陳懋

（福州理工學(xué)院信息工程系，福建福州350506）

TD-SCDMA高層建筑室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)化分析

陳懋

（福州理工學(xué)院信息工程系，福建福州350506）

分析現(xiàn)有第三代移動通信系統(tǒng)TD-SCDMA的室內(nèi)分布存在的容量、覆蓋和質(zhì)量的問題，給出針對現(xiàn)有問題的改善方法。并通過具體案例進(jìn)一步說明室內(nèi)分布系統(tǒng)的設(shè)計思路和優(yōu)化方法，實際測試的結(jié)果驗證了該方案在改善TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)性能上的正確性和可行性。

移動通信；TD-SCDMA；高層建筑；室內(nèi)分布；系統(tǒng)優(yōu)化

室內(nèi)分布系統(tǒng)，作為第三代移動通信的重要組成部分，運(yùn)營商已經(jīng)大范圍采用第三代移動通信技術(shù)來解決高端用戶密集地區(qū)的室內(nèi)覆蓋問題。這一技術(shù)有三個標(biāo)準(zhǔn)：TD-SCDMA（中國）、WCDMA（歐洲）以及CDMA2000（美國）。室內(nèi)業(yè)務(wù)約占3G所有業(yè)務(wù)的七成，而室外業(yè)務(wù)（包括數(shù)據(jù)和語音）僅占大約三成，其性能的好壞會影響到客戶對網(wǎng)絡(luò)滿意度及運(yùn)營商的收益［1］。從業(yè)務(wù)量的比例可以看到，僅靠室外宏蜂窩基站已無法滿足室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、質(zhì)量和容量等要求。在高層建筑內(nèi)建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)可以使話務(wù)量得到大約1．4倍的提升。在用戶較為密集的區(qū)域，室內(nèi)分布系統(tǒng)還可以分散網(wǎng)絡(luò)壓力，減少室外基站的配置，降低室外的干擾水平，提高系統(tǒng)的容量，使室內(nèi)用戶對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求得到滿足，但其性能優(yōu)劣卻也直接影響到用戶對網(wǎng)絡(luò)的體驗，進(jìn)而影響到運(yùn)營商的收益，更是運(yùn)營商要得到用戶認(rèn)可或成功占領(lǐng)市場的重要條件［2-3］。

因此，建設(shè)TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)，則必須要提出可行的、能夠滿足實際需要的室內(nèi)覆蓋設(shè)計方案；同時，在進(jìn)行TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)方案設(shè)計時，還要考慮與現(xiàn)有的其他制式的室內(nèi)覆蓋合理共存的問題，使運(yùn)營商能更快速、更經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)信號的室內(nèi)覆蓋，搶占客戶資源，提升品牌形象。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)現(xiàn)有問題分析

1．1 現(xiàn)有問題

由于用戶數(shù)量的不斷增長和建筑物使用的建筑材料的特性等原因，單純依靠室外基站來實現(xiàn)信號覆蓋已無法滿足室內(nèi)用戶對網(wǎng)絡(luò)的容量、覆蓋及質(zhì)量的要求。

1）網(wǎng)絡(luò)容量：在寫字樓、超市、會展中心等建筑內(nèi)，用戶較為密集，對網(wǎng)絡(luò)的需求量較大并且集中在較小的區(qū)域內(nèi)，就會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量的不足。

2）網(wǎng)絡(luò)覆蓋：3G網(wǎng)絡(luò)信號工作在超短波頻段，電波的饒射能力較差，穿透損耗又比較大。若是在地鐵站、電梯間或地下車庫等區(qū)域，3G網(wǎng)絡(luò)信號在室內(nèi)深度覆蓋時就會出現(xiàn)盲區(qū)或弱區(qū)。

3）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量：頻率干擾或乒乓效應(yīng)都會影響室內(nèi)信號的穩(wěn)定性，嚴(yán)重時會發(fā)生掉話，通話質(zhì)量就無法得到保障。

TD-SCDMA在建設(shè)網(wǎng)絡(luò)時，與其他制式的3G系統(tǒng)類似，都要面對室內(nèi)覆蓋的問題。受到建筑材料及自身工作頻段特性的制約，單純依靠在室外建設(shè)的宏蜂窩基站，室內(nèi)覆蓋無法得到有效保證，室內(nèi)盲區(qū)勢必要出現(xiàn)，最好的解決辦法也是建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)。

