1、.WCDMA綜合室內分布系統設計1、前言 3G的魅力在于高速數據與多媒體業務，而視頻電話、視頻流、游戲等高速數據業務一般都發生在舒適的室內環境中，這些業務功能都需要較大的系統容量和良好的網絡質量。3G時代60%-70%的數據業務將發生在室內，如歐美國家和中國香港地區的統計顯示室內移動電話話務量約占總話務量的1/3；日本NTT DoCoMo的調查發現3G用戶的室內使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。解決室內覆蓋的主要方法是建設室內覆蓋分布系統，室內分布系統的基本原理是將室外信號通過有線方式引入到室內，再通過小型天線將信號發送出去，從而提高室內覆蓋水平。3G時代建設室內分布系統目的不僅僅是

2、為了解決建筑物內部的信號盲區、弱區，解決建筑物內部信號雜亂造成的通話質量差，分擔室內話務量改善網絡擁塞，也是企業戰略發展的需要。WCDMA是3G三大主流技術之一，WCDMA室內分布系統的建設將是未來的一個熱點，本文將重點探討室內分布系統的設計問題。 射頻綜合室內分布系統主要包括信號源、天饋信號分布系統。由于CDMA制式是自干擾系統，所以室內外系統規劃、設計與2G系統有很大不同。對于WCDMA系統，室外宏蜂窩主要是下行容量受限即功率受限。而室內分布系統則是上行容量受限，其主要原因有兩點。一是WCDMA室外宏基站基本為一發二收，可以有效提高上行接收靈敏度，而室內分布系統無接收分集導致上行受限；二是

3、室內過多的天線也導致干擾增大，影響了系統容量。 下面針對室內分布系統建設中的幾個主要問題進行具體分析。 2、鏈路預算 在進行鏈路預算時，首先是鏈路模型的選擇，室內傳播模型主要有以下5種：衰減因子模型、Motley經驗公式、對數距離路徑損耗模型、Ericsson多重斷點模型及射線跟蹤模型。 在選擇傳播模型時需要注意傳播模型的適用范圍和各參數意義。目前用的最多的是室內衰減因子模型。計算公式如式（1）所示。 （1） 其中： L（do）：距離天線口1 m處自由空間損耗； a：不同室內環境的衰減因子； F：隔墻損耗； d：傳輸距離。 對于WCDMA室內分布系統，一般采用導頻信號強度和主導頻Ec/Io衡量

4、網絡覆蓋情況。WCDMA室內分布系統設計采用導頻功率進行鏈路預算，CPICH（公共導頻信道）、SCH（同步信道）和CCPCH（公共控制物理信道）分配固定的功率，DPCH（專用物理信道）發射功率按需分配，一般情況下導頻功率約為總功率的10%，其他同步信道功率及控制信道功率大約為10%。以10 W信源為例，導頻功率約為30 dBm。WCDMA室內分布系統設計時。邊緣覆蓋場強的設計需要綜合考慮業務覆蓋需求和無線環境情況：數據速率越高，CPICH Ec/Io要求越高；無線環境越復雜，干擾越嚴重，邊緣場強要求越高。一般情況下，高速數據業務覆蓋范圍比語音業務覆蓋范圍要小，為保證高速數據業務的覆蓋，需要更高

5、的發射功率。WCDMA室內分布設計與室外規劃類似，需要結合業務需求和無線情況決定邊緣設計場強。一般情況下，要求目標覆蓋區域內95%以上位置，導頻信號強度-90 dBm，導頻Ec/Io-12 dB（50%負載）。業務類型與典型CPICH Ec/Io要求見表1，對于部分區域如果要滿足384 kbit/s業務要求，則相應要提高CPICH Ec/Io。 表1業務類型與典型CPICH Ec/Io要求3、信源的選擇 室內分布系統信源的選擇主要取決于室內分布系統未來的話務量需求，需要綜合考慮室內分布潛在的話務需求和室外基站的話務余量。如果采用直放站作為信源，一般情況下忙時室內話務總量不要超過室外施主基站的1

6、/3。WCDMA典型區域各種類型業務的容量見表2，在選擇施主基站時需要綜合考慮室內外話務情況。 表2WCDMA典型區域各種類型業務的容量（下行加載50%） 在信源使用上應注意以下幾點： 采用直放站信源時為降低干擾，在光纜資源許可條件下，優先選用光纖直放站。 對于無線直放站信源，首選主導頻所在的基站小區為信源點，一般要求最強CPICH Ec/Io-7 dB，最強CPICH RSCP（接收信號碼域功率）大于-65 dBm。 室內覆蓋站點與信源點基站的光纖直線距離一般應小于1 km，考慮到光纖路由成本及基站小區鄰區配置的復雜性，優先選擇光纖路由短的基站小區作為接入信源。 施主基站的選擇需要兼顧原覆蓋

