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浅析CDMA网络密集市区覆盖解决方案
 
慧聪网   2006年4月10日9时25分   信息来源:泰尔网    

  【摘要】密集市区无线传播环境复杂,用户众多,是CDMA网络需要重点覆盖的区域。文章分析了密集市区无线传播环境,根据特定环境下的CDMA网络覆盖特点,提出了各种区域的覆盖解决方案。 

  1、概述 

  大中城市的密集市区是人口众多、建筑物密集的区域,无线传播环境极其复杂,但同时也是话务量最高、数据业务开展良好的区域。CDMA网络采用1×1频率复用方式,通过正交码和扰码来区分小区和用户,受覆盖范围、基站的发射功率、系统负荷、干扰、地形地貌及建筑物阻挡等多种因素的影响。因此,在进行密集市区的CDMA网络规划时,要对密集市区进行区域细分,根据各区域的具体无线环境,采取具体的覆盖解决方案。对密集商业区、高级住宅区、密集城中村,高层建筑要兼顾室外和室内覆盖,在一定的容量负荷和网络质量要求下进行覆盖规划。 

  本文首先分析密集市区各种区域的无线传播环境,其次分析密集市区的覆盖特点及在覆盖方面存在的问题,最后针对各种无线环境提出具体的覆盖解决方案。 

  2、密集市区无线传播环境 

  密集市区包括密集商业区、密集住宅区、密集城中村等。 

  密集商业区的典型特征是高楼林立,大多数建筑物高度在30米(10层)以上,区域内有较多二十层以上的高层建筑物,高、中、低层建筑相间其中;部分建筑物庞大,有些建筑物还有一层或多层地下商业设施或停车场;地形较为平坦,道路比较宽。 

  密集住宅区的特征是多栋中高层建筑紧密相邻,建筑物内设有电梯和地下停车场,地形基本平坦,区域内有绿化带或小型山丘,道路较窄,车流较少。老城区的住宅区建筑物密集,楼高一般在20米(六七层)以下,间或有一两栋10层以上的建筑,地形基本平坦,道路为老式街道。 

  城中村是随着城市的快速发展,原郊区的一些乡村发展成的城市区域,由于缺乏有效的规划,以及受快速升高地价的影响,这些区域建设了大量密集的住宅,通常一栋连着一栋,楼高一般6~7层,楼距通常只有1~2米,仅通过一楼的阳台下面作为通道。整个城中村就像一个巨大的建筑物,随着周围高楼大厦的不断建设,使得这些城中村变得更加封闭。 

  3、密集市区覆盖特点及存在的问题 

  密集商业区话务量很高,高端用户所占比例高,对数据业务有较高的需求,用户对网络质量很敏感,要求有稳定的信号,清晰的通话质量,较快的数据传输速率,高的接通率,低的掉话率。由于高楼密集,建筑物穿透损耗较大,站间距较小,基站选点困难。而且由于建筑物自身的屏蔽和吸收,容易形成无线信号覆盖的弱场强区甚至盲区,高层建筑的相互阻挡导致高层建筑的底层部分和电梯无线信号衰减严重;建筑物的高层存在信号杂乱现象,导频污染严重,软切换比例较高。用户密度较高的个别大型商场、会展中心存在容量不足的现象。 

  密集住宅区人口密集,移动用户较多,是高端用户居住地,出于物业管理公司及业主对建筑物外观的考虑,以及对环保的要求,导致在小区内通常难以选择合适站点,在小区内的低层、地下停车场、电梯容易出现信号盲区,高层建筑面临与密集商业高层建筑相同的问题。 

  老城区住宅区和城中村由于建筑物过于密集,基站信号难以穿透,室内经常出现脱网的现象,一般采取通过建设基站和直放站进行广度覆盖的解决方案,但仍难以解决底层(1~2层)信号比较差的问题,基站建设高度及安全维护也受到限制。 

  4、密集市区覆盖解决方案 

  密集市区基站的设置应结合城市的地形地貌环境、建筑物特征,合理进行基站布局,站点选择尽量满足蜂窝网络拓扑结构,天线挂高一般选择在10层(35米)左右楼顶。小区覆盖半径应在反向链路预算基础上,结合所在区域的电波传播模式调校的结果,再考虑不同地形地貌下建筑物的穿透损耗进行估算。一般来说,超高密集市区、话务热点地区站间距在500米内,高密集市区、商业区站间距在500~700米左右。在站型选择上除了通过普通的宏蜂窝基站进行广度覆盖外,还要根据特定的环境灵活选择多种类型基站,如采用单扇区、两扇区、射频拉远、扇区功分站等,来解决局部建筑物阻挡区域、话务热点区域的覆盖。天线选择多种半功率角类型,供不同环境使用,在下倾角大于6度的情况下,建议采用电调下倾和机械下倾相结合的方式。 

