移动通信系统中分布覆盖系统的设计与实现

任永学

【摘 要】随着移动通信市场的开放，城市的无线覆盖已经基本达到了无缝隙，话音质量也有了显著的提高。但是由于城市大型建筑物结构本身屏蔽的原因，在网络覆盖的区域内，仍然存在不少室内移动通信环境比较差的地方。随着手机用户群的急剧增加，如何迅速有效地解决室内信号覆盖差的问题，已经成为通信公司改善建筑内部无线信号质量、增加网络容量、提高网络服务信誉的迫切要求。

【关键词】分布覆盖；设计

1.时代广场建设分布覆盖系统的必要性

1.1时代广场的简介和信号覆盖现状

时代广场是新近建成的一座集餐饮、娱乐、商场、写字楼于一体的高级综合性办公楼，建筑面积160000平方米。位于黄金地段。它的西面为艺术中心；南面和五星酒店、博士专家楼、高档市区隔街相对；东面是长途客运中心；北面是高档写字楼等多座高层建筑；东北方向不到1000米就是火车站；时代广场门前是市区东西方向上的三大主要交通干道之一。

根据在时代广场的实地调查和用户投诉的情况可以发现，时代广场室外，信号强、覆盖良好，随时可以进行通话，没有掉话现象，话音质量良好；但在时代广场室内的大部分楼层没有手机信号或者信号微弱，不能进行正常通话，特别是地下建筑和电梯内，全部是盲区；但是时代广场楼层较高的部分手机表现为信号很好、电话振铃，但无法接通，所以时代广场的室内移动通信能力表现为除了个别地方可以通话外，基本不能正常通话。

1.2目前时代广场信号覆盖中存在的问题

时代广场的框架式建筑结构和钢筋水泥的建筑材料决定了它对周围基站信号有较大的屏蔽，室内以轻钢龙骨为主的隔断墙也对电波有较大的衰耗，它们都影响到建筑物内部的绝大部分区域移动通信的效果。业主和入住商户的投诉严重，要求快速解决问题。经过现场测试，发现时代广场的地下室和电梯内由于钢筋水泥的封闭环境，属于完全盲区，建筑底层区域信号较弱，电话接打困难，高层部分则可以接收到相对较好的基站信号，但由于没有主导小区，接受到的几组电平值相差很小，重选切换频繁，通话过程中质量较差，经常发生掉话，通过测试数据可以发现时代广场的室内移动通信困难主要表现为：

（1）建筑中出现信号覆盖的盲区，主要是建筑内部的电梯轿箱、地下停车场、设备楼层和1、2层部分区域。造成盲区的原因主要是由于建筑结构为钢筋水泥浇注而成，穿透损耗极大，或者是由于周围其他高大建筑物对本建筑造成的阴影效应，使得这部分地方根本没有信号覆盖，基站信号到达地下时的电平值小于手机接收的灵敏度，属于信号盲区，所以无法接入网络。

（2）建筑中出现“乒乓效应”区域。它的高层部分基本都能接收到基站信号，不仅数量多，电平值高而且大小十分接近，造成手机在这些地方，没有主导小区，在能够选择的小区间频繁地重选、切换，无法进行正常的发起、维持呼叫。这主要是因为随着建筑物楼层高度的升高，周围有遮挡的建筑物也在逐渐减少，当到达一定的楼层高度后，周围对其有屏蔽作用的建筑物基本不存在了，到达建筑高层的信号主要为周围相邻的基站的直射信号。由于相邻基站站距比较接近，到达时代广场高层的信号在自由空间传播时的损耗基本相同，造成其高层部分信号数量多、场强值大，没有主导小区、手机频繁重选切换的现象。

（3）时代广场外墙体为钢筋水泥浇注而成，室外基站信号在进入室内时，穿透损耗很大，因而建筑的低层部分信号覆盖很弱，而且不均匀，覆盖这些区域的信号主要是周围基站的绕射和反射信号，这些信号经过长距离空中传播后有很大的损耗，到达这些区域时的电平已经十分微弱，基本接近或者超出手机的灵敏度极限，因而发起呼叫十分困难。

