酒店类建筑WCDMA网的室内覆盖规划设计

学科分类号：___________ 湖南人文科技学院
本科生毕业设计
题目：酒店类建筑WCDMA网的
室内覆盖规划设计
学生姓名：楼建军学号06416103
系部：通信与控制工程系
专业年级：通信工程2006级
指导教师：刘建闽
职称：副教授
湖南人文科技学院教务处制
湖南人文科技学院本科毕业设计诚信声明
本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

作者签名：
二○年月日
湖南人文科技学院毕业设计酒店类建筑WCDMA网的室内覆盖规划设计
摘要：本次设计先介绍了国内外WCDMA网室内分布的现状以及发展前景，然后，结合酒店类建筑从低层到高层的电磁环境和室内建筑结构的描述，分析了室内的“孤岛”、“乒乓”和“导频污染”等现象。

接着，通过对该类建筑现场考察与场强测试，再结合WCDMA与GSM的共网思路，对边缘场强进行了分析，确定了边缘天线的安装位置。

除此之外，在选择覆盖方案的过程中，还介绍了各种信号源的使用环境，针对不同酒店内的电磁环境、场所的结构、楼层高度等各自不同的特点以及业主对覆盖提出的要求，确定信号源的类型；在选择分布系统过程中，对天馈分布系统、光纤分布系统等几种分布方式进行了比较，确定了不同地理位置和电磁环境下的酒店所适用的不同分布方式。

