浙江万里学院部分建筑室内覆盖的规划与设计

　　随着通信网络的发展，室内覆盖是实现无线覆盖、优化网络分布、基站配置，增加收入，提高满意度的一种手段，室内覆盖系统及其技术越来越受到相关电信运营商和设备制造商的重视。室内信号覆盖主要是指在建筑物室内无线移动通信网络的网络信号的覆盖。近年来，随着移动通信地不断发展，室外信号的覆盖变得比较完善，同时室内信号覆盖的质量得到很大提高。但是随着城市中的移动通信用户的迅速增加和城市高层建筑变得越来越多，用户在室内通话也越来越多，同时室内用户的话务量和对信号的覆盖要求也不断地在提高。室内是考察移动通信网络是否具备高质量和高容量通信业务的重要区域，同时室内信号质量也间接反映了运营商的服务质量，同时也关系到运营商的经济效益和形象及市场竞争力。与其同时，城市联通用户的数量也在飞速增加。如今，随着移动通信和联通通信的普及化，室外的通信服务已不能满足用户需求。据统计，现有的2G网络有35%到45%的话务量是在室内，而3G网络中有70%的话务量是在室内。由于室内的自身建筑材料的阻挡，还有室外地形等诸多因素，室内的信号强度往往比较弱，甚至手机无法正常地使用，从而产生通信的盲区；由于受基站天线高度影响，信号也无法覆盖，建筑物高层也是通信的盲区。因此，室内信号覆盖意义重大。

　　室内覆盖现在有以下特点：第一，，无论2G还是3G，大部分用户的通话来自室内，室内已成为运营商收入主要来源。第二，随着3G的不断发展完善，3G深层次覆盖的缺陷也突出，和2G相比，3G有更多的缺陷存在，建筑物内存在盲区多，易断线，网络不稳定的问题，而用户投诉也大多在室内。第三，3G室内覆盖建设是2G和3G共用室内信号的覆盖。因此，2G和3G完善室内覆盖都是无线网络建设的重中之重。

　　1.2.1室内信号覆盖的必要性

　　随着通信的普及化，用户已无法满足室外的通信服务，对室内也有清晰和良好的通话环境要求，尤其是在酒店，商场和商务办公楼等大型的建筑室内。据统计，现有的2G网络有35%到45%的话务量是在室内，而3G网络中有70%的话务量是在室内。由于室内的自身建筑材料的阻挡，还有室外地形等诸多因素，室内的信号强度往往比较弱，甚至手机无法正常地使用，从而产生通信的盲区；由于受基站天线高度影响，信号也无法覆盖，建筑物高层也是通信的盲区。

　　1.2.2室内信号覆盖的意义

　　随着城市移动和联通用户的飞速增长及高层建筑的增加，通信话务密度和覆盖要求也在不断上升。而这些建筑物是以钢筋混凝土为骨架，全封闭式装修，对电话的信号有较强屏蔽作用。例如在建筑物地下商场、地下停车场等，通信信号比较弱导致手机无法正常使用，从而形成了通信的盲区。而在中间楼层来自周围不同基站信号发生重叠产生的乒乓效应，严重影响了手机的使用。受到基站天线的限制，建筑物的高层信号无法正常覆盖，也是通信的盲区。此外，如果用户密度大，且基站信道拥塞，有些建筑物内手机上线都困难。通信网络覆盖、容量和质量从根本上体现了信号网络的服务水平。因此，室内信号覆盖意义显得十分重大。

　　本文对浙江万里学院室内信号覆盖的各个方面进行了整理。室内信号覆盖的总体设计，包括设计流程，重点阐述了室内信号覆盖平面设计方法。本文首先描述了室内信号覆盖设计的概述及原则，并分析了各类室内覆盖信号源和传输介质的特点。并根据建筑的特点选择合适的系统进行覆盖，其中包括水平层面天线设计及主干设计。结合2G的覆盖数据的特点，大致估算了业务覆盖所需的天线密度，以及主干设计中的馈线选型。最后讨论了WCDMA与2G共建的思路是通过多系统合路器（POI）来实现的，并详细介绍了根据系统不同的隔离度要求，并讨论了POI的两种设计方式。