1．2 現(xiàn)有問題的改善方法

由于上述問題的存在，運(yùn)營商為了提高用戶滿意度，占領(lǐng)室內(nèi)市場，就可以考慮引入室內(nèi)分布系統(tǒng)。在各種實際場景中，常見的有：樓層高度比周圍的建筑高的、室內(nèi)縱深又較大的建筑物，地下室等室外基站的信號難以覆蓋到的地方，等等。具體情況分析如下：

在被鋼筋水泥墻阻擋的地方，室外信號對室內(nèi)信號的影響不大，倘若是被玻璃阻擋，那么室外信號對在窗口位置附近的用戶就會有比較大的影響。同時，因為周邊有可能有多個室外基站，所以在室內(nèi)的窗口位置附近就容易出現(xiàn)“乒乓切換”，信號可能會頻繁切換，對此可以采取下列措施：

1）在靠近室內(nèi)窗戶區(qū)域應(yīng)增加天線的數(shù)量，來增強(qiáng)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號的強(qiáng)度，讓其能重新成為主要的導(dǎo)頻信號；

2）對室外基站進(jìn)行優(yōu)化，以保證在靠近室內(nèi)窗戶的區(qū)域使用的是室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的信號。

2 某高層建筑（酒店）TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)化分析

2．1 設(shè)計對象簡介

A酒店位于城市的主干道上，大樓分為南北樓各23層，其地下二層為配電機(jī)房和停車場，總建筑面積大約有11萬m2，大樓里共裝有12部電梯。酒店的人流量大，室內(nèi)話務(wù)量也相應(yīng)較大。同時，由于其地處主干道的鬧市區(qū)，加強(qiáng)信號的室內(nèi)覆蓋也有助于提升運(yùn)營商的品牌形象。因此，為了切實有效地提高室內(nèi)通信質(zhì)量，需在酒店內(nèi)部建設(shè)TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)。圖1為A酒店的實際地理位置。

圖1 酒店的實際地理位置圖Fig．1 Actual geographical location of hotel A

2．2 存在的問題及優(yōu)化思路

某酒店在仍然使用原有GSM室內(nèi)分布系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出新的要求：使用TD-SCDMA系統(tǒng)對覆蓋進(jìn)行改善，因此，一方面為了確保原有GSM網(wǎng)絡(luò)能繼續(xù)正常運(yùn)行，另一方面為了給后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化留下余地，本次方案設(shè)計的首要問題就是考慮2G與3G模式共存?；诖?，本方案小區(qū)規(guī)劃時采用比較靈活的BBU＋RRU（BBU：基帶處理單元，RRU：射頻拉遠(yuǎn)模塊，以下皆使用英文簡寫）組網(wǎng)方式，多個RRU可以實現(xiàn)小區(qū)合并，也可將多個RRU分裂為多個小區(qū)。小區(qū)規(guī)劃有以下兩個原則：

1）盡量減少小區(qū)數(shù)，以滿足近期業(yè)務(wù)的需求為主：小區(qū)過多會增加切換的頻率，甚至?xí)敫蓴_，因此，在容量需求可以保證的前提下，應(yīng)盡量用最少的小區(qū)數(shù)，以實現(xiàn)覆蓋；

2）電梯分區(qū)與低樓層的小區(qū)盡量劃成同一小區(qū)，功能相同的電梯劃為同一小區(qū)。

由于增加了天線數(shù)量，所以還要考慮外泄控制問題。為實現(xiàn)精確控制泄漏電平的目的，在“多天線，小功率”原則上，就要對天線口功率進(jìn)行有效控制并合理地選擇天線位置。這就要求室內(nèi)小區(qū)外泄的PCCPCH RSCP值低于室外主小區(qū)，并且當(dāng)?shù)缆放c建筑物的距離小于10m時，將道路靠近建筑物的這一側(cè)設(shè)置為參考點(diǎn)，因此在室外10m處的PCCPCH RSCP值應(yīng)＜-95 dBm。

