基于交叉覆盖的高层综合方案及衍生方案研究

黄苗苗，黄英铭，谢少彬

（1.揭阳职业技术学院 信息工程系，广东 揭阳 522000；2.广东无线网络运营中心 揭阳中心，广东 揭阳 522000）

随着中国城镇化进程的推进，高层住宅小区不断涌现.由此带来的移动网络质量问题日趋明显，主要体现在高层小区室内导频污染加剧，信号频繁切换［1］，网络质量恶化.同时，由于城市地貌变化，破坏了原有网络结构，覆盖空洞增多，严重影响移动用户使用感知度.如何正视这些问题，并采取相应的办法解决，已成为影响各大运营商品牌的重要因素之一.

1 高层住宅小区覆盖问题

对于移动通信网络而言，高层建筑物的出现，大致会导致两大类的问题，一类是高层建筑本身的覆盖问题，另一类是高层建筑附近区域的覆盖问题.

1.1 高层住宅小区本身问题

基站天线的能量主要集中在“主瓣”上［2］，而“旁瓣”的能量较弱.对于小区而言，高层部分主要由基站的“上旁瓣”覆盖.由于能量较小，基站信号到达室内时强度弱，同时高层室内能够接收到周边，甚至10多公里外基站信号，但没强导频可作“主导频”，信号频繁切换，“乒乓效应”明显，用户感知严重恶化.

1.2 高层住宅小区附带影响

高层建筑物的出现，破坏了原蜂窝网络结构.一方面，建筑物周边由于阻挡出现覆盖阴影；另一方面，由于高层建筑物对周边基站信号的反射作用，导致建筑物四周信号混杂，导频污染加剧［3］，网络质量恶化.

移动网络质量的好坏，取决于信号强度和信号纯净度.对于高层小区而言，为了达到这两项要求，仅靠传统的室外宏基站无法达到.

2 高层小区覆盖解决方案

由于高度原因，普通宏基站无法彻底解决高层小区的深度覆盖问题.小区综合覆盖方案是解决这类问题的有效办法.

2.1 方案思路

传统小区覆盖模型主要是改善电梯和地下停车场的质量，这类区域通话需求量小，投资效益低，对于运营商而言，形象大于利益.小区综合覆盖（交叉覆盖，见图1）是在原小区覆盖模型基础上，增加楼层覆盖，形成综合化的覆盖模式.楼层覆盖采用美化天线“对打”，确保信号到达室内时仍能够满足通话需求.

功率设计：该覆盖方式的优点是确保室内能够形成“主导频”，同时要求避免对大网产生干扰，因此对天线口的设计功率有严格要求.本方案采用近距离对打的方式，信号损耗可以近似等于自由空间损耗和建筑物穿透损耗之和.

图1 交叉覆盖模式

自由空间损耗计算公式：Ls＝32.4 s+20 lg f+20 lg d［4］

其中f为频率，d为传输距离，由于距离d较小可不计，以800 Mz CDMA2000系统为例，可求得路径损耗：Ls＝32.4+20lg f=32.45+20lg 800=90 dB.

建筑物穿透损耗参考城区建筑物穿透损耗典型值20 dB［5］.考虑到大部分信号可以从阳台或窗户进入室内，穿透损耗建议取10 dBm.为了确保深度覆盖质量，降低“乒乓效应”［6］，接收端主导频强度需大于-70 dBm，衰落裕量取5.4 dB.

发射端（dBm）＝接受端（dBm）＋路径损耗（dB）＋穿透损耗（dB）＋衰落裕量（dB）＝-70＋90＋10＋5.4＝35.4 dBm.

以增益为10 dBi的普通射灯天线为例，天线口的设计功率要大于25 dBm.考虑到信号外泄对网络的干扰，设计功率也不宜过大，建议以25 dBm为参考，根据实际覆盖情况进行修正.

2.2 衍生方案

高层住宅小区一般集中在建筑及人流量较大的地区，目前此类地区传统宏基站建设难度大，可以通过小区综合覆盖外引方式，快速解决网络覆盖问题.另外，在密集住宅区域，也可以利用小区综合覆盖外引方式解决其他小区的覆盖问题，能够有效降低覆盖成本.