2.具体的设计方案和步骤

2.1基站设备的选型

室内分布覆盖系统最为重要是信号源的选取，信号源的性能决定了整个分布覆盖系统的性能，是整个系统的根本。本方案设计中使用宏蜂窝作为信号源，既可以保证有持续稳定的信号输出，又可以在话务量增长的同时，成倍的增加系统容量，是覆盖时代广场室内比较理想的方案。

由于覆盖面积比较大，单纯使用宏蜂窝配合无源系统不可能完全覆盖建筑内的每个地方，因而在关键的部分干线上需要使用放大器。放大器产生的噪声对基站的影响，在系统允许的范围内，不影响系统的正常运行。

2.2基站容量配置分析

时代广场是一座高级综合性写字办公楼，大厦内日常办公约5000多人，每日流动人员数量约为1000人，现以已经开通的同地区同类型的其他高层建筑的室内用户和话务统计平均数对照计算，时代广场的覆盖范围内有70%的手机拥有率，忙时40%的手机拨打率，得知忙时时代广场内移动用户手机共计为（5000+1000）×70%×40%=1680部。按照通常情况：

每移动用户的忙时话务量为0.02Erl；话音信道（TCH）呼损为2%；则大厦内忙时的总话务量为1680×0.02Erl=33.6Erl。由于分布覆盖系统采取分层结构，为使系统资源充分利用，可使两个天线子系统话务量负荷基本相同，那么每个子系统话务量为：33.6/2=16.8 Erl按2%的拥塞率，根据爱尔兰B表计算得话音信道数量为25个；SDCCH信道话务量为：16.8 Erl*28%=4.704 Erl；控制信道（SDCCH）呼损为0.1%。

根据爱尔兰B表计算得SDCCH信道数量为2个（由于下层小区与相邻基站的切换和重选次数较上层小区相对较多，所以在开通时根据实际的话务情况可以适当增加1个SDCCH信道）；每个小区BCCH信道1个。

由以上可以得到覆盖系统中的每个部分需要的信道数量为：25+2+1=28个。

每载频8信道，可得分层小区的每部分需要载频28/8=3.5，约为4载频；整个分布覆盖系统的宏蜂窝配置为上层小区CELL-A为4个载频、下层小区CELL-B为4载频，共计8个载频；使用机柜一个。

2.3基站传输系统的设计

室内分布覆盖系统所需要的传输电路一般可以由以下两种方式实现：

（1）HDSL市话专线是目前实现传输非常经济的方式，以前使用情况比较普遍。它的路由是从BSC端口开始经配线架跳接到光端机，经过光缆到达光缆中心，由光缆中心的HDSL专用设备转换后，通过专用电缆到达测量室，再由市话电缆到达目标建筑物，由于市话电缆几乎遍布城市的每个角落，所以HDSL专线电路可以几乎到达城市的任何一个建筑物。

（2）微波（或者红外线）可以实现光缆不能到达的特殊区域的传输电路，用户可以自行设计路由，而且实现起来方便快捷，能在目标建筑物和相邻基站之间迅速建立传输通道，解决光缆传输的“最后一公里问题”，是目前广泛使用在建筑物间的传输电路的方式之一，性能比较稳定，调整余量也比较多。

3.时代广场项目设计总结与展望

室内分布覆盖系统是目前解决室内移动通信覆盖的有效手段，可以应用于不同的目标建筑物。既可以充分吸收热点区域的话务量，又能够提高移动公司的服务水平、增强竞争力，因而得到普遍应用。目前，随着我国3G移动通信步伐的加快，第三代移动通信对室内移动通信的覆盖又赋予了新的涵义，3G移动通信有着其特定的技术指标，通信运营商对此还需未雨绸缪，早作打算。