7、小區的容量和覆蓋需求。采用宏基站做信源的室外小區，每個宏基站原則上只為1至2個室內覆蓋站點提供信源，最多不要超過3個，防止施主基站底噪的快速抬升（室外覆蓋主要有宏蜂窩和微蜂窩。如果用于室內覆蓋其容量必須有一定冗余，因此，一般情況下不會在微蜂窩基站下接無線直放站）。 若室內覆蓋站點附近的基站小區話務量均比較高（原則上大于40 Erl）或已為多個站點提供信源，則考慮選用微蜂窩設備作為信源。 在話務量繁忙（如繁華商業區）且欲覆蓋站點多的區域，可考慮建設專用于室內覆蓋的宏基站（一般將專門用于解決室內覆蓋的宏基站稱為專建基站，該基站不做室外覆蓋）作為室內覆蓋的信源點，原則上每個專建基站的小區可為1至3個

8、室內覆蓋站點提供信源。 為降低今后的維護、運營成本，在滿足覆蓋質量要求和投資預算的前提下，盡量減少干線放大器的使用數量。 在信源容量滿足室內覆蓋要求前提下，可以采用干線放大器擴大覆蓋面積，但不建議串聯使用，并聯使用時建議每個信號源所帶干線放大器不超過5臺。 4、系統間干擾的分析 多系統共用室內分布系統最重要的問題是系統間干擾的控制，抑制干擾的主要方法是增加頻帶隔離、降低干擾源功率或增加空間隔離。對于室內分布系統降低干擾的主要方式是增加頻帶隔離和增加系統隔離度。目前主要的移動/無線通信系統工作頻段見表3。 表3主要的移動/無線通信系統工作頻段 目前系統間干擾主要有雜散干擾、互調干擾及阻塞干擾，要

9、解決干擾問題需要遵循3條基本原則1： 對于雜散干擾，被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射信號強度應比它的接收機噪聲基底低10 dB。 對于互調干擾，在被干擾基站生成的三階互調干擾（IMP3）電平應比接收機噪聲基底低10 dB。 對于阻塞干擾，被干擾站從干擾站接收到的總載波功率應比接收機的1 dB壓縮點低5 dB。 一般情況下雜散是最嚴重的系統間干擾，如果能夠滿足第一條原則，其他兩條也可滿足。從表3可以看出，WCDMA上行（1920-1 980 MHz）與CDMA1900下行（1 980-1 985 MHz）相鄰，兩者相互干擾影響最嚴重，因此以這兩者干擾為例分析系統隔離度要求。 假設WCDMA與

10、CDMA1900共用室內分布系統，需要采取一定的措施避免CDMA1900系統下行對WCDMA系統上行的干擾。下面以12.2 kbit/s語音業務為例進行分析。 假設：1 900 MHz CDMA信源帶外雜散為Ic=-67 dBm/100 kHz；WCDMA基站熱噪聲密度為-174 dBm/Hz，基站接收機噪聲系數為5.0 dB，干擾余量為3.0 dB，所需Ec/Io為5 dB：合路器隔離度為A；WCDMA系統能允許的最大雜散干擾Iw-max，計算過程如下： 根據參考文獻1，雜散規避準則可以表述為“為保證良好的系統性能，不同系統應有一定的隔離度。對于雜散干擾。被干擾基站從干擾基站接收到的寄生輻射

11、信號強度應比它的接收機噪聲基底低10 dB，那么被干擾基站的接收靈敏度下降低于0.5 dB"。如式（2）所示。 Iw-maxLc-A （2） 其中：Iw-max為WCDMA系統所允許的最大雜散干擾；Lc為接收機噪聲基底；A為雜散隔離度要求，一般為10 dBm。 處理增益為：10lg3.84 Mbit/s/12.2 kbit/s=25 （dB）（3） 接收機噪聲功率為：-174+5=-169（dBm/Hz）（4） 3.84 MHz帶寬內接收機噪聲功率為：-169+10lg3.84+60=-103.2（dBm）（5） WCDMA接收機的靈敏度（即無干擾條件下接收機噪聲基底）為：-103.