　　室内覆盖建设的总体流程主要有四个流程：前期的调研、查勘的测试、方案的设计和施工的验收期。如图2-1。

　　一、前期的调研：依据整个网络策略和目标对室内信号覆盖进行选点，而室外覆盖是3G室内信号覆盖站点的选择依据。无线设计最重要部分。基站勘测是，主要包括基站选址和详细勘测两大部分。

　　二、查勘的测试：选定站点后，要对站点的建筑物进行勘测，而勘测的内容有：

　　A站地址的信息勘测：覆盖的站点名称，覆盖的站点实际地理位置，业主的联系方式，建筑的全景图。

　　B建筑物理环境的勘测：设计平面图，楼宇高度，楼宇层数，楼宇总面积,，楼宇装修情况，设备安装的位置，天线安装位置，棚顶的结构是否穿电缆，布线路由，电梯数量、电梯位置、电梯共井，停靠区间，电梯线进出口位置；电井强电和弱电位置，电井数量，电井走线空间余量。

　　工程勘测时，要先进行无线环境的勘测，目的是评估室外与室内信号的相互影响，制定系统设计指标、系统验收指标，确定信号设计指标。无线摸底包括这些方面：用路测软件扫测,了解当前的覆盖状况；记录BCCH、TCH、LAC、CID和邻频；扫频的范围,建筑不同的层必测,所选楼层一定全部扫频测试；标准层、底层、顶层必测,中间层可根据情况隔几层一测。

　　3、方案设计：勘测完工后，便是进行详细方案的设计。设计时要考虑站点是新建点还是合路点。如果是新建的站点，就要将3G和2G一起设计，这是此次课题的中心；如果是合路点，则将3G的主机设备与2G的主机设备合路在一起。

　　此外，还需考虑其他方面的因素：（1）技术方面，包括建筑物的覆盖需求、容量需、周边网络环境以及如何与传输配套进行沟通。（2）业主方面，与业主良好的沟通有利于方案设计和现场实施。（3）远期发展因素，要适当考虑建筑物远期的业务发展需求，有利于3G室内信号覆盖的建设。

　　4、施工验收：方案设计完成后，便要马上报给设计院。等设计院通过后，进入工程施工。施工同时，要通知第三方的监理到现场查看。施工完成后，便要等着联通公司的相关部门来验收。

　　3G系统与2G在使用频段、编码技术等方面不同，所以3G室内覆盖有一些新的特点。3G室内覆盖需对覆盖、容量、质量进行统一规划，而2G系统只需考虑室内场强信号水平满足用户接入电平要求，网络质量可通过后期频率规划进行调整。由于各种业务链路损耗不同，3G系统还要考虑用户的业务需求，根据业务发展预测进行室内覆盖规划。在进行室内分布时，站点规划与室外规划要协调统一。3G室内覆盖还要重点考虑和2G系统相互干扰问题。

　　3G室内覆盖规划需遵守以下几个原则：

　　第一、统一性原则。包括室内室外站点规划、设计的统一，在建设室内覆盖时要考虑室外信号的影响，同时也要考虑到室内覆盖对室外干扰水平的提升。

　　第二、差异性原则。由于网络建设受到投资的限制，不可能盲目地加大室内覆盖，要以用户满意度为衡量标准，制定不同的质量目标。有的地方能够接受覆盖盲点的情况下，可以在建设策略和建设阶段上就行调整。

　　第三、经济型原则。对于一个特定的建筑物而言，室内覆盖解决方案可能有多种的选择不能单纯地为了追求技术上的完善盲目扩大投资，但是也同样不能为了节省投资而选择并不适合的室内原则。

　　第四、兼容性原则。根据我国国情，大部分3G运营商同时拥有2G网络。因此在室内覆盖规划设计室，最大限度利用已有的室内覆盖资源，并进行最合理的改造，是进行3G室内覆盖的一大原则。