總體來說，優(yōu)化的思路有以下幾條：

1）增加TD-SCDMA的信源，在與GSM的信源信號合路之后，饋入到分布系統(tǒng)中；

2）更換不滿足TD-SCDMA需求的合路器、天線、功分器以及耦合器；

3）增加TD-SCDMA的干線放大器；

4）更換不滿足TD-SCDMA需求的饋線；

5）根據(jù)預(yù)算功率，增加天線的數(shù)量，合理地布置天線。

3 優(yōu)化結(jié)果分析

3．1 業(yè)務(wù)量分析

本工程案例中的業(yè)務(wù)類型均取決于前期測試時試驗網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)的終端能力和業(yè)務(wù)類型，主要業(yè)務(wù)含括了話音、上網(wǎng)業(yè)務(wù)及可視電話，預(yù)計在將來還會有手機(jī)電視業(yè)務(wù)等。結(jié)合測試性質(zhì)作綜合考慮，普通用戶產(chǎn)生的流量會大大超過商業(yè)用戶。目前，TD-SCDMA在每小區(qū)里每載波能提供的話音信道有23個，如果選用HSDPA載波，那么其下行的流量能達(dá)到700 kbps左右（按3∶3配置時隙）。而時隙按3∶3配置的業(yè)務(wù)中，在同一載扇中僅能提供24個業(yè)務(wù)1的用戶（3×16 BRU每載扇／2 BRU，即24用戶／載扇），或是6個業(yè)務(wù)2的用戶，又或是6個業(yè)務(wù)3的用戶，又或是3個業(yè)務(wù)4的用戶。故若呼叫的阻塞率值為2%，那么1個小區(qū)中能支持的不同業(yè)務(wù)類型的等效愛爾蘭數(shù)就如表1所示。

3．2 配置頻點(diǎn)和時隙

由于可視電話和上網(wǎng)占用了較大了帶寬，因此在本工程案例中各扇區(qū)都配置3個頻點(diǎn)。在初期，按3∶3來配置上、下行的時隙；到后期，可以根據(jù)實際的容量及業(yè)務(wù)承載的屬性將時隙配置為2∶4或1∶5。

3．3 掉話率和系統(tǒng)干擾分析

本工程案列中，在對原有的室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)

表1 各業(yè)務(wù)類型的等效愛爾蘭數(shù)Tab．1 Equivalent Irish number of business types（unit：Erl）

行勘察及測試后發(fā)現(xiàn)，其切換區(qū)的設(shè)計存在問題，對掉話率造成了負(fù)面影響。因此，在建設(shè)TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)時，對切換區(qū)作了重新的規(guī)劃。

3．3．1 電梯切換區(qū)規(guī)劃

（1）保證在運(yùn)行過程中，切換不會發(fā)生在同一電梯。

（2）切換區(qū)域應(yīng)該設(shè)置在“電梯廳”，而不是電梯口；

3．3．2 窗戶邊切換區(qū)規(guī)劃

（1）“適當(dāng)靠近窗邊”是天線位置的原則，這樣做可以避免室內(nèi)和室外信號出現(xiàn)頻繁切換，使室內(nèi)在靠近窗戶處的信號達(dá)到最強(qiáng)；

（2）在配置進(jìn)行多個小區(qū)時，可選擇單向的鄰區(qū)策略對室外小區(qū)與室內(nèi)小區(qū)之間進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)然也可以不配置鄰區(qū)；

（3）應(yīng)調(diào)整小區(qū)中的重選和選擇2個參數(shù)，以使室內(nèi)小區(qū)更易被室內(nèi)用戶選中。

3．3．3 室內(nèi)進(jìn)出口處切換區(qū)規(guī)劃

切換帶的范圍為：出入口外不超過5m，同時應(yīng)避免落在馬路上。

表2、3是TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)前后，測試指標(biāo)和實際統(tǒng)計指標(biāo)的切換掉話率和掉話數(shù)的比較。從表中數(shù)據(jù)可以看出，切換區(qū)的重新規(guī)劃，改善了掉話率和掉話次數(shù)的問題，說明本工程案例中采用的規(guī)劃方法是切實可行和有效的。

表2 測試指標(biāo)的掉話率比較Tab．2 The drop rate comparison among test indicators

表3 實際統(tǒng)計指標(biāo)的掉話率比較Tab．3 The drop rate com parison am ong actual statistical indicators

同時，本工程案例為了避免外泄，要重點(diǎn)考慮B1F樓層的天線分布，根據(jù)模擬測試的結(jié)果，B1F樓層的天線外泄信號預(yù)計會低于-95 dBm（10m處的平均值），而室外基站的信號在-75 dBm左右，因此，外泄信號不會影響室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。

3．4 上、下行速率分析

TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)前后測試指標(biāo)及實際統(tǒng)計指標(biāo)的上、下行速率比較，如表4、5所示。