12、2-25+3+5=-120（dBm）（6） 所允許的最大雜散干擾為：Iw-max=-120-10=-130（dBm） CDMA1900信源頻帶外雜散干擾為-67 dBm/100 kHz，則其在WCDMA頻帶內的雜散干擾為-67+10lg38.4=-51.2（dBm）。 因此，所需隔離度為：-130-（-51.2）=-78.8（dB）。 5、天線的布放 室內分布系統的天線布放雖簡單但重要，是設計的關鍵點。一般遵循“小功率，多天線”的原則，保證信號均勻覆蓋整個目標建筑物。采用小功率的優點是信號易于控制，輻射小，對外干擾小；缺點是會提高整個室內覆蓋系統的總造價，因此需要在布放原則和經濟性之間尋找最佳

13、平衡點。由于室內傳播環境的復雜性，所以進行天線布放前進行模擬測試。天線的布放與建筑物結構緊密相關，需要根據模擬測試效果選擇天線布放位置，同時考慮不同樓層結構的差異性。模擬測試需要重點注意以下幾點： 若建筑物包含不同類型的樓層/區域結構，應對每一種結構分別進行模擬測試。 每一種建筑結構類型都應給出模擬測試天線的具體位置以及相應的目標覆蓋區域，目標覆蓋區內所選的測試點必須具有代表性。 目標覆蓋區內模擬測試點應包括建筑物邊緣及縱深區域。 為降低干擾，提高容量，應對相鄰天線交疊覆蓋區域內的模擬測試點進行分析。WCDMA與GSM共享室內分布系統設計截至2005年8月底，我國移動用戶數已達到3.73億，占

14、全球移動用戶總數的20%以上。與此同時，盡管中國3G牌照發放形式、數量和時間表仍然撲朔迷離，但是3G的腳步已越來越近卻是勿庸置疑的。    根據NTTDoCoMo3G運營統計數據：70的話務發生在室內；且3G帶來的高級業務也絕大多發生在室內。所以3G室內覆蓋將是3G運營商品牌形象的重要體現，同時也是3G運營商吸引用戶的重要手段。    GSM/WCDMA共享室內分布系統，作為一種既可以節省投資又能夠快速建網的3G室內覆蓋建設方法，時下正成為3G網絡建設研究的一大熱點。    2  可行性分析&#

15、160;   多系統共享室內分布系統是指在2G、3G等多系統共存的室內覆蓋中采用寬頻合路器等手段來實現室內分布天饋部分的共享。    2.1GSM/WCDMA共享室內分布系統存在的主要問題    引入合路器，以及共享天饋線系統會帶來一些問題：    （1）無源器件問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，所有無源器件工作頻率必須要涵蓋GSM和WCDMA工作頻段。    （2）有源器件問題  

16、60; 由于不同制式系統工作方式不同，且存在相互干擾的可能，因此有源器件部分無法共用。在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，各系統間有源器件需相互獨立。    （3）功率損耗差異問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于GSM、WCDMA工作頻段不同，無論是在天饋線還是在自由空間傳輸時都存在功率傳輸損耗差異。    （4）合路器插損問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于系統合路時必須在天饋系統中插入雙頻或多頻合路器，該器件接入將造成一定的信號

17、功率的損耗。    （5）系統間相互干擾問題    在多系統共享室內分布系統中，邊帶、雜散、互調等噪聲都會引起多系統間的相互干擾。同樣，在GSM/WCDMA共享的室內分布系統中也必然存在相互的干擾，能否將干擾控制在一個可以接受的程度內從而使得各系統協調共存至關重要。    2.2GSM/WCDMA共享室內分布系統的可行性分析    針對以上所述的問題，下面逐條進行可行性分析：    （1）無源器件問題    在GSM

18、/WCDMA共享室內分布系統中，GSM900使用的頻段為上行890MHz915MHz，下行935MHz960MHz；GSM1800使用的頻段為上行1710MHz1785MHz，下行1805MHz1880MHz；WCDMA使用的頻段為上行1920MHz1980MHz，下行2110MHz2170MHz。因此，系統所用室內天線及無源器件工作頻帶必須涵蓋800MHz2500MHz。目前，大多數廠家都能提供。已有GSM室內分布系統的無源器件假如不支持多系統的工作頻帶，在引入WCDMA系統時，必須對原有室內分布系統進行改造，將無源器件更換為寬頻器件。    （2）有源器件問題