再针对已选的信号源和分布系统以及业务流量大小确定了天线、耦合器、功分器、干线放大器等器件的布放位置。

最后，结合工程要求与目标，以义乌大酒店为例进行了WCDMA网的规划设计，并且证实了本次设计的可行性。

关键词：WCDMA；室内分布系统；信号源；分布系统；酒店类建筑
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Planning and designing indoor coverage of WCDMA networks
in hotel-style buildings
Abstract：First, this design introduces the current situation and development prospect
of WCDMA network indoor distribution at home and abroad. Next, combined with the description of the electromagnetic environment and indoor structures of the hotel-style buildings from the low-rise to high,it analyzes the phenomena of indoor "island effects", "ping-pong effect" and " Pilot pollution " etc. Then, analyzing edge field strength and determine the edges of the antenna installation position through field investigation and field strength test of this building, combined with the ideas of total of WCDMA and GSM network. In addition, in the process of selection covering scheme, it also introduces the use of various signal source environment, to determine the type of signal source according to many different characteristics ,such as the different electromagnetic environment in hotels, the structure of site ,floor height , the owner’s request for coverage and so on；In the selection process of distributed systems, days fed distribution systems, fiber optic distribution system of several distribution methods were compared to determine the location and the electromagnetic environment of different hotels under the different distribution methods applied. Then determine the size of the antenna, coupler, power splitter and trunk amplifier etc. devices laying position, in view of the selected sources and distribution system and business flow size. Finally, in combination with engineering requirements and goal, the WCDMA network planning and design was carried out in Yiwu Hotel, the feasibility of this design is also confirmed.
Key words:WCDMA; indoor distribution system; signal source; distribution system; hotel-style buildings
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目录
第1章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2选题的背景与意义 (2)
1.3国内外研究现状 (4)
1.4毕业设计的构成及研究内容 (5)
1.5本章小结 (6)
第2章概述 (7)
2.1 WCDMA概述 (7)
2.2室内覆盖系统概述 (8)
2.2.1 基本概述 (8)
2.2.2 室内分布方式的介绍 (9)
2.3 WCDMA与GSM室内覆盖的区别 (11)
2.4直放站概述 (12)
2.4.1 直放站简介 (12)
2.4.2 直放站应用原则 (13)
2.4.3 直放站与基站的比较 (13)
2.5本章小结 (14)
第3章方案对比与选择 (15)
3.1 WCDMA网室内覆盖的主要方案 (15)
3.2方案选择 (15)
3.3本章小结 (16)
第4章酒店类建筑设计原则与目标 (17)
4.1设计原则 (17)
4.2设计目标 (17)
4.3本章小结 (18)
第5章酒店类建筑WCDMA室内总体设计思路 (19)
5.1建设总体流程 (19)
5.2WCDMA与GSM网共建的思路 (20)
5.3 WCDMA用户业务模型及业务量预测 (21)
5.3.1 业务种类 (22)
5.3.2 业务模型 (22)
5.3.3 业务量预测 (25)
5.4信号源与分布方式的选择 (26)
5.4.1 信源与分布方式 (26)
5.4.2 常见的信号源提取方式 (28)
5.4.3 信源和室内分布系统的综合选取 (30)
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5.5天线设计 (30)
5.5.1 小功率多天线原则 (30)
5.5.2 室内空间损耗计算 (31)
5.5.3 最小耦合损耗（MCL）对天线口功率的约束 (32)
5.5.4 天线密度 (33)
5.6主干设计 (33)
5.7本章小结 (34)
第6章问题分析与解决 (35)
6.1导频污染分析与解决 (35)
6.2切换策略 (38)
6.2.1 室内外频率组合方案 (38)
6.2.2 硬切换区设置方案 (39)
6.3信号泄露控制 (40)
6.4本章小结 (41)
第7章义乌大酒店WCDMA网室内覆盖规划设计 (42)
7.1义乌大酒店WCDMA网室内覆盖工程概况 (42)
7.1.1基本情况 (42)
7.1.2无线网络环境 (44)
7.1.3话务量预测 (44)
7.1.4话务资源配置 (45)
7.2规划设计原则与技术指标 (45)
7.3原室内无线网络分布工程调研 (47)
7.4方案设计 (47)
7.5可行性分析 (48)
7.5.1 空间场强计算公式分析 (48)
7.5.2上下行平衡分析 (53)
7.5.3对于上行信号 (54)
7.5.4对于下行信号 (57)
7.5.5杂散干扰分析 (58)
7.5.6互调干扰分析 (59)
7.5.7干扰分析总结 (60)
7.6本章小结 (61)
第8章结论 (61)
致谢 (62)
参考文献 (63)
附录A (64)
附录B (65)
附录C (66)
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第1章绪论
1.1引言
移动通信的发展可以从1897年马可尼作的移动体和固定体之间无线通信试验开始算起。

移动通信与固定物体之间的通信比较起来，具有一系列的特点，主要是有：
◆移动性。

就是要保持物体在移动状态中的通信，因而它必须是无线通信或
则是无线与有线通信的结合。

◆电波传播条件复杂。

因移动体可能在各种环境中运动，电磁波在传播时会
产生反射、折射、绕射多普勒效应等现象，产生多径干扰、信号传播延迟和展宽等效应。

◆噪声和干扰严重。

在城市环境中的汽车火花噪声、各种工业噪声，移动用
户之间的互调干扰、邻道干扰、同频干扰等。

◆系统和网络结构复杂。

它是一个多用户通信系统和网络，必须使用户之间
互不干扰，能协调一致地工作。

此外移动通信系统还应与市话网、卫星通信网、数据网等互连，整个网络结构是很复杂的。

◆要求频带利用率高、设备性能好。

第一代移动通信系统的典型代表是美国AMPS系统和后来改进型系统TACS，以及NMT和NTT等，AMPS(先进移动电话系统)使用模拟蜂窝传输的800MHz频带，在美洲和部分环太平洋国家广泛使用；TACS(全向入网通信系统)是80年代欧洲的模拟移动通信的制式，也是我国80年代采用的模拟移动通信制式，使用900MHz 频带。

而北欧也于瑞典开通了NMT(Nordic)移动电话系统，德国开通C—450系统等。

第一代移动通信系统为模拟制式，以FDMA技术为基础。

采用模拟语音传输，频谱利用率低，保密性差，技术简单。

由于频率资源有限，所以第一代移动通信技术应用并不广泛。

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第二代移动通信系统(2ndGeneration，2G)是以传送语音和数据为主的数字通信系统。