　　通过在空间和时间上联合，空时处理技术进行信号处理可有效改善系统特性。随着第三代通信系统对空中接口标准的支持，空时处理技术已融入调制解调器中，从而达到优化系统目的。采用空时处理的方法就是系统的发送端或接收端使用了多根天线，同时在空间和时间上处理信号，所达到的效果是靠单个天线的处理方法不能实现的。

　　2.3.1空时处理方法

　　在单用户的情况下，空时处理方法的分类如图2-1所示。

　　移动台一般不适用于多天线接收，而在基站采用多个天线进行发射可以使移动台的接收效果和移动台用多个接收天线时的效果相同。

　　2.3.2波束成形技术

　　波束成形技术可分为自适应波束成形、固定波束和切换波束成形技术。固定波束天线的方向是固定的，IS－95中的3个120°扇区分割为固定波束。切换波束是固定波束的扩展，将每个120度的扇区再分为多个更小的分区，每个分区有一固定波束。当用户在一个扇区内移动时，切换波束机制可将波束切换到最强信号的分区，但切换波束机制是不能区分理想信号和干扰信号。由于移动台移动性及散射环境，接收到的信号到达方向是时变的，使用自适应波束成形器可将频率相近的信号分离开，并跟踪信号调整天线阵的加权值，从而使天线阵的波束指向理想信号的方向。

　　自适应波束成形的关键技术根据形成波束所用的信息可以将波束成形技术分成以下3类。

　　(1)基于空间结构的BF

　　基于输入信号到达方向的BF包括3类：基于最大信干噪比的BF、基于最大似然准则的BF、基于最小均方误差准则的BF。多址干扰的抑制依赖于信号的到达方向。DOA估计方法有离散付里叶变换、线性预测、MVDR估计器、ML滤波器、最大包络法（MEM）以及可变特征结构的方法。

　　(2)基于训练序列的BF

　　时间参考BF，适用于多径丰富且信道特性连续变化的环境，由算法可分为块自适应算法和采样自适应算法两类。块自适应算法包括特征滤波器法、最大比合并法、Stanford法、第一维纳滤波器解、第二维纳滤波器解。采样自适应算法有最小均方算法、递归最小平方算法、归一最小均方算法、和共轭梯度法。

　　(3)基于信号结构的BF

　　利用接收信号的时间或空间结构、特性来构造BF，利用恒包络调制信号的恒模特性、信号的周期平稳性或数字调制信号等知识，可应用于不同的传播条件，需要考虑收敛性和捕获问题。

　　对于下行链路不同的复用方式可采用不同的解决方法：TDD方式和FDD方式。TDD方式由于上下行链路相同的频率，保证信道参数在相邻上下行数据帧中无变化的情况可直接利用上行得到的信道参数。FDD方式由于上下行链路的频率间隔大于相关带宽，因此上下行的瞬时信道是不相关的。

　　2.3.3接收分集

　　由于系统通常有较多的多址干扰分量，而天线阵可以去除干扰的特性但不能明显地改善接收机的SINR，所以在一般情况下是利用接收分集的方法和估计接收信号形式来确定匹配滤波器加权系数。接收分集技术中的分集天线是分集合并器，而不是BF。一般合并方式有：选择合并选择具有最大信号功率的多径；最大比合并每一路有一加权，根据各支路信噪比来分配加权的权重。当每个分离多径上干扰不相关时，MRC方法使合并信号的SINR最大。等增益合并选择每一路加权值都相等。Wiener滤波无论多径之间的干扰是否相关，均可抑制干扰并使合并器输出的SINR最大，因此Wiener滤波的方法要又称为优化合并。

　　2.3.4发送分集技术

　　当发送方无法获得信道参数，空时发送分集改善前向链路性能，这种机制如延迟发送分集和空时编码技术是将发送天线的空间分集转化为接收机可以利用的其他形式的分集。空时编码技术是同时从空间和时间域上考虑设计码字，基本原理是多个天线上发送信息比特流的向量，利用发送天线所发送序列的正交性，两个发送天线和一个接收天线获得的分集增益与一个发送天线和两个接收天线MRC接收机的一致。

