WCDMA室内覆盖系统设计的特点和技巧

WCDMA室内覆盖系统设计的特点和技巧
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，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公司的调查发现3G用户的室内使用量占到了70%，而室外使用量只有30%。

对运营商而言，大量使用室内覆盖系统，可以争夺室内的话务量。

NTT DoCoMo公司统计，实施室内覆盖的建筑物内话务量增大了1.43倍。

室内覆盖还可以用于分散过密地区的网络压力，解决高端用户密集城区覆盖问题，减少室外基站的数量和配置，降低室外网络的整体干扰水平，从而提高整个系统的容量，更好地满足用户对质量的要求，其性能的好坏将直接影响到运营商的客户体验及收益，是其取得成功的关键因素之一。

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。

W CDMA是3G三大主流技术之一，WCDMA室内分布系统将是WCDMA整个网络建设的重点之一。

本文将从一些工程经验出发，分析WCDMA室内分布系统设计的特点，并总结出一些方法和技巧。

WCDMA室内分布系统设计的特点
1．传输损耗和空间损耗大造成覆盖范围受限
从工作频段来看，WCDMA工作的核心频段为2GHz频段。

与2G网络工作的800MHz和900MHz 频段相比，WCDMA信号的馈线损耗较大，穿透能力和绕射能力相对较差。

从表1可以看出，相比于在900MHz频段的馈线损耗，WCDMA信号在3G频段的损耗比在900MHz频段的损耗大50％左右。

可以计算出在各种距离下，2G和3G系统的不同自由空间损耗值如表2所示。

选取Keean-Motley模型（适用于900MHz和2GHz室内环境预测）作为室内无线传播模型。

从馈线损耗和自由空间损耗可以看出，在覆盖同样距离目标情况下，WCDMA总损耗比900MHz系统多9～11dB。

所以，对于大的楼宇，WCDMA信号在传输和分配过程中，信号低到一定程度时需干线放大器对其放大。

如果WCDMA室内覆盖系统是和2G网络共用室内分布系统，则需用双频或多频合路器把信号分开(下行是分路，上行是合路)，通过各自的放大器放大后，再通过双频或多频合路器合路。

2．和其它系统共享室内覆盖带来的问题
在实际组网时，建筑物附近或建筑物内部通常已经存在各类无线通信系统信号，如GSM、WLAN或其它3G制式的信号。

从节约投资、减小施工难度和缩短施工周期考虑，往往要和其它系统合路共用室内覆盖系统。

这就存在以下问题：
（1）无源器件工作频率必须要涵盖WCDMA和其它所有共有系统的工作频段；
（2）有源器件部分无法共用，各系统间有源器件需相互独立；
（3）功率传输损耗差异；
（4）系统间相互干扰问题；
（5）合理利用和保留原有系统的设计思路。

对这些问题，要逐一分析，找到解决办法。

（1）目前大多数厂家提供的室内天线及无源器件工作频带均能涵盖800M～2500MHz。

已有GSM室内分布系统的无源器件如果不支持多系统的工作频带，我们在引入WCDMA系统时，必须对原有室内分布系统进行改造，将无源器件更换为宽频器件。

（2）在WCDMA与其它系统共享室内分布系统中，有源器件主要指的是干线放大器。

对于有源器件无法共用的问题，一般有两种方法来解决：第一种方法是在干线放大器前后将各路信号分、合路，各系统独自用支持本系统的干线放大器将信号放大；第二种方法是通过调整GSM/WCDMA共享接入点，即在各系统的干线放大器之后合路，使得不同的系统分别独立地进行信号放大。

（3）我们应根据实际情况，通过对信号源与干线放大器的功率调整以及精心选择共享接入点，保证各系统的边缘场强要求，有必要的话，可以更换器件和馈线等，以减少传输损耗和插入损耗。

