WCDMA室内覆盖系统设计初探

摘要　目前，国外的3G运营商充分认识到室内分布系统的重要性，纷纷投入了大量的人力物力进行室内覆盖的研究和建设。由于我国还没有真正意义上的3G商用网络，因此在3G室内覆盖方面尚处于探索阶段。文章根据从事移动通信规划的经验，对基于WCDMA的3G室内覆盖的主要问题进行了分析，包括信源的选择、分布系统的设计以及多系统共用等。

0、引言

与目前2G网络主要业务量来自于室外的情况不同，3G网络的主要业务量来自于室内。根据香港SUNDAY对业务数据的采集结果可知，3G业务的室内发话量占总发话量的一半以上。NTT DoCoMo的3G商用网络用户分布统计数据显示，大约70%的业务量来自于室内。

室内恰恰是网络覆盖的薄弱环节，仅仅依靠室外宏蜂窝基站的覆盖已无法满足容量及通信质量的要求。建设室内覆盖能有效解决室内的覆盖、容量和质量问题，同时也是运营商提升品牌，争夺用户的主要手段。

1、信号源的选择

移动信源主要包括基站信源和直放站信源两类。基站信源包括宏基站、微蜂窝、射频拉远以及微微蜂窝等。直放站信源包括无线直放站和光纤直放站。一般建筑物的常用信源主要是微蜂窝、射频拉远、直放站，特殊情况下也有采用宏基站、微微蜂窝、微微射频拉远。

选择移动信源主要从业务量方面考虑：a）对于仅仅以覆盖为目的、业务需求较低（语音业务量低于10Erl）的建筑原则上选用直放站信源方式。b）对于存在中等业务需求（语音话务量高于10Erl低于30Erl）的建筑选用微蜂窝或射频拉远。c）对于业务量热点的超大型建筑物（如机场、会展中心、超过50层的商业楼宇等）选用宏蜂窝信源或宏蜂窝+射频拉远的方式。d）对于业务量热点的局部区域覆盖（如业务需求稳定而业主要求苛刻）可采用室内型微微蜂窝或微微射频拉远。

与室内分布系统信号源选择密切相关的是确定信号源接入方式。室内分布系统应通过一个特定的接口取得信号，信源接入主要有直接接入和耦合接入两种方式，耦合接入又可分为直接耦合接入和空间耦合接入两种。室内分布系统接入方式选取情况见表1。

表1　信号源接入方式比较

2、WCDMA室内分布系统设计

2.1　WCDMA室内分布系统建设流程

WCDMA室内分布系统建设流程如图1所示。

图1　WCDMA室内分布系统建设流程

通过专项规划确定WCDMA室内覆盖区域和业务之后，应勘察所需覆盖的建筑物，得到建筑物平面图。获得建筑物相关信息和人员分布情况，考察天线布放位置及电缆布放，寻找信号源放置的最佳位置。在详细设计前，收集周围小区的信息，选择信号源和分布系统。共分布系统还需要勘查该站点各楼层的GSM天线布置情况，包括：a）各楼层的天线数量、天线安装位置和每个天线口的功率设计指标。b）分布系统的详细网络拓扑图以及各段馈缆的长度、直径和衰耗。c）接头、功分器、耦合器的安装位置和衰耗。根据这些资料进行共分布系统改造设计。

在现场往往还需要用测试手机进行路径损耗测试，以确定是否需要添加新的覆盖区域和天线。测量和验证最小耦合损耗（MCL），即考虑手机在位于离天线最近时的路径损耗。测试呼叫阻塞率、成功率、掉话率、切换成功率等指标，在一定的服务等级和容量要求的条件下，预测室内传播模型。最后画系统连接图，进行参数设计，给出解决方案。采用不断建设、不断优化的方式得到高质量的室内系统。

2.2　室内分布系统方案设计中遵循的原则

1）多天线小功率设计原则

在室内分布系统方案设计中，考虑到室内环境的特殊性（如隔墙损耗）、减少信号外泄、降低室外信号对室内的影响三方面因素，也为了保证系统均匀、有效覆盖，可根据模拟测试结果，采用多天线小功率原则，合理布放天线，保证室内分布效果。