典型的系统有GSM(采用TDMA方式)DAMPS、IS—95CDMA和日本的JDC(现在改名为PDC)等数字移动通信系统。

2G除提供语音通信服务之外也可提供低速数据服务和短消息服务[1]。

第三代移动通信系统最早由国际电信联盟(ITU)于1985年，当时称为FPLMTS(未来公共陆地移动系统)，后来，由于ITU预计该系统在2002年左右投入商用，而且该系统的一期主频段位于2GHz频段附近，所以将其正式命名为IMT—2000。

IMT—2000系统包括地面系统和卫星系统，它的主要的无线传输标准有WCDMA、CDMA2000以及TD—SCDMA，另有两种TDMA方式主要是做为补充。

目前，我国移动通信发展迅速，现在已经发展到3G 阶段，由于与原有大家熟悉的GSM 系统有着本质的不同，因此中国联通WCDMA [2]室内分布系统设计与建设也发生了质的改变，再结合我国的建筑结构与地貌，WCDMA 室内分布系统在网络中的地位是如此之重要，以至于之前GSM 时代的室内网络建设思路正渐渐的被淘汰。

因此，针对国内3G网络室内覆盖尤其是WCDMA网的酒店类建筑室内覆盖的重要性与发展前景，合理的提出一个明确清晰的WCDMA网室内设计方法与思路很有必要。

1.2选题的背景与意义
随着城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务数据密度和覆盖要求也不断上升。

这些建筑物规模大、质量好，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。

在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在建筑物的高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。

另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基
湖南人文科技学院毕业设计站信道拥挤，手机上线困难。

总结起来，进行室内覆盖系统建设的直接理由是：
◆覆盖方面：由于建筑物自身的屏蔽和吸收作用，造成了无线电波较大的传
输衰耗，形成了移动信号的弱场强区甚至盲区。

◆容量方面：建筑物诸如大型购物商场、会议中心，由于移动电话使用密度
过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道发生拥塞现象。

◆质量方面：建筑物高层空间极易存在无线频率干扰，服务小区信号不稳定，
出现乒乓切换效应，话音质量难以保证，并出现掉话现象。

除此之外，随着3G网络的发展以及4G概念的提出，3G/4G与传统的2G无线通信系统相比，由于3G/4G无线通信系统主要使用的频段在2000MHz以上，根据电波传播衰减规律，显然3G/4G的无线信号比2G的无线信号衰减得更快。

这样，在同等功率情况下的3G/4G基站的覆盖范围都比2G的要小。

所以在达到与2G网络同等的覆盖水平时，需要更多的基站和更高的辐射功率来完成网络覆盖。

但考虑到我国幅员辽阔，地貌地形和建筑物分布的复杂性以及在一个追求经济效率和生活质量的年代，增加基站的数量势必会造成运营商建网投资过大，同时，天线过高的辐射功率会使人们的健康受到严重的影响。

由此我们可知，在高楼鳞次栉比和3G 网日益普及的年代，经济环保的无线网络覆盖技术将在通讯领域扮演越来越重要的角色。

而作为室内无线网络覆盖的几种有效技术——移动通信直放站、射频拉远、无线光纤分布等技术可以较好地解决这个矛盾。

通过这些技术合理的运用能够经济有效地扩大移动通信网络的覆盖范围，填补移动通信中的盲区。

虽然在容量方面不可取代基站，但在基站容量足够的情况下，单独扩大基站的覆盖范围和填补基站的盲区方面，这些技术有投资小、建站快、选址灵活、移动方便、带宽利用率高等独特的优势。

