住宅小區(qū)無線覆蓋優(yōu)化解決方案

住宅小區(qū)無線覆蓋優(yōu)化解決方案住宅小區(qū)無線覆蓋優(yōu)化解決方案 龔南平 中國聯(lián)通南通分公司移動部 摘要 自無線通信運營商開始室內(nèi)分布系統(tǒng)建設以來 明顯的改善了移動用戶在室內(nèi)通話質(zhì)量 分擔 了室外宏蜂窩基站的話務量 前期的室內(nèi)分布系統(tǒng)主要圍繞著賓館 寫字樓 商業(yè)廣場等話務熱點 的覆蓋 隨著用戶對網(wǎng)絡服務質(zhì)量要求的提高 對住宅小區(qū)的深度覆蓋成了無線通信運營商的主 要課題 由于無線電波的繞射能力差及穿透建筑物的衰耗大 雖然無線通信運營商對網(wǎng)絡進行了 多種多樣的優(yōu)化工作 但城市中大多數(shù)住宅小區(qū)或多或少的存在弱信號區(qū)和盲區(qū) 因此 如何解決 好住宅小區(qū)的室內(nèi)信號覆蓋問題 滿足廣大用戶的需求 提高網(wǎng)絡質(zhì)量 已變得越來越重要 也成 為網(wǎng)絡優(yōu)化工作的一個重點 本文詳細闡述了關于住宅小區(qū)深度覆蓋的幾種解決方案 關鍵詞 小區(qū)覆蓋 電磁環(huán)境 傳播模型 1 1 概述概述 隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市建設的日新月異 城區(qū)密集型居民小區(qū)樓宇不斷增多 電磁環(huán)境 地理環(huán)境及建筑環(huán)境日益復雜 電磁傳播環(huán)境發(fā)生了很大變化 近年來 中國 聯(lián)通一直致力于網(wǎng)絡覆蓋的完善和優(yōu)化 在針對城市公用高層建筑和地下設施的無線覆蓋 系統(tǒng)基本建成并日趨完善的同時 為滿足用戶越來越高的通信需求 住宅樓和居民生活區(qū) GSM CDMA 無線信號覆蓋已日顯重要 尤其是現(xiàn)代高檔住宅樓群和居民小區(qū)將成為網(wǎng)絡運 營商的競爭對象 住宅樓群和居民小區(qū)的結構 性質(zhì)和以往我們實施室內(nèi)分布系統(tǒng)時的那些商業(yè)網(wǎng)點和 寫字樓有很大區(qū)別 工程難度大 技術復雜 解決好住宅區(qū)室內(nèi)信號問題 是中國聯(lián)通打 造精品網(wǎng)絡 提高客戶滿意度的重要舉措 本文旨在通過對住宅樓群和居民小區(qū)無線信號 特點的分析 針對實例 提出切實可行的解決方案 并通過實施和實地測試 2 2 理論分析理論分析 2 12 1 實際電磁環(huán)境與建筑結構實際電磁環(huán)境與建筑結構 移動通信的電波傳輸是錯綜復雜的 在設計移動通信系統(tǒng)時 一個最重要的問題是要 知道系統(tǒng)覆蓋區(qū)內(nèi)每個接收點接收信號的強度以及它的波動變化情況 由于各個建筑物對 電波的吸收能力是不同的 不同材料結構和樓房層數(shù) 其吸收損耗數(shù)據(jù)都不一樣 例如 磚石材料吸收損耗的數(shù)據(jù)較小 鋼筋混凝土的數(shù)據(jù)大些 鋼架結構的數(shù)據(jù)最大 一般介紹 的經(jīng)驗轉播模型都是以街心或空闊地面為假設條件 故如果移動臺要在室內(nèi)使用 在計算 傳播損耗和場強時 需把建筑物的穿透損耗也計算進去 即 Lb Lo Lp 式中 Lb 為實際路徑損耗中值 Lo 為在街心的路徑損耗中值 Lp 為建筑物的穿透損 耗 另外 還有普通玻璃窗的損耗 一般為 3 6db 對于手持機 當位于使用者腰部和肩 部時 接收的信號場強比天線離開人體幾個波長時將分別降低 4 7db 和 1 2db 一般人 體損耗設為 3db 一般情況下 Lp 不是一個固定的數(shù)值 而是一個 0 40db 的范圍 需根據(jù)具體情況而 定 此外 穿透損耗還隨不同的樓層高度而變化 損耗值隨樓層的增高而近似線性下降 2 22 2 設計所用的傳播模型分析設計所用的傳播模型分析 從電波傳輸特性分析可知 從基站到住宅室內(nèi)信號的傳播損耗主要有空中傳播的路徑 