　　是否需要从接收机到发射机的反馈电路，发送分集技术可分为开环和闭环两种类型。前者发射机不需要任何信道方面的知识。开环发送分集方式有空时发送分集、时间切换发送分集、正交发送分集、延迟发送分集以及分层的空时处理和空时栅格编码。闭环发送分集方式有选择发送分集。发送分集各方式具体如下：

　　(1)正交发送分集

　　经过编码后的数据可分成不同的子流在不同的天线上同时发送。为保证正交性，这两个子流的Walsh码是不同的。

　　(2)时间切换发送分集

　　在某一时刻每个用户只使用一个天线，使用伪随机码机制在两个天线之间切换。

　　(3)选择发送分集

　　由于在TSTD方式中，瞬时使用的发送天线并不一定能在接收端得到最大的信噪比，所以使用一个反馈电路来选择能提供使接收端得到最大信噪比的天线。

　　(4)空时发送分集

　　空时发送分集是将数据编码之后在两个天线上发送出去。

　　(5)延迟发送分集

　　用多个天线在不同时刻发送同一原始数据信号的多个复本，人为地产生多径。

　　(6)分层空时结构

　　首先将原始信息比特分解成n个并行的数据流，并送入不同的编码器，再将编码器的输出调制使用相同的Walsh码通过不同的天线发送出去。接收机侧使用一个BF来分离不同编码数据流，将数据送入不同的解码器输出再重新建立原始的信息比特流。首先使用ViterbiMLSE算法出最强的信号，将该信号从接收的天线信号中去除再检测第二强的信号，反复直到检测出最弱的信号。

　　该机制中，层到天线的映射并不是固定的，而是每n p个码符号之后周期性地改变。这种映射关系保证了这些数据流最大可能在不同的天线上被发送出去。

　　(7)空时栅格编码

　　根据秩准则和行列式准则使设计出的码字得到了最大分集和编码增益。以四进制相移键控状态空时栅格编码。

　　室内信号覆盖是利用同轴电缆、光纤、泄漏电缆等传输方式，将基站信号通过无线或有线方式引入室内的每一个角落并由小天线将基站信号发射出去，从而使室内各个角落得到的信号能均匀分布，最终达到消除覆盖盲区、抑制干扰的目的。

　　室内信号覆盖应用的范围有：

　　(1)室内盲区—电梯等；

　　(2)大型室内场所—机场、车站、体育馆、商场、购物中心等；

　　(3)频繁切换的室内场所—居民小区等。

　　室内信号覆盖建设需要考虑的几个方面的因素：

　　(1)覆盖方面：建筑物的屏蔽和吸收作用造成无线电波大的传输衰耗，从而形成通信信号的弱场甚至盲区。

　　(2)容量方面：大型购物商场、会议中心等建筑物由于通信电话密度过大，局部网络无法满足用户需求发生拥塞现象。

　　(3)质量方面：高层空间建筑物易存在无线干扰和小区信号不稳定，导致会出现乒乓切换效应，甚至出现掉话现象。

　　室内信号覆盖的建设可全面地改善室内的通话质量，提高通信电话接通率，开辟高质量的室内通信区域。同时，微蜂窝系统可以分担室外蜂窝话务的网络容量，从整体上提高通信网络的服务水平。