因此，针对实际环境与移动通信直放站的优势，本次课题选择了一类具有代表性的建筑——高星级酒店进行WCDMA网的室内覆盖设计。

高星级酒店类建筑具有代表性是因为这种建筑一般有地下两层，而这两层是移动通信信号的盲区；同时，
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四星级酒店建筑一般较高，在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用；在高层，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区；另外，在会议室等人员密集的地方，虽然部分手机能够正常通话，但是用户密度大，信道比较拥挤，手机很难登山互联；还有，酒店客房较多，屏蔽效果好，需要合理的把天线的距离、方向以及功率设计好以防止频繁的切换和信号干扰。

因此，本次课题研究酒店类建筑WCDMA网的室内覆盖设计意义重大。

1.3国内外研究现状
室内覆盖项目从上世纪90末期起步到现在，基本所有站点的覆盖都采取信号源＋干放的方式完成覆盖系统，只到近两年，国内厂家陆续推出载波池技术、射频拉远技术、无线光纤分布等技术，再经过电信业洗牌式的重组后，室内覆盖技术将面临到前所未有的发展与质的飞跃阶段。

例如2006年，随着各种网络经过数年的优化和完善，室分市场需求规模开始出现下滑势头。

而集中采购导致了价格的快速下降，进一步加剧了室分市场规模的大幅度下降。

而后来随着电信业的重组以及3G牌照陆续的发放，2009年室内覆盖市场需求有了较大幅度的提升。

从2010年第一季度看，各个做室分的公司的销售额继续呈现上升趋势，再加上我国的高楼鳞次栉比，而且每年都有大量的建筑拔地而起，以至于现在国内出现了大量的室分系统集成公司和做室分的技术人员。

再从国外运营商统计的数据看，3G 系统室内话务量占总话务量的70%左右，室内覆盖直接影响到系统的质量。

由于大量室内用户的存在以及3G网所使用的频率较高，空间损耗相对较严重的无线传播特性，在室外宏蜂窝提供覆盖的情景中，室内区域的覆盖问题尤为突出，难以获得满意的覆盖。

为保证一定的服务质量，必将使发射功率大幅提高，增加系统干扰水平，导致系统容量和覆盖降低。

可见，在考虑整个系统性能时，室内区域的覆盖是一个重要的影响因素。

在WCDMA 网络建设初期乃至GSM改造GSM/3G混合网，都应该考虑进行室内分布系统的实施，从而提高
系统整体运行质量。

从国外运营经验来看，初期建设时室内覆盖对网络影响很大，NTT DoCoMo在建网初期并没有考虑室内分布系统，但网络投入运行后发现由于室内的话务量比例很高，导致系统干扰很大，严重影响了系统质量而不得不在后期加大投入建设室内覆盖系统。

综合现在国内外资料与技术以及4G概念的提出，再结合刚出炉的《2010-2015年移动通信室内覆盖系统市场深度调研分析及投资前景预测报告》，探讨并研究移动通信室内覆盖规划设计是很有意义的。

1.4毕业设计的构成及研究内容
本设计主要以“多天线、小功率”的天线设计原则和GSM与WCDMA共总线的设计思路，结合工程实例，详细的阐述了如何将基站、射频拉远或则直放站等信源信号，通过有关设备和无源线缆、器件均匀地分配到多个末端天线，达到实现室内建筑物的无线网络覆盖。

全设计共分为八章，各章节安排如下：
第1章绪论介绍了移动通信的发展以及选题背景与意义，同时结合国内外一些资料，简要的介绍下室内覆盖建设发展前景。

第2章概述部分主要对WCDMA技术与特点，室内覆盖系统直放站进行了简单的介绍，然后针对WCDMA与GSM的特性，对WCDMA/GSM室内覆盖进行了比较。

第3章简要的介绍了现在几种主流设计方案，并结合酒店类建筑的实际情况对各种方案进行对比，然后根据酒店建筑具体风格与周边环境选择出一种合理的方案。

第4章主要介绍了酒店类建筑设计的原则，以及设计需要达到的目标。

第5章首先介绍了酒店类建筑WCDMA室内覆盖的主要步骤，然后在介绍时下已覆盖的GSM网，提出GSM/WCDMA共总线覆盖思路，最后介绍了信号源与分布方式的选择方式以及天线设计。

