WCDMA综合室内分布系统设计

摘要　建设室内分布系统是解决室内覆盖问题的一个重要方法，本文针对室内分布系统建设中4个重要方面：链路预算、信源的选择、多系统间的干扰、天线的布放进行了深入分析，指出了设计时应注意的一些基本事项，并给出了相关建议。

1、前言

    3G的魅力在于高速数据与多媒体业务，而视频电话、视频流、游戏等高速数据业务一般都发生在舒适的室内环境中，这些业务功能都需要较大的系统容量和良好的网络质量。3G时代60%-70%的数据业务将发生在室内，如欧美国家和中国香港地区的统计显示室内移动电话话务量约占总话务量的1/3；日本NTT DoCoMo的调查发现3G用户的室内使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。解决室内覆盖的主要方法是建设室内覆盖分布系统，室内分布系统的基本原理是将室外信号通过有线方式引入到室内，再通过小型天线将信号发送出去，从而提高室内覆盖水平。3G时代建设室内分布系统目的不仅仅是为了解决建筑物内部的信号盲区、弱区，解决建筑物内部信号杂乱造成的通话质量差，分担室内话务量改善网络拥塞，也是企业战略发展的需要。WCDMA是3G三大主流技术之一，WCDMA室内分布系统的建设将是未来的一个热点，本文将重点探讨室内分布系统的设计问题。

    射频综合室内分布系统主要包括信号源、天馈信号分布系统。由于CDMA制式是自干扰系统，所以室内外系统规划、设计与2G系统有很大不同。对于WCDMA系统，室外宏蜂窝主要是下行容量受限即功率受限。而室内分布系统则是上行容量受限，其主要原因有两点。一是WCDMA室外宏基站基本为一发二收，可以有效提高上行接收灵敏度，而室内分布系统无接收分集导致上行受限；二是室内过多的天线也导致干扰增大，影响了系统容量。

    下面针对室内分布系统建设中的几个主要问题进行具体分析。

2、链路预算

    在进行链路预算时，首先是链路模型的选择，室内传播模型主要有以下5种：衰减因子模型、Motley经验公式、对数距离路径损耗模型、Ericsson多重断点模型及射线跟踪模型。

    在选择传播模型时需要注意传播模型的适用范围和各参数意义。目前用的最多的是室内衰减因子模型。计算公式如式（1）所示。

　　（1）

    其中：

    L（do）：距离天线口1 m处自由空间损耗；

    a：不同室内环境的衰减因子；

    F：隔墙损耗；

    d：传输距离。

    对于WCDMA室内分布系统，一般采用导频信号强度和主导频Ec/Io衡量网络覆盖情况。WCDMA室内分布系统设计采用导频功率进行链路预算，CPICH（公共导频信道）、SCH（同步信道）和CCPCH（公共控制物理信道）分配固定的功率，DPCH（专用物理信道）发射功率按需分配，一般情况下导频功率约为总功率的10%，其他同步信道功率及控制信道功率大约为10%。以10 W信源为例，导频功率约为30 dBm。WCDMA室内分布系统设计时。边缘覆盖场强的设计需要综合考虑业务覆盖需求和无线环境情况：数据速率越高，CPICH Ec/Io要求越高；无线环境越复杂，干扰越严重，边缘场强要求越高。一般情况下，高速数据业务覆盖范围比语音业务覆盖范围要小，为保证高速数据业务的覆盖，需要更高的发射功率。WCDMA室内分布设计与室外规划类似，需要结合业务需求和无线情况决定边缘设计场强。一般情况下，要求目标覆盖区域内95%以上位置，导频信号强度≥-90 dBm，导频Ec/Io≥-12 dB（50%负载）。业务类型与典型CPICH Ec/Io要求见表1，对于部分区域如果要满足384 kbit/s业务要求，则相应要提高CPICH Ec/Io。

表1　业务类型与典型CPICH Ec/Io要求

3、信源的选择

    室内分布系统信源的选择主要取决于室内分布系统未来的话务量需求，需要综合考虑室内分布潜在的话务需求和室外基站的话务余量。如果采用直放站作为信源，一般情况下忙时室内话务总量不要超过室外施主基站的1/3。WCDMA典型区域各种类型业务的容量见表2，在选择施主基站时需要综合考虑室内外话务情况。

表2  WCDMA典型区域各种类型业务的容量（下行加载50%）

    在信源使用上应注意以下几点：

●采用直放站信源时为降低干扰，在光缆资源许可条件下，优先选用光纤直放站。

●对于无线直放站信源，首选主导频所在的基站小区为信源点，一般要求最强CPICH Ec/Io＞-7 dB，最强CPICH RSCP（接收信号码域功率）大于-65 dBm。

●室内覆盖站点与信源点基站的光纤直线距离一般应小于1 km，考虑到光纤路由成本及基站小区邻区配置的复杂性，优先选择光纤路由短的基站小区作为接入信源。

●施主基站的选择需要兼顾原覆盖小区的容量和覆盖需求。采用宏基站做信源的室外小区，每个宏基站原则上只为1至2个室内覆盖站点提供信源，最多不要超过3个，防止施主基站底噪的快速抬升（室外覆盖主要有宏蜂窝和微蜂窝。如果用于室内覆盖其容量必须有一定冗余，因此，一般情况下不会在微蜂窝基站下接无线直放站）。