　　室内信号覆盖主要由信号源和信号分布系统两部分组成。见图3-1。

　　室内信号覆盖实际分布图，见图3-2。

　　(1)系统的结构应综合考虑到运营商未来发展的要求，并满足运营商未来的其他的接入要求，并充分考虑到系统扩展和其他系统合路的可能性。

　　(2)系统的配置应满足当前通信业务的需要，同时考虑到业务增长的要求。

　　(3)系统设计应根据不同目标区域的覆盖网络指标，合理地设置信号，从而避免与室外信号间频繁地切换。

　　(4)电磁辐射值必须符合国家标准，遵循《电磁辐射防护规定》，即国标GB8702-88，设备与材料及其物质对环境没有污染。

　　(5)系统设计中的元器件、设备和线缆应符合系统要求，各个组成部分的接口应标准化，。

　　对于联通室内信号的覆盖，还须考虑以下几点：

　　(1)尽量使用非智能天线、。

　　(2)如果室内信号覆盖已有GSM、WLAN等室内分布，则优先考虑共用现有室内信号覆盖。若无，则在新建室内信号覆盖的过程中，考虑到它能为其他系统提供服务。

　　3.3.1选取的信号源

　　一般宏蜂窝基站、直放站、微蜂窝基站、射频拉远等可选为WCDMA室内信号覆盖信号源。室内信号覆盖信号源选取需综合考虑楼宇覆盖情况和它的容量要求，按照不同类型的目标楼宇选择对应的信号源。

　　1）.宏蜂窝信源：可根据不同地区的话务密度提供不同的处理能力，其中宏基站能够插入多块基带板。它主要应用在话务量高、覆盖区域大的写字楼、大型商场、大酒店、体育场馆等建筑物。

　　B.微蜂窝信源：它采用独立的微蜂窝基站，可独立承载话务量，并可分担宏蜂窝小区的话务量。该方式实施简单无需机房资源，而且能提供更多的网络资源，信号稳定。并能够抑制导频，可灵活结合来实现室内覆盖。因此，主要应用于中等话务量的建筑物。

　　C.直放站信源：它只是将室外的宏基站信号引入室内，从而共享基站的基带处理能力，但并不增加系统的容量，主要应用在分散的小区，电梯、地下室等场所。

　　D.射频拉远信源：它可提供微蜂窝基站作为信号源，避免了直放站的缺点，占用了一定的基带资源提，不会有抬升接收底噪及饱和自激的问题。它的优点是建设成本较低，可灵活结合具体的室内信号覆盖，且配置和实施很灵活。通常在话务量较高的写字楼、商场、酒店等建筑物。

　　3.3.2传输介质选择

　　1）同轴电缆：它是无源器件，造价低且性能稳定。介质在2000MHz的损耗与在900MHz的损耗相差很大。原有的GSM信号覆盖层馈线长度超过25m馈线需更换为7/8馈线；

　　2）光纤：光纤的路损小，但性能稳定且传输容量大。但需增加专门的电转光设备和光转电设备。在WCDMA室内信号覆盖中还有光电互转时延问题。

　　3.3.3元器件的使用

　　元器件分为无源和有源两种。有源器件主要指在线缆中干线放大器信号传输会存在一定路损，为保证末端覆盖效果有时需在传输过程中使用干线放大器。无源器件通常有功分器和耦合器。WCDMA室内信号覆盖的频率范围要满足900MHz～2500MHz。如果加上GSM系统的合路，工作频率范围要满足900MHz～2600MHz。

　　另外，室内信号覆盖设计还需考虑GPS天线安装位置、路由。室内信号覆盖设计方案可用如下形式：

　　1）使用多馈缆方案即多通道信号覆盖不同楼层，可发挥多信源的作用，减少了干放使用数量。为利用多馈缆方案带来的干扰隔离的效果，在原室内信号覆盖的支路上与GSM合路。

　　2）使用“单馈缆＋干放”这种方式与传统GSM室内信号覆盖类似。由于这种频段较高，信号传输损耗大，通常需要干放。优势是对走线井的要求低。劣势是使用了干放增加了成本，并增加了上下行噪声影响系统容量。

　　3）使用“BBU+RRU”基带集中放置在机房，拉远远端安装至楼层，BBU与RRU之间用光纤传输，RRU再通过同轴电缆连接至天线。由于信号通过光纤时损耗小，会降低整体系统的馈损，减少对干放的依赖。

　　可以通过多系统合路器来实现GSM和WCDMA系统的室内分布合路。多系统合路器产品在需要多网络接入的大型建筑物内应用，能避免信号覆盖建设的重复投资，并能实现合路功能。它对下行信号进行合路，同时对上行信号进行分路，。