  4.1 密集商业区及住宅区覆盖解决方案 

  室外基站覆盖与室内分布系统相结合 

  密集商业区室内深度覆盖显得尤为重要,深度覆盖主要用来解决覆盖不好但人流量大的室内及地下区域的覆盖问题、建筑物高层导频污染问题、话务热点的室内覆盖和话务吸收问题。解决室内深度覆盖问题应结合室外型基站进行外围覆盖,密集住宅区楼宇多为钢筋混凝土框架结构,建筑物穿透损耗大,用户对通信质量的要求也高。因此,外围基站与建筑物的距离需要仔细考虑,既不能太远又不能太近,一般考虑在200米左右,同时一定要兼顾周围其他密集楼宇的覆盖。对于一些小面积的封闭区域,如地下停车场、地下通道,可以采用单纯的信号源解决,如小型直放站、射频拉远等。对于大型、特大型基站、地下商场、地铁等,根据建筑物的特点,建议采用室内分布系统加信号源解决方式。 

  建设室内分布系统时应考虑以下几个因素: 

  ◆必须充分考虑到外来干扰与系统自身的反向噪声相叠加对基站的影响。在室内分布系统的设计中要充分考虑上行链路预算,以保证正常通话。分布系统的走线应尽量采用并联方式,以降低系统的反向噪声。 

  ◆当采用无线直放站作为室内分布系统信号源时,其施主天线应放置在大楼的中部,最好与施主基站等高,才能保证取得较强的稳定信号。必须充分考虑到室内信号向外渗透可能引起的无线同频直放站系统自激和导频污染,因此必须控制好室内信号的覆盖范围。 

  ◆在室内分布系统设计中,如果采用微蜂窝作为信号源,应控制好室内、外的切换区域,合理控制微蜂窝与宏蜂窝之间话务流量,避免产生乒乓切换和过多的软切换。 

  ◆应根据室内分布系统的覆盖范围和预计用户规模,合理设置直放站输出功率,以防止用户数增加后引起基站输出功率超过自身设备门限;同时防止在CDMA室内分布系统的设计中,为达到设计指标而增加有源设备,这样不但增加了系统的反向噪声,也不利于日后的载波扩容。 

  (2)高层建筑覆盖 

  密集市区高层建筑覆盖是关键,根据实际环境特点,可以采用增加基站或室外宏蜂窝基站分裂扇区的方法覆盖,这种方式一般是针对相对孤立的高层建筑,周围建筑物相对比较矮,高层建筑顶层无主导频且信号较弱。这种方式可以对高层建筑的大部分楼层进行覆盖,但电梯和地下停车场仍需要建设室内分布系统加以解决。该方式对周围环境要求也比较严格,容易引发导频污染和软切换区域过大,对于高层建筑密集的区域就更不适用了。 

  高层建筑覆盖的另一种方法是通过增加专用天线,天线上仰对高层建筑进行覆盖,使发射信号成为高层建筑顶层的主导信号。具体方法是从已有小区耦合出一路信号并使用窄波束低增益天线专门对高层建筑的中高层进行覆盖,原有的小区天线仍对高层建筑的中低层行覆盖。这种方式的优点是上下层覆盖区域相邻关系相同,易于控制和优化调整。但这种方式对基站的位置要求仍很严格,上仰的天线必须位于高层建筑附近,且发射信号足够强,才可以成为主导频。基站天线过远会造成越区覆盖,还必须严格控制上仰天线的背瓣和旁瓣。这种方式对于建筑物内的电梯和地下建筑,仍然需另外建设室内分布系统进行覆盖。 

  高层建筑覆盖较为成熟的方案是建设室内分布系统,利用分布系统将无线信号均匀分布在每个角落,从而保证各区域都有较好的信号覆盖。在规划中,不但要考虑本楼层的平面覆盖,还需要考虑大楼的立体覆盖,充分利用建筑物的结构特点来布置天线,以便让天线发挥出最大的效用。一般将天线安装在楼道转弯、门口、中央和电梯厅等位置,并尽量将奇数层和偶数层的天线交叉安装,以充分利用天线的功率,互相覆盖各自的盲区。布线时应尽量选择在建筑物中部的线井进行走线,使到本楼层各天线的馈线长度大致相同,从而均匀分配本楼层各天线的天线口功率。 