損耗和由室外向建筑物內(nèi)傳播的穿透損耗 市區(qū)覆蓋距離大于 1km 的基站可用 Okumura Hata 經(jīng)驗模型進行傳播損耗的預測 Lo db 69 55 26 16log F 13 82log Hb 44 19 6 55log Hb log D Hm 其中 Lo 為路徑損耗 Hb Hm 分別是基站 手機有效天線高度 m Hm 天線高度修正因子 db Hm 1 1log F 0 7 Hm 1 56log F 0 8 D 為到基站的距離 km F 是頻率 MHz 是市區(qū)建筑物密度修正因子 db 歐洲研究委員會 COST231 傳播模式小組根據(jù) 計算市區(qū)環(huán)境的估算結果并結合一些 處理街道走向的修正函數(shù) 得出了 COST 231 Walfish Ikegami 模式 也就是所謂的微蜂窩 模式 在這種情況下 基站一般安裝得比較低 電波傳播由周圍建筑物的繞射和散射來決 定 也就是主射線在街道組成的峽谷內(nèi)傳播 它的傳播特性和自由空間的傳播特性是有差 別的 街道峽谷傳播模型如下 L 42 6 26lgD km 20lgF MHz D 0 02km 式中第一個常數(shù)是這樣確定的 即 L 等于 D 20m 時的自由空間損耗 我們根據(jù)這個理論依據(jù) 以小區(qū)室外信號最差處設計 如果該處 F 800MHz H1 21m H2 1 5m D 0 2km 得到 L db 83 5 db 加上當?shù)氐母郊訐p耗 從而算出從發(fā)射機到移動臺的傳輸損耗 以此來作為預測的依 據(jù) 3 3 住宅小區(qū)分類和不同覆蓋特點住宅小區(qū)分類和不同覆蓋特點 居民住宅小區(qū)無線覆蓋既不同于城郊結合部的室外直放站 也不同于公用高層大樓的 室內(nèi)覆蓋 由于小區(qū)類別的不同 它們又有各自不同的覆蓋特點 3 13 1 城市高檔別墅區(qū)城市高檔別墅區(qū) 城市高檔別墅區(qū)一般位于市區(qū)或市郊 小區(qū)占地面積大 房屋間距較大 對信號衰減較 小 一般來說 如果小區(qū)附近建有基站 小區(qū)內(nèi)的信號覆蓋一般較好 3 23 2 城市高檔住宅區(qū)城市高檔住宅區(qū) 城市高檔住宅區(qū)一般位于市區(qū)或市郊 小區(qū)內(nèi)房屋以多層和高層建筑為主 存在的問 題主要是由于乒乓效應引起的中高層的通話質(zhì)量和電梯內(nèi)的信號覆蓋 而多層住宅由于房 屋間距較小 信號衰減較大 室內(nèi)覆蓋較差 尤其是小區(qū)內(nèi)低層的信號覆蓋較差 用戶投 訴較多 3 33 3 城市密集型住宅區(qū)城市密集型住宅區(qū) 城市密集型住宅區(qū)一般位于市區(qū)老城區(qū) 小區(qū)內(nèi)房屋以多層建筑為主 存在的問題主 要在于多層住宅房屋密集 多層建筑間距小 信號衰減大 室內(nèi)覆蓋較差 特別是小區(qū)內(nèi) 低層室內(nèi)的信號覆蓋差 造成用戶投訴較多 3 43 4 城郊及農(nóng)村居民住宅區(qū)城郊及農(nóng)村居民住宅區(qū) 城郊及農(nóng)村居民住宅區(qū)位于市區(qū)老城區(qū) 城郊和農(nóng)村 房屋一般不超過三層 房屋密 集程度極高 間距很小 對無線信號的衰減大 室內(nèi)信號差 用戶投訴也較多 同時 這 類房屋一般附近沒有高大建筑 解決覆蓋難度較大 3 53 5 農(nóng)村高檔別墅區(qū)農(nóng)村高檔別墅區(qū) 農(nóng)村高檔別墅區(qū)位于農(nóng)村 一般為三層以下建筑 房屋密集 對信號衰減較大 室內(nèi) 尤其是底層的覆蓋較差 由于農(nóng)村高檔別墅區(qū)的住戶一般是當?shù)乇容^富裕的私營業(yè)主或比 較富裕的人 這些人往往是手機話費較高的大客戶 因此做好這類小區(qū)的覆蓋有比較重要 的意義 4 4 解決城市密集型住宅區(qū)覆蓋的主要技術方案解決城市密集型住宅區(qū)覆蓋的主要技術方案 