　　根据不同隔离度要求，多系统合路器POI有两种设计方式：收发共路和收发分路。收发共路的特点是对外接口少，体积小，而收发分路接口数量多，但设计简单。

　　3.4收发共路

　　收发共路是收发天馈系统合二为一的覆盖方式，应用于系统间干扰小，无需很大隔离度的室内分布。

　　目前现有的室内信号覆盖都用一根天线收发，所以收发共路对室内信号覆盖是一种现实选择。此时，GSM系统与WCDMA系统共用室内分布又分为两种模式:独立合路共用模式和直接合路共用模式。

　　（1）独立合路共用模式

　　适用于WCDMA系统采用室内型宏基站作信号源。此时WCDMA信号覆盖单独使用各路TPA单元输出信号，依靠抗干扰联合检测算法实现多用户接入（如图3-3所示）。

　

　　室内信号覆盖的平面设计可以有效地解决室内信号的覆盖、信号的容量和信号的质量问题。在室内信号覆盖建网的初期，在一些人口密集的建筑等室内地区引入室内信号覆盖是很有要的。由于目前移动网络的室内信号覆盖已经完善，联通WCDMA共用移动GSM的室内信号覆盖可以减少网络重复建设和多次工程带来的不便。另外,在室内信号覆盖的区域应减少与移动通信间的切换，这就要求联通网络覆盖要与移动网络信号覆盖一致。最经济的方法就是共用室内信号覆盖。

　　应该注意的是室内改造不能影响已有的移动GSM覆盖；要注意室内外的覆盖并优先选用同频；无源器件要满足800-2500MHz的宽频段；多采用多天线小功率的部署原则，天线点位于移动GSM信号并要满足3G要求；减少直放和干放；充分使用BBU+RRU实现室内信号覆盖；

　　本文对浙江万里学院室内信号覆盖的各个方面进行了整理。室内信号覆盖的总体设计，包括设计流程，重点阐述了室内信号覆盖平面设计方法。本文首先描述了室内信号覆盖设计的概述及原则，并分析了各类室内覆盖信号源和传输介质的特点。并根据建筑的特点选择合适的系统进行覆盖，其中包括水平层面天线设计及主干设计。结合2G的覆盖数据的特点，大致估算了业务覆盖所需的天线密度，以及主干设计中的馈线选型。最后讨论了WCDMA与2G共建的思路是通过多系统合路器（POI）来实现的，并详细介绍了根据系统不同的隔离度要求，并讨论了POI的两种设计方式。

　　全球3G市场刚刚起步，用户数还比较少。而初期网络覆盖投资很大，因此处于早期发展的3G业务基本处于亏损状态。随着通信网络的发展，室内信号覆盖实现了无线覆盖、优化网络的容量分布以及基站的配置，增加了话务收入，用户数量得到了增长、3G产业链得到完善、一旦3G产业形成后，其运营收益将会成指数的增长。在中国的世博会上首次出现中国版4G标准。为了应对未来的4G室内信号覆盖建设，国内运营商纷纷在建设3G室内信号覆盖的同时，考虑了4G信号覆盖的频段、分区等要求。

　　忙碌的一个学期即将过去，我的毕业论文也接近尾声，在这里，我深深地感谢那些在学习和生活中给了我帮助的人们。

　　首先，我要感谢的是我的导师***教授。他渊博的知识、严谨求实的治学态度、大胆创新的进取精神对我产生重要影响；他那儒雅的气质和淡定的性情让我感受到了一个学者所特有的魅力。同时也深深地感谢**所的所有老师，感谢你们对我的教育和栽培。

　　我要感谢***师姐，对我的论文的给了很多实质性的指导。她那严谨的求学态度和认真细致的作风以及那阳光明媚的笑容和清脆悦耳的笑声给我留下了很深的印象，也是我学习的榜样。

　　感谢我的室友和同学，陪我度过了快乐的四年大学时光，给了我精神上的支持。

　　尤其感谢我的父母。含辛茹苦的工作，让我完成了学业。

　　再次向那些关心和帮助我的朋友致以最诚挚的感谢！

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