3 实际应用分析

根据实际应用场景的不同，归纳了如下3种主要的覆盖模式.

3.1 单小区综合覆盖模式

单小区综合覆盖模式只考虑小区本身，通过天线对打改善楼层的深度覆盖.图2为某小区的综合覆盖设计方案，方案共使用2台射频拉远和5台光纤直放站，设备均安装于小区顶楼，采用射灯型美化天线进行楼与楼之间的交叉覆盖.通过实地测试，综合覆盖建设后，小区深度覆盖优良比明显改善.

图2 单小区综合覆盖模式实际案例

3.2 多小区综合覆盖模式

多小区覆盖模式不只考虑小区本身，同时考虑周围住宅小区的信号覆盖，当然，小区间距离不宜过大，理想情况是小区间的距离不超100 m.这样既能够保障覆盖质量，同时又能有效控制信号泄漏.图3为多小区综合覆盖模式实际案例，主小区内部通过射灯型美化天线交叉覆盖，由于该小区超过25层，为达到更好的覆盖效果，采用分层覆盖方式，每个覆盖方向设计两面天线进行覆盖.对于周边小区采用较高增益的排气管美化天线直接覆盖，高增益天线有利于集中天线能量，减少泄漏，同时由于覆盖区域较大，天线口设计功率应相应提升，本案例天线口设计功率为37 dBm.

图3 多小区综合覆盖模式实际案例

3.3 “以点带面”覆盖模式

“以点带面”覆盖模式在考虑小区本身覆盖的同时，兼顾周边区域的网络覆盖，能够快速提升密集城区的覆盖质量.图4为“以点带面”覆盖模式实际案例，方案共使用2台射频拉远和1台数字光纤直放站，以及3面15 dBi增益的排气管美化天线，1面设计覆盖小区内部，另外2面设计覆盖小区周边弱覆盖区域.由于小区周边容量需求较大，设计时采用两台射频拉远，既提升覆盖质量，又能提升网络容量，满足用户使用需求.方案实施后周边网络质量明显提升.

图4 “以点带面”覆盖模式实际案例

4 投资成本简析

传统室外宏基站存在建设成本高、建设周期长、站点获取难度高等缺点，特别是由于人们对通信辐射危害的误解，导致站点获取难度和成本不断增大，成为制约城市移动网络发展的主要因素.小区综合覆盖建设则具备如下优点：

（1）小区综合覆盖方案是在传统室内覆盖基础上发展而来，与室内覆盖建设打包谈点，并采用美化型天线，消除用户对辐射的顾虑，谈点成本下降.

（2）免去基站机房的配套建设，建设周期短.配套成本下降，投资回报快.

以上优点使该方案较传统宏基站建设成本大幅下降，有利于降低运营商的成本支出.

5 结语

当前，通信市场竞争日趋剧烈，如何改善网络质量，提升用户忠诚度，已成为运营商急需解决的问题.小区综合覆盖及衍生方案能够适应当前城市移动网络发展需要，快速提升网络覆盖质量，改善热点区域用户感知，对运营商品牌的树立具有重要意义.同时，在建设成本不断压缩的情况下，该方案能够大幅度减少运营商的投入，有效提升网络资产价值.

［1］詹同.3G背景下移动通信网络优化系统关键技术研究［J］.硅谷,2008(6)：10-11.

［2］李翠然,蒋占军,李旭,等.移动通信原理与系统［M］.成都:西南交通大学出版社,2010.

［3］Jhong Same Lee.CDMA 系统工程手册［M］.北京:人民邮电出版社,2000.

［4］百度百科.自由空间损耗［EB/OL］.［2013-09-12］.http://baike.baidu.com/link url=Ou2kmnX2QcbwD3XMkUjUTb6R4UNmAau5DM F0l-Pe3oCSoW6vzDejsuSPb9ANaDxFQ2omgkv2JlFv5qXYzxPZAK.

［5］中国电信技术教材.技术原理篇系列教材之——CDMA无线网络优化技术［EB/OL］.［2013-09-12］.http://doc.mbalib.com/view/674e18c 771080db65f5b 807821a4d3dd.html.

［6］朱立忠.宽带CDMA网络越区切换算法关键技术研究［M］.沈阳:东北大学出版社,2010.