●若室内覆盖站点附近的基站小区话务量均比较高（原则上大于40 Erl）或已为多个站点提供信源，则考虑选用微蜂窝设备作为信源。

●在话务量繁忙（如繁华商业区）且欲覆盖站点多的区域，可考虑建设专用于室内覆盖的宏基站（一般将专门用于解决室内覆盖的宏基站称为专建基站，该基站不做室外覆盖）作为室内覆盖的信源点，原则上每个专建基站的小区可为1至3个室内覆盖站点提供信源。

●为降低今后的维护、运营成本，在满足覆盖质量要求和投资预算的前提下，尽量减少干线放大器的使用数量。

●在信源容量满足室内覆盖要求前提下，可以采用干线放大器扩大覆盖面积，但不建议串联使用，并联使用时建议每个信号源所带干线放大器不超过5台。

4、系统间干扰的分析

    多系统共用室内分布系统最重要的问题是系统间干扰的控制，抑制干扰的主要方法是增加频带隔离、降低干扰源功率或增加空间隔离。对于室内分布系统降低干扰的主要方式是增加频带隔离和增加系统隔离度。目前主要的移动/无线通信系统工作频段见表3。

表3　主要的移动/无线通信系统工作频段

    目前系统间干扰主要有杂散干扰、互调干扰及阻塞干扰，要解决干扰问题需要遵循3条基本原则[1]：

●对于杂散干扰，被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比它的接收机噪声基底低10 dB。

●对于互调干扰，在被干扰基站生成的三阶互调干扰（IMP3）电平应比接收机噪声基底低10 dB。

●对于阻塞干扰，被干扰站从干扰站接收到的总载波功率应比接收机的1 dB压缩点低5 dB。

    一般情况下杂散是最严重的系统间干扰，如果能够满足第一条原则，其他两条也可满足。从表3可以看出，WCDMA上行（1920-1 980 MHz）与CDMA1900下行（1 980-1 985 MHz）相邻，两者相互干扰影响最严重，因此以这两者干扰为例分析系统隔离度要求。

    假设WCDMA与CDMA1900共用室内分布系统，需要采取一定的措施避免CDMA1900系统下行对WCDMA系统上行的干扰。下面以12.2 kbit/s语音业务为例进行分析。

    假设：1 900 MHz CDMA信源带外杂散为Ic=-67 dBm/100 kHz；WCDMA基站热噪声密度为-174 dBm/Hz，基站接收机噪声系数为5.0 dB，干扰余量为3.0 dB，所需Ec/Io为5 dB：合路器隔离度为A；WCDMA系统能允许的最大杂散干扰Iw-max，计算过程如下：

    根据参考文献[1]，杂散规避准则可以表述为“为保证良好的系统性能，不同系统应有一定的隔离度。对于杂散干扰。被干扰基站从干扰基站接收到的寄生辐射信号强度应比它的接收机噪声基底低10 dB，那么被干扰基站的接收灵敏度下降低于0.5 dB"。如式（2）所示。

    Iw-max≤Lc-A ˊ　 （2）

    其中：Iw-max为WCDMA系统所允许的最大杂散干扰；Lc为接收机噪声基底；Aˊ为杂散隔离度要求，一般为10 dBm。

    处理增益为：10lg3.84 Mbit/s/12.2 kbit/s=25 （dB）　　（3）

    接收机噪声功率为：-174+5=-169（dBm/Hz）　　（4）

    3.84 MHz带宽内接收机噪声功率为：-169+10lg3.84+60=-103.2（dBm）　　（5）

WCDMA接收机的灵敏度（即无干扰条件下接收机噪声基底）为：-103.2-25+3+5=-120（dBm）　　（6）

    所允许的最大杂散干扰为：Iw-max=-120-10=-130（dBm）

    CDMA1900信源频带外杂散干扰为-67 dBm/100 kHz，则其在WCDMA频带内的杂散干扰为-67+10lg38.4=-51.2（dBm）。

    因此，所需隔离度为：-130-（-51.2）=-78.8（dB）。

5、天线的布放

    室内分布系统的天线布放虽简单但重要，是设计的关键点。一般遵循“小功率，多天线”的原则，保证信号均匀覆盖整个目标建筑物。采用小功率的优点是信号易于控制，辐射小，对外干扰小；缺点是会提高整个室内覆盖系统的总造价，因此需要在布放原则和经济性之间寻找最佳平衡点。由于室内传播环境的复杂性，所以进行天线布放前进行模拟测试。天线的布放与建筑物结构紧密相关，需要根据模拟测试效果选择天线布放位置，同时考虑不同楼层结构的差异性。模拟测试需要重点注意以下几点：

●若建筑物包含不同类型的楼层/区域结构，应对每一种结构分别进行模拟测试。

●每一种建筑结构类型都应给出模拟测试天线的具体位置以及相应的目标覆盖区域，目标覆盖区内所选的测试点必须具有代表性。

●目标覆盖区内模拟测试点应包括建筑物边缘及纵深区域。

●为降低干扰，提高容量，应对相邻天线交叠覆盖区域内的模拟测试点进行分析。

参考文献

1　Kyoung ⅡKim著.刘晓宇，杜志敏译.CDMA系统设计与优化.北京：人民邮电出版社，2000

2　3GPP TS25.104（REL-7）.Base station（BS）radio transmission and