源。选择跳频频点基本上按照以下的原则：不使用近端邻区所用的频率；使用远端邻区中所用的频率不超过一个；昼使用近端邻区、远端邻区所未用的所有频率。

4、微蜂窝的优化

这里我们主要介绍一下参数方面的优化调整：

（1）适当调整微蜂窝的C2值，使手机的空闲时尽可能占用室内信号。C2是基于参数C1并加入一些人为的偏置参数而形成的。加入人为影响是为了鼓励移动台优先进入某些小区或阻碍移动台进入某些小区，通常这些手段都用来平衡网络中的业务量，C2公式如下：

C2=C1+REO-TEOxH（PET-T）

其中函数H(x)=0, x<0

H(x)=1, x>0

其中REO（Cell Reselect Offset）为小区重选偏置，表示对C2的人为修正值，其取值范围为0-126dB（以2dB为步长）。

PET（Penalty Time）为惩罚时间，其取值范围为20-640秒（以20秒为步长）。其中20-620秒表示惩罚时间为20-620秒，640表示参数TEO对小区重参数C2没有影响，而参数REO的符号被改变。

TEO（Temporary Offset）为临时偏置，表示对C2的临时修正值。所谓临时是指它仅在一段时间内对C2发生作用。而这段时间则由参数PET确定。临时偏置（TEO）的取值范围为0-70dB（以10dB为步长）。

为了尽可能地占用微蜂窝信号，必须适当设置REO、PET、TEO。

（2）调整微蜂窝的切换电平，使手机在使用时切入容易，切出难。我们主要调整功率预算的切换边界，提高功率预算的值，其目的是阻止相邻小区之间的乒乓切换。

（3）提高室内微蜂窝的接入电平门限值，保证通话质量。我们对室内分布的场强要求是建筑面积的95%必须是在-85dBm以上，所以我们对于微蜂窝的接入电平门限的定义和室外大站是不一样的，微蜂窝的接入电平门限值定义的比较高。

（4）减少切出的相邻小区，增加切入的相邻小区。在做微蜂窝时，对于出邻区我们定义了一些必要的相邻小区，对于入邻区我们尽可能的多定义一些相邻小区。

四、室内微蜂窝系统的验收

当一个室内微蜂窝系统建成后，我们需要对它进行评判，从而知道是否达到预期的目标。下面我们简单介绍一下验收时要注意的几个主要方面：

1、从性能统计上考核，看是否达到指标要求。这些指标涉及到掉话率、呼叫建立成功率、上下行平衡等。

2、现场测试质量评估，看通话质量是否清晰，无断续、信号是否稳定等。测试时要注意窗口处是否由室内微蜂窝做主控，且与室外大站的切换点在窗外、此外，测试区域不要贵漏电梯、楼梯、卫生间等地。实际测试中我们规定室内最底场强不能低于-85dBm，而且在建筑物外室内信号不能太强，以免造成对室外大站的干扰。

3、基站设备的验收。查看布线等是否符合工艺要求、基站资料是否完全等，便于以后的维护。

4、天馈线系统的验收。测试天线点分布是否合理、有无覆盖盲区等。此外，天线点分布图等天馈线系统基础资料也应完整，这些是以后维护的基础。

5、查看告警，观察统计报告，并查看上行干扰，上下链路的平衡等情况，确保系统运行稳定，可靠。

五、工程实例

根据上面的介绍，下面我们以某写字楼为例进行说明：该建筑物楼高38层，基站建在地下1层，所以地下1层我们采用无源分布系统，用馈缆直接引用基站信号，从1层到6层采用有源分布系统，将基站信号放大后输出，6层以上采用光纤分布系统进行覆盖。

天线点的分布：写字楼内部比较规则，经过实地测试和覆盖计算，我们在每一层放置了5副天线，其中1副天线方在电梯间，是为了保证电梯内的覆盖，由于该楼有两个电梯间，所以我们采用奇偶层交叠放置的办法。

室内分布系统的优化：我们调整了C2值和相邻小区，同时提取了该站的性能统计，根据性能统计查看上下行的质量情况、干扰情况、场强分布情况等，并通过实际测试获得覆盖场强分布图，通过这些我们可以知道天线分布是合理的。

六、小结

上面谈到利用微蜂窝进行室内覆盖，应该说明一点的是这里仅是使用了微蜂窝概念，在实际应用中设备选型上已大多采用大站设备，而不是微蜂窝设备。因为，移动通信市场发展迅速，热点地区话务质量极高，如北京国际展览中心在会展期间最高话务量超过1500erl/km2，由于微蜂窝配置较小，已难以满足容量需求，所以，必须采用大站设备，而且，载频配置上不宜过小，实际施工时最好能留有足够的扩容空间。

在解决室内容量和覆盖上，除了微蜂窝作为信源外，还可采用直放站或直接把室外大站信号引入室内等作为信源，我们应根据具体情况来制定合理的设计方案。在实际优化中还可以利用厂家提供的一些专用算法例如，基于电平陡降的快速切换算法等。总之，微蜂窝室内覆盖技术是一项实践性很强，同时也是随着其它技术不断发展的技术，需要我们在实践中不断摸索和总结。

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