  此外,高层建筑的楼层覆盖应最少采用两条主干,如果是较高的建筑物,可采用四条或者多条主干,将建筑物划分成多段进行覆盖。一方面可以避免单条路由导致的线路损耗过大;另一方面在载波扩容或者扇区分裂时,减少对室内信号分布系统部分的改动。 

  (3)密集住宅小区的覆盖解决方案 

  对于大型高级住宅区,业主一般不会同意在住宅区内设置基站,同时这些区域的用户多为高端用户且对通信质量也很敏感。这些区域的室内覆盖首先可以考虑在其外围近处设置基站来解决。也可以根据环境特点采用射频拉远结合天线美化和伪装的方式解决,射频拉远可室外安装,不需要机房,相当于将基站的一个扇区引到了小区内。以高层为主的住宅小区对地下停车场及电梯的覆盖通过引入直放站信号源结合分布系统方式解决。 

  4.2 密集城中村的覆盖解决方案 

  解决老式住宅区和城中村覆盖问题的常规方法是通过在区域内设置基站或直放站进行广度覆盖,但通过测试效果经常不是很理想,特别是底层和一些小巷子的信号比较差,这些区域也正是最需要解决的地方。比较好的解决方案是将密集的城中村视作一个大的室内场所,通过分布系统来完善覆盖,这也称为室外分布系统。分布系统信号源可分为宏蜂窝基站、蜂窝基站、射频拉远、无线直放站、光纤直放站等。 

  宏蜂窝基站信号源具有功率大、易扩容的优点,对扩大覆盖范围和满足高话务要求较为有利,且信号质量好,但投资较大,安装不便,需要的配套设施多,需专门的导频PN编码的规划,在城中村内话务量不高的情况下会造成话务资源的浪费,它可以通过将一个或多个扇区以射频拉远的方式来延伸覆盖范围。外接的射频拉远与施主基站需要光纤相连,且需与施主基站一起进行导频规划。微蜂窝基站相比于宏蜂窝基站具有安装便利、投资较小的优点,但输出功率略低,平均每载频成本一般比宏蜂窝昂贵。在分布系统吸收的话务量未达到微蜂窝基站设计要求时仍会有话务资源的浪费。宏蜂窝和微蜂窝基站作为信号源主要用于高话务、大面积的地区。 

  宏蜂窝、微蜂窝、射频拉远信号源除了直接连接天馈系统,通过沿街道布放的天线将能量发射出去外,还可以通过外接直放站来扩大覆盖范围。 

  如果采用射频或移频直放站作为信号源,那么可以通过无源器件进行功率分配,利用干线放大器补偿能量的不足,再将天线安装在街道上进行覆盖。射频信号分布系统组网方案、简捷,更换信源基站比较方便,缺点是在同频时施主天线与重发天线隔离度要求高,在系统服务区域话务量较高时会增加施主基站小区的负担。该方案多用于话务低、面积较小的密集城中村覆盖。 

  采用光纤直放站作为信源,可使用一个光纤近端机直接耦合基站信号,进行电光转换后传输光信号到多个远端机,远端机进行光电转换放大后,再通过天线将信号发射出去。它的特点是克服了隔离度的问题和无源天馈信号分布系统因布线距离过长造成的线路损耗过大的问题,能挂的天线较多,覆盖范围较大,但是系统引入噪声较大,造价昂贵。该方案主要用于有一定话务需求,面积较大的密集城中村覆盖。 

  室外分布系统的天线根据城中村的结构特点,可选择板状天线和全向天线,天线一般安装在二层楼外墙上,最好安装在十字路口的墙角,或者楼与楼之间的缝隙,俯仰角根据要覆盖的区域和楼层向上调整。天线的布放还要考虑互补的原则,进行交错布放,且要考虑美观,适当的时候要进行天线伪装和美化。 

  5、结论 

  密集市区无线传播环境复杂多变,用户行为和话务分布在不同的时期呈现不同的特点,在制定覆盖方案时不仅要考虑当前网络现状,还要结合城市发展规划和业务预测,使网络便于扩容和调整。无线网络规划方案的好坏不仅决定今后的网络质量,还直接决定整个无线部分的投资和效益。在后期的运营维护中,还需要进行现网的测试,不断优化网络,提高网络资源利用率和网络质量。 
 
作者:吴杰 
 
 
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