4 14 1 光纖耦合室外分布方案光纖耦合室外分布方案 此方案特點是 信號純凈 通話質(zhì)量好 對基站無干擾 能實現(xiàn)點對多點小區(qū)覆蓋 前提條件是小區(qū)到信源耦合接入基站之間有光纜傳輸 分布覆蓋借用小區(qū)已有的線纜通道 到大樓的現(xiàn)狀設計實施 因而其投資較少 覆蓋效果良好 但也正因為在小區(qū)到信源基站 之間敷設傳輸光纜和在小區(qū)內(nèi)要借用地下線纜通道 故而建設工期較長 難度相對較大 此方案可徹底解決整個小區(qū)的室內(nèi)覆蓋 4 24 2 無線引入光纖室外分布方案無線引入光纖室外分布方案 光纖無線引入室外分布覆蓋同光纖耦合引入室外分布覆蓋方式在遠端覆蓋設備及工程 上保持一致 它是光纖分布的另一種引入方式 做法是在覆蓋小區(qū)邊緣群樓樓頂選擇一個 信號質(zhì)量相對較好的位置 同時考慮隔離度確保系統(tǒng)正常 在此位置架設一施主天線接收 基站信號 通過局端設備濾波放大后將射頻信號轉換成光信號 光信號通過在小區(qū)內(nèi)敷設 的光纜傳輸?shù)矫恳粋€遠端設備 轉換成射頻信號放大后進行覆蓋 此種接入方式是在宏蜂窩基站與覆蓋區(qū)之間沒有光纜時或敷設光纜施工困難時采用 它的優(yōu)點是信號源選擇較為靈活 光纜施工比宏蜂窩基站耦合接入工程量小 施工容易 光纜只在小區(qū)內(nèi)敷設 協(xié)調(diào)相對簡單 20m20m 4 34 3 無線直放站覆蓋方案無線直放站覆蓋方案 此種方式的特點是 在光纜施工中如果存在較大的困難 導致光纜無法施工 滿足要 求時 在小區(qū)內(nèi)光纜敷設及在小區(qū)內(nèi)樓頂安裝設備較難實現(xiàn)的情況下 可以采用 無線直 放站覆蓋方式 此方案在小區(qū)內(nèi)作業(yè)范圍小 對小區(qū)總體影響不大 較易協(xié)調(diào) 且工程量 小 施工容易 工期短 可以從不同宏蜂窩基站接入信號 容納的用戶數(shù)較多 無線直放站 GSM 雙 頻 合 路 器 無線直放站 CDMA 1 2 功 分 2 1dB 30m 25 6dBm 2 8dB 40m 雙 頻 合 路 器 29 5dBm 2 1dB 30m 無線直放站 GSM 無線直放站 CDMA 26 3dBm 40m 40m 40m 40m 33dBm 33dBm 33dBm 33dBm 5 城市密集型住宅區(qū)覆蓋覆蓋解決方案實例城市密集型住宅區(qū)覆蓋覆蓋解決方案實例 5 15 1 概述概述 南通市學田南苑住宅小區(qū)位于南通市工農(nóng)路東側 學田南路 東經(jīng) 120 52 387 北緯 32 00 532 學田南苑由 52 棟 2 至 4 單元多層組成 小區(qū)樓宇較為密集 均為 6 層結構 附 1 為車庫及雜物間 1 至 6 層為住房 學田南苑總占地面積約 135 畝 總建筑面積約 30 萬余平方米 其建筑為鋼筋混凝土 磚混 結構較為復雜 對信號衰減較大 樓宇室內(nèi)相 當一部分區(qū)域手機信號較弱且出現(xiàn)脫網(wǎng) 聯(lián)通 G 網(wǎng) C 網(wǎng) 用戶通信困難 用戶強烈要求 改善網(wǎng)絡通信質(zhì)量 該小區(qū)約有住戶 1800 戶 每戶以 3 人估算 共有人口 5400 人 小區(qū)工作人員約 80 人 小區(qū)總人口數(shù)量達 5480 人 擁有手機人數(shù)以 70 估算 中國聯(lián)通用戶占比例以 50 估算 小區(qū)中國聯(lián)通用戶總數(shù)量達到 1918 部 每用戶的估算話務量約為 0 013 愛爾蘭 總需求容 量 24 934 愛爾蘭 5 25 2 現(xiàn)場示意圖現(xiàn)場示意圖 5 35 3 小區(qū)覆蓋實施前電測環(huán)境說明小區(qū)覆蓋實施前電測環(huán)境說明 經(jīng)現(xiàn)場測試 覆蓋區(qū)域周圍樓宇密集 小區(qū)室外 G 