2）MCL原则

MCL定义为基站与手机之间的最小耦合损耗。MCL=手机到天线的自由空间损耗+天线到基站接收机的天馈系统损耗。

通常在取值1m时手机到天线的最小空间损耗为38.4dB。

天馈系统损耗主要包括馈线传输损耗、器件分配损耗等。

考虑到基站噪声系数，WCDMA基站底噪声为-105.1 dBm，用户设备（UE）的最小发射功率为-50dBm，那么，当MCL小于-50-（-105.1）=55.1 dB时，由于快速功率控制机制已经无法让UE降低功率，这时UE的业务将抬高基站的底噪，以降低基站的灵敏度。基站噪声分析见表2。

表2　WCDMA基站噪声分析

3）天线布放密度原则

一般情况下，如果已有2G分布系统，则可以根据频段损耗的差别对3G信号进行预测。

在某地选取典型建筑物进行WCDMA覆盖能力测试，不同性质区域WCDMA的典型天线覆盖半径如下（取边缘Ec＞-90dBm）：天线口导频功率0dBm～5dBm时，典型地下停车场天线覆盖半径为15m；酒店的天线可覆盖前后左右4个房间（4个房间对门）；有货架的超市覆盖半径为12m；利用壁挂天线（增益6dBi）水平方向覆盖电梯井和电梯厅，可以覆盖3层（上下各1层）；板状天线（增益11 dBi）垂直向下覆盖电梯，主瓣可覆盖4层，后瓣可覆盖1层。

3、WCDMA与其他系统共存需求

在设计满足各系统覆盖需求情况下，各系统满足共存的条件主要表现为抑制杂散、阻塞、互调三类干扰的隔离需求。

3.1　杂散需求

通常各制式移动通信系统对基站和有源放大设备均有各自的杂散干扰标准，杂散干扰的抑制程度主要由放大器的杂散抑制度和滤波器的带外抑制度指标决定。通常杂散信号偏离原始频带越远，其信号强度越弱。由于下行信号强度远远大于上行信号，这部分的干扰影响必须考虑。从已了解到的各制式移动通信系统的规范标准中关于杂散抑制的要求来分析干扰的影响程度。

各系统间杂散干扰值结合各接收机最大允许干扰信号（需要隔离度=杂散干扰功率-接收机最大允许干扰信号功率），可以得到各系统的杂散隔离度要求（见表3）。

表3　各系统间杂散隔离度需求（单位：dB）

3.2　阻塞需求

各系统的阻塞门限结合各系统发射功率（需要隔离度=发射功率-阻塞门限），可得各系统的阻塞干扰抑制隔离度要求。

根据相应规范得到各系统间阻塞隔离度需求（见表4）。

表4　各系统间阻塞隔离度需求（单位：dB）

3.3　互调需求

目前仅考虑三阶互调，且主要考虑三个下行信号的叠加后对系统上行的干扰，可能产生互调干扰的组合见表5。

表5　互调干扰

从表5可看出，CDMA/GSM/TETRA间、WCDMA/PHS/WLAN间容易产生三阶互调。

由于产生机制的原因，三阶互调信号功率准确值理论计算繁杂。工程计算中用三阶互调产生点输入功率与器件三阶互调抑制指标的差表示产生的三阶互调干扰信号功率。

3.4　满足隔离度需求的途径

满足杂散、阻塞的隔离度需求有以下途径：a）外接滤波器。根据干扰类型，可以在干扰源/被干扰源端外接滤波器，提供隔离。b）合路系统间隔离度。在不同系统同时接入时，合路器提供一定隔离。c）空间损耗。对分缆系统，由于上下行分开，干扰源信号经过下行分布系统路径损耗及空间衰减后，再由上行分布系统路径损耗反馈到被干扰源，这些损耗的和可以视为由于采用分缆带来的额外隔离度。

系统所能提供的隔离度为以上隔离度的总和。

对于互调干扰，从产生互调干扰信号的器件在系统中的位置到被干扰源之间的路径损耗为系统所能提供的隔离度。此外，对互调干扰而言，通过频点调整可以起到规避的作用。

以上的隔离度需求是根据当前规范定义值进行计算的结果，由于规范确定为最恶劣情况，实际设备性能一般都优于规范需求，所以对杂散、阻塞隔离度需求来说，实际需求的隔离更低。