表4 測試指標(biāo)的上、下行速率比較Tab．4 The comparison of uplink rate and descending rate among test indicators

表5 實際統(tǒng)計指標(biāo)的上、下行速率比較Tab．5 The comparison of uplink rate and descending rate among actual statistical indicators

從表中數(shù)據(jù)可以看出，在建設(shè)TD-SCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)時，通過對幾個關(guān)鍵指標(biāo)的重新核算和調(diào)整，上、下行速率較之前都有了顯著提升。同時，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性得到了較好的改善，滿足了用戶的需求。

3．5 天線口功率預(yù)算分析

應(yīng)遵循“多天線，小功率”的原則來設(shè)計TDSCDMA室內(nèi)分布系統(tǒng)，實際條件允許時，天線口的功率建議要不大于10 dBm。

天線口功率＝主設(shè)備的輸出電平（或是干線放大器的放大電平）-耦合器的接入損耗-功分器的接入損耗-饋線損耗，本工程對上述公式各參數(shù)的具體取值如下：

（1）工程使用的主設(shè)備為RRU，輸出功率為32 dBm。

（2）采用了6、10、15和20 dB的全頻耦合器，其接入損耗分別為2、1．2、0．8和0．5 dB。

（3）工程使用了全頻二功分器、全頻三功分器和全頻四功分器，它們的接入損耗分別為3．5、5．5和6．5 dB。

（4）本工程使用的是1／2饋線和7／8饋線，其衰減值分別為0．12和0．08 dB／m。

通過計算得出，在本工程中，各天線口的功率應(yīng)在2．4～12．5 dBm間，絕大多數(shù)小于10 dBm，綜合室內(nèi)場強(qiáng)的預(yù)測結(jié)論來看，各天線口的功率大小可以滿足室內(nèi)覆蓋的需求。

4 結(jié)論

室內(nèi)分布系統(tǒng)作為微蜂窩和室外基站的補(bǔ)充、延伸起到了十分重要的作用，不能簡單地使用直放站或基站來替代，是移動通信中不可或缺的重要組成部分。在上述設(shè)計方案中通過對實際工程案例的具體分析研究，驗證了設(shè)計方案的可行性，為運(yùn)營商實現(xiàn)了實際信號覆蓋的要求。經(jīng)過驗收，該方案在話務(wù)量、系統(tǒng)掉話率及系統(tǒng)干擾和天線口功率幾方面都能夠達(dá)到預(yù)期的效果。

由于設(shè)計、施工等原因，室內(nèi)覆蓋難免存在一些問題。為能保證提供高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)，方案設(shè)計時，設(shè)計人員要統(tǒng)籌考慮切換、覆蓋等一些關(guān)鍵技術(shù)問題；而到了施工階段，就應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注容易造成問題的關(guān)鍵設(shè)備及部件。并且，設(shè)計人員還需盡早介入到對室內(nèi)分布系統(tǒng)優(yōu)化測試的環(huán)節(jié)中，不要將優(yōu)化工作都堆積到后期才去解決。

［1］陳濤，蘇玉珍．TD-SCDMA系統(tǒng)HSPA數(shù)據(jù)性能分析［J］．中國新通信，2015，17（2）：73-75．

［2］張春旺，陳周天，于良，等．TD-SCDMA與WCDMA的比較分析［J］．科技創(chuàng)新論壇，2015，8（2）：230，271．

［3］魏連甲．TD-SCDMA移動通信信道估計［J］．滄州師范學(xué)院學(xué)報，2015，31（1）：35-37．

（責(zé)任編輯：肖錫湘）

Optim ization analysis of TD-SCDMA indoor distribution system for high-rise buildings

Chen Mao
（Information Engineering Department，F(xiàn)uzhou Institute of Technology，F(xiàn)uzhou 350506，China）

The capacity，coverage and quality problems in the indoor distribution of the third generation mobile communication system TD-SCDMA were analysed．Improvement ways of the problems were presented．The design guideline and optimizationmethod of the indoor distribution system were illustrated through a specific case．The validity and feasibility of the proposed method were confirmed through actual test results in the improved performance of TD-SCDMA indoor distribution system．

mobile communication；TD-SCDMA；higth-rise building indoor distribution；system optimization

TN92

A

1672-4348（2015）03-0235-04

10．3969／j．issn．1672-4348．2015．03．006

2015-04-18

2012年福建省教育廳A類科技研究項目（JA12459）

陳懋（1981-），男，福建福州人，講師，碩士，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。