網(wǎng)信號強于 85dBm 的覆蓋面積為 82 41 通話質(zhì)量優(yōu)于 4 級的覆蓋面積約為 67 66 小區(qū)室內(nèi) G 網(wǎng)信號強于 85dBm 的覆 蓋面積為 16 24 通話質(zhì)量優(yōu)于 4 級的覆蓋面積約為 29 9 小區(qū)室外 C 網(wǎng)信號強于 85dBm 的覆蓋面積為 96 1 Ec Io 9dB 的覆蓋面積約為 67 7 FER 9dB 的覆蓋面積 約為 52 5 FER 1 的覆蓋面積約為 58 54 在小區(qū)西北方向大約 300 米處有聯(lián)通基站 但基站到小區(qū)之間有較高層建筑阻擋 根據(jù)現(xiàn)場勘測 小區(qū)過道 社區(qū)綠化帶及公共室外 健身場所的信號基本能正常通信 而在小區(qū)樓宇室內(nèi) 大部分區(qū)域信號弱 通信質(zhì)量差 切換頻繁 無法建立正常通信 網(wǎng)絡質(zhì)量不能滿足用戶需要 5 45 4 設計思路設計思路 根據(jù)學田南苑現(xiàn)場勘測結果及周圍環(huán)境因素 在信源的引入方式上 我們首選為光纖 引入 因為整個學田新村住宅區(qū)整體規(guī)模較大 學田南苑僅為其中的一部分 考慮到今后 整個小區(qū)的網(wǎng)絡優(yōu)化及建設方面 每個園區(qū)之間不能相互影響 產(chǎn)生干擾 保證整個網(wǎng)絡 穩(wěn)定 可靠運行 常規(guī)的引入方式還有移頻微波 無線接入兩種方式 移頻微波雖然有不 需敷設光纜之優(yōu)勢 但作為城區(qū) 干擾源較多 網(wǎng)絡間會產(chǎn)生相互干擾 使得網(wǎng)絡的整體 指標下降 一般情況我們建議在城郊 用戶不太密集 基站相對較少的區(qū)域使用 只需要 做單網(wǎng)覆蓋時使用 無線引入的方式 由于他對建設點的特殊要求 只有在滿足足夠隔離 度的情況下方可實施 一般無線引入多用于小范圍覆蓋 且不會對周圍基站產(chǎn)生干擾的情 況下采用 結合以上各項因素 本次方案采用光纖引入的方案實施 即方案 4 1 信源選擇有兩種 一種為微蜂窩直接接入 另一種為宏蜂窩耦合引入 在兩種信源的 選擇上 微蜂窩接入一般用在用戶數(shù)量較多 業(yè)務量比較繁忙 且用戶較集中的區(qū)域 如 地鐵 寫字樓 大型公共場所等 設計時應盡量不使微蜂窩信號外泄 以免產(chǎn)生切換 掉 話 宏蜂窩基站耦合引入 作為小區(qū)覆蓋來講比微蜂窩接入合理 其一 它可使宏蜂窩基 站空閑信道得以充分利用 其二 對于整體網(wǎng)絡優(yōu)化不需對作過多的調(diào)整 耦合扇區(qū)只需 與覆蓋區(qū)同一方向即可 不需對周邊基站做相鄰切換關系 所以本次工程方案首選宏蜂窩 基站耦合引入 分布方式上 考慮到整個小區(qū)沒有架空線纜 饋線架設時不能影響小區(qū)整體環(huán)境 且 在滿足覆蓋要求的同時節(jié)省覆蓋天線的數(shù)量 結合以上要求 我們采用在架設點樓頂四角 安裝板式定向天線進行覆蓋 5 55 5 天線分布平面圖天線分布平面圖 5 65 6 電磁兼容設計電磁兼容設計 由于小區(qū)內(nèi)沒有移動公司的基站 故聯(lián)通不會對移動網(wǎng)絡造成干擾 采用基站耦合 及光纖傳輸 避免了信號源引入 C 網(wǎng)和 G 網(wǎng)之間的無線干擾 同時所用設備在設計階段 就已經(jīng)解決了 C 網(wǎng)和 G 網(wǎng)之間的電磁干擾 指標較高 采用高性能的雙頻合路器和高性 能的基站天線 保證了整個系統(tǒng)的電磁兼容 5 75 7 邊緣場強計算邊緣場強計算 每個天線的覆蓋半徑約為 120 米 每個天線出來的信號穿透 1 堵墻 每堵墻衰減取 20 dB 地面 墻壁及天花等物體反射的多徑傳輸衰落儲備取 10 dB 路徑總衰減 L L自由 L墻 L多徑 L功 114 其中 L自由為傳播 120 米的空間自由衰耗取 74dB L墻為信號穿透墻的衰減 20dB 900M