第6章主要介绍了酒店类建筑WCDMA 室内覆盖遇到的一些问题，然后提出了解决这些问题的一些方案。

第7章以义乌大酒店为例，说明酒店类建筑WCDMA 网室内覆盖实际工程的基本内容与要求。

第8章结论部分，简要的对本次毕业设计进行了总结和展望，然后介绍了本次毕设的一些创新点。

1.5本章小结
本章绪论部分，首先简明扼要地阐述了移动通信的发展，选题的背景与意义以及国内外对该类课题的研究现状，最后简单地介绍了本次设计的主要内容以及组织结构。

第2章概述
2.1 WCDMA概述
WCDMA 是英文Wideband Code Division Multiple Access（宽带码分多址）的英文简称，是一种第三代无线通讯技术。

WCDMA 是一种由3GPP具体制定的，基于GSM MAP核心网，UTRAN（UMTS陆地无线接入网）为无线接口的第三代移动通信系统[2]。

目前WCDMA有Release 99、Release 4、Release 5、Release 6等版本。

目前我国联通采用的此种3G通讯标准。

WCDMA是一个ITU(国际电信联盟)标准，它是从码宽带码分多址分多址（CDMA）演变来的，从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展，与现在市场上通常提供的技术相比，它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。

作为3G 系统的主要标准之一，WCDMA采用直接序列扩频码分多址（DS-CDMA）、频分双工（FDD）方式，满足了业务丰富、价格低廉、全球漫游、高频谱利用率等要求，主要的特点有[3]：
◆信道复杂，可适应各种业务需求。

WCDMA 可通过公共信道/共享信道、
接入信道和专用信道等不同类型的信道实现不同业务，适应不同时延和分布特点的要求，使资源的调配更加灵活。

WCDMA 所承载的业务分为会话类、数据流类、互动类、后台类等。

◆更大容量和更高的业务速率。

WCDMA 码片速率达 3.84Mchip/s，载波带
宽约5MHz，能够支持更高的速率，同时带来了无线传播的频率分集；对于速率大致相同的话音业务，具有更高的扩频增益，接收灵敏度更高。

◆功率控制更为完善。

WCDMA 采用开环和闭环两种功率控制方式，当链路
没有建立时，开环功率控制用来调节接入信道的发射功率，链路建立后，使用闭环功率控制。

闭环功率控制有包括内环功率控制与外环功率控制。

◆切换机制更健全，有更灵活的分层组网结构（HCS）。

WCDMA 具有软切
换方式，利于提高覆盖，但会增加开销；具有硬切换方式，可通过压缩模式实现通话状态下跨载频，跨系统的测量，提高切换成功率。

WCDMA 提供分层小区结构（Hierarchical Cell Structure）组网和与GSM 会和组网的灵活组网方式。

HCS 组网可以根据容量与密度的要求，分别选择宏小区、微小区、微微小区进行组网；与GSM 系统混合组网，则能够为具有GSM 网资源的运营商，在建网初期提供更高投入产出的建设策略。

◆对于分组数据业务，具有灵活的资源调度机制。

针对分组数据业务非实时
的特点，可以选择该机制均衡资料利用率和数据服务质量。

WCDMA 借助不同承载的业务信道和灵活的资源分配机制，根据业务类型提高的不同QoS，适应市场和网络两方面要求。

此外，相对于GSM 和CDMA 等移动网络，一项崭新而重要的特性就是它允许对无线承载的特性进行协商。

◆WCDMA 的干扰来自网内和网外。

网内干扰时由于CDMA 系统自干扰的
机制决定的，网外干扰主要是来自同制式的不同系统和频率邻近的其他网络，存在远近效应。

◆基站无须同步。

优点是不像CDMA2000 一样需要美国的GPS 系统，可采
取较为自由的信道管理方式，缺点是需要迅速实现小区的搜索。

2.2室内覆盖系统概述
2.2.1 基本概述
随着城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。

这些建筑物规模大，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。

在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，造成导频污染，手机频繁切换，甚至掉话，严重影响了手机的正常使用。