19、    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，有源器件主要指的是干線放大器。對于有源器件無法共用的問題，一般有兩種方法來解決。    第一種：通過增加多個寬頻合路器（同時也可以做分路器）的方法規避，如圖1所示：    圖1  增加合路器法規避有源器件的共用    這種方法首先使用寬頻合路器把信號分開（對于下行是分路，對于上行是合路），通過各自的放大器進行信號放大，然后再通過寬頻合路器進行合路（對于下行是合路，對于上行是分路），從而避免了有源器件的共用問題。

20、0;   第二種：通過調整共享接入點的方法規避，如圖2所示：    圖2  調整共享接入點法規避有源器件的共用    這種方法通過調整GSM/WCDMA共享接入點，即在各系統的干線放大器之后合路，使得不同的系統分別獨立地的進行信號放大，從而避免了有源器件的共用。    （3）功率損耗差異問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，可以根據實際情況，通過對信號源與干線放大器的功率調整，以及精心選擇共享接入點，保證各系統的邊緣場強要求。

21、60;   （4）合路器插損問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，合路器插損問題可以與功率設計問題聯合考慮，一般可以通過調整天饋系統的輸入信號電平彌補。    （5）系統間相互干擾問題    在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，由于兩個系統的工作頻帶間隔較遠，邊帶噪聲的影響可以不考慮；另一方面，由于實際系統中很難將互調噪聲和雜散噪聲嚴格區分，按照慣例，這里將互調也歸入到雜散噪聲一類。    對于雜散干擾，需要采用滿足隔離度要求的合路器來解

22、決。根據3GPP協議要求，WCDMA系統對GSM系統隔離度達到30dB以上時，WCDMA系統不會對GSM系統產生干擾；而根據3GPP規定的GSM系統的雜散輻射限值，可計算得到GSM系統對WCDMA系統的隔離度要求則為90dB。這個結果是完全按照協議規定的指標計算出來的，但測試結果表明：在雜散指標上實際設備均有較大的余量M(典型值為30dB)。因此，工程中GSM系統對WCDMA系統的隔離度要求為（90-M）dB。    根據以上分析，在GSM/WCDMA共享室內分布系統中，合路器的隔離度要求為（90-M）dB。如上面所說，余量M典型值為30dB，所以GSM/WCDM

23、A共享室內分布系統中合路器的隔離度要求的典型值為60dB。在GSM/WCDMA的頻率間隔內，實現隔離度為60dB同時保證較小的帶內插損（0.6dB）的合路器是不難做到的。目前大多數廠家都能提供GSM900/WCDMA端口間隔離度80dB，GSM1800/WCDMA端口間隔離度60dB的合路器。而當余量M小于30dB，對合路器的隔離度要求有所提高，以至于這樣的合路器難以實現或成本過高時，也可以考慮在GSM設備輸出端口增加帶限濾波器以滿足整體的隔離度要求。    綜上分析可知：GSM/WCDMA共享室內分布系統在前文所述的無源器件工作頻率、有源器件共用、功率損耗差異、

24、合路器插損、系統間相互干擾等問題上都可以得到解決，因此GSM/WCDMA共享室內分布系統是可行的。    3  系統設計    3.1WCDMA與GSM室內分布系統比較    WCDMA與GSM室內分布系統比較如表1至表5所示：    3.2WCDMA室內分布系統工程技術指標建議    （1）一般區域導頻功率90dBm，導頻EC/IO-12dBm(50%負載)；    （2）重點區域導頻功率-85dBm，導

25、頻EC/IO-8dBm（數據業務或語音密集區域）；    （3）電梯或地下室區域導頻功率-100dBm，導頻EC/IO-15dBm（數據業務或語音密集區域）；    （4）外泄電平：室外10米處導頻功率-95dBm；    （5）用戶業務模型    話音業務12.2k：忙時每用戶0.02Erl；    數據（分組）業務64k：忙時每用戶0.002Erl；    分組業務忙時下行鏈路每用戶數據吞吐量為250bps，上行

26、鏈路每用戶數據吞吐量為62.5bps；    （6）無線信道呼損率取定為2%；中繼電路呼損率取定為0.5%；    （7）統計指標：掉話率1.5%，呼叫建立成功率94%，切換成功率94%。    3.3GSM/WCDMA共享室內分布系統設計    （1）GSM/WCDMA共享室內分布系統設計的總體原則    性能優先    確保原有GSM網絡在改造后能達到覆蓋效果；    確保原有網絡在改造后不受WCDMA網絡干擾；    確保新建WCDMA網絡覆蓋、質量和容量；    確保原有網絡不干擾WCDMA網絡。    利舊原則    盡量利用原有系統的設備、器件，控制改造成本；    盡量采用原有GSM系統的設計思路。    （2）典型的設計方案