另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，
手机上线困难。

室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。

其原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。

室内覆盖系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话与上网质量，提高移动电话接通率和增加无线网络访问量，开辟出高质量的室内移动通信服务区域；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。

无线室内覆盖系统主要由二部分组成：信号源和室内天馈线分布系统，如图2.1所示。

信号源主要分为两类：基站、RRU 和直放站[4]；室内天馈线分布系统由有源器件、无源器件、天线、缆线等组成。

无线室内覆盖系统的引入不受频段和通信制式的限制，满足各种通信制式建设要求，包含2G 和3G 移动通信系统、PHS、SCDMA、TRUNK 系统。

各通信制式室内WCDMA 室内覆盖系统规划设计覆盖系统可单独建设，满足各制式的网络指标要求；也可以多通信制式共室内分布系统建设（多制式合路），多制式合路时，各制式应满足各自的网络指标要求，并保证各制式间互不干扰。

图2.1 室内覆盖系统组成示意图
2.2.2 室内分布方式的介绍
室内天馈线分布系统由有源放大设备(干线放大器、光端机等)、缆线（同轴电缆、光缆、泄漏电缆）、功分器、耦合器、室内天线等设备组成，如图2.2所示。

室内天馈线分布系统按照采用的设备主要分为两种：有源方式、无源方式，如图2.3、图2.4所示；按照采用线缆材料主要分为四种方式：泄漏电缆分布方式、同轴电缆分布方式；光纤分布的方式；光电混合分布方式。

酒店类建筑主要以第二种分布方式为主。

图2.2 室内分布系统示意图
图2.3 无源天馈分布系统
图2.4 有源天馈分布系统
◆泄漏电缆分布方式
泄漏电缆传输损耗大、距离短，且泄漏电缆本身线径较大，施工困难，通常
用于对地铁、隧道、电梯等特定环境的覆盖。

◆同轴电缆分布方式
同轴电缆分布方式包括纯无源系统和有源中继放大两种情况。

纯无源方式即将信号源输出能量经功分、耦合等无源器件[5]合理分配后，利用射频电缆传输至天线，将能量均匀分布至各区域。

有源中继放大方式是由于信号源输出能量不能满足楼宇覆盖需求的情况，需要增加放大器对主干信号进行放大，并通过天馈分布系统覆盖所需区域。

◆光纤分布方式
光纤分布方式的传输损耗小、不受电磁干扰、布线方便并且组网灵活[6]，与同轴线缆相比，更适合于远距离的信号传输。

◆光电混合分布方式
光电混合分布方式多适用于大型建筑，应用在主干缆走线很长，布放难度较大的场景。

分布方式选用原则应综合上述分析，综合考虑覆盖区域面积、理论覆盖效果、设备成本、施工难易程度等因素，应遵循：效果→成本→施工→维护的思路[7]，并满足多制式系统兼容的要求，在最优的组合方案下，系统性价比最高。

上述四种覆盖方式，电分布方式为最常用，且技术和设备成熟。

2.3 WCDMA与GSM室内覆盖的区别
WCDMA 和GSM 在室内覆盖中的区别重点在于容量。

WCDMA 系统的一个重要特点是它的下行功率为所有用户共享，这样下行功率就意味着容量，这也是与GSM 系统一个重要区别。

这个特点决定了室内分布系统的设计建设方式会极大地影响WCDMA 网络的容量。

当一个处于小区边缘的建筑物内成功地安装了室内分布系统，那么可以预计，大部分室外小区的下行功率都将被释放出来，为室外用户提供容量。

这个情景预示。