（4）系统间的相互干扰问题。

目前大多数厂家提供的设备均能满足防止各种系统之间的相互干扰所要求的隔离度。

在实际设计中，只需合理选择设备供应商、合理选择满足指标的器件即可。

（5）我们对原有系统要利用其合理部分，改造其不合理之处，并尽量不对已有系统进行大的改动。

这是因为原有系统经过实际检验和完善，在方案的合理性、工程施工的合理性以及实测信号覆盖等方面已经得到较好解决。

在WCDMA升级改造的实际设计中，应根据运营商要求和业主要求等，在尽量利用和不改动原有设计思路的前提下，合理解决WCDMA信号的合路、覆盖问题。

3．MCL（最小耦合损耗）带来的问题
MCL定义为基站和手机之间的最小耦合损耗。

MCL=手机到天线的自由空间损耗+天线到基站接收机的天馈系统损耗
手机到天线的最小空间损耗，通常取1m的空间损耗为38.4dB。

天馈系统损耗主要包括馈线传输损耗、器件分配损耗等。

考虑到基站噪声系数，WCDMA基站底噪声为-105.1dBm，UE的最小发射功率为50dBm，当MCL小于55.1dB时，由于快速功率控制机制已经没法让UE降低功率，这时UE的业务将抬高基站的底噪，以降低基站的灵敏度，如表3所示。

一般取MCL≥65dB（UE为-50dBm发射时，到达基站的底噪-115dBm），基站的灵敏度下降≤0.4dB。

当UE离天线口为1m时，假设基站发射导频功率为33dBm，则室内天线口发射功率必须满足以下要求：
MCL=38.4dB+（33-天线输出功率）≥65dB；
天线口功率≤6.4dBm。

天线口功率过大可能会引起手机相互干扰以及带来远近效应，而离天线近的手机会阻塞覆盖边缘手机的接入，进而影响分布系统的容量和质量。

另外，国家电磁辐射标准规定室内天线口功率小于15dBm（总功率），在WCDMA系统中，一般导频功率占总功率的10%，因此3G室内天线口导频功率不能超过5dBm。

综合考虑MCL的影响及国家电磁辐射标准，建议室内分布天线口导频功率不超过5dBm。

另外，在选择天线安装的位置时应尽量将天线安装于距通话手机大于1m的位置，避免由于通话用户距离天线过近导致手机发射功率到达基站过大时对基站造成的阻塞。

4．设计指标的取定
室内外系统采用同一频率时，建筑物的穿透损耗为有射频源部署方案提供了一定的天然隔离度，但是网络设计依旧要遵循CDMA系统的设计原则，最大限度地减少室内系统和室外网络的覆盖重叠，尽可能地提高容量。

类似于GSM系统所采用的分层式的网络部署方案是不能应用于WCDMA网络的，这种分层式的网络部署方案中室内/室外覆盖完全重叠，极大程度地降低了室内系统所能提供的容量，室内/室外覆盖的重叠程度可由软切换来衡量，软切换是由室内的Ec/Io值和室外的Ec/Io值决定的，两者在该建筑物内的值就决定了室内系统和室外站之间的软切换率，Ec/Io的计算方法如下：
室内小区Ec/Io=室内小区的导频功率/(室内小区的总功率+来自室外的总功率)
室外小区Ec/Io=室外小区的导频功率/(室内小区的总功率+来自室外的总功率)
另外，由于WCDMA系统要求提供不同类型的数据业务，要满足这些不同业务的RAB，在设计指标方面就要根据具体情况，制订不同指标值，精心做好不同区域的设计。

根据理论分析及实际测试的结果，对于WCDMA室内分布系统的设计目标，可按以下标准设计。

(1)电磁环境较差区域（RSSI＞75dBm的区域）以及重点覆盖区域：要求导频信号强度≥-85dBm，导频Ec/Io≥-10dB。

(2)一般区域：要求导频信号强度≥-90dBm，导频Ec/Io≥-12dB。

(3)地下层、电梯：导频信号强度≥-95dBm，导频Ec/Io≥-12dB。

WCDMA室内分布系统设计的方法和技巧
1．对特大型室内覆盖系统，考虑iDBS室内覆盖解决方案
针对第二代室内分布系统的种种缺点，已有部分室内分布设备制造商进行了尝试与创新，结合国内实际应用情况推出了面向3G的室内覆盖系统解决方案—iDBS （indoorDistributedNodeB System）系统。

该方案以微功率基站做信号源，以中频传输为技术核心，以网线（小同轴）/光纤作为传输介质进行信号传输和分布，即在传统光纤分布的基础上采用光纤+五类线的方式，很大程度上减少了传统电分布方式在系统设计与施工方面的难度。

iDBS室内覆盖解决方案采用了分布式基站的设计思路，iDBS主要由基带处理单元BBU （BaseBandUnit）、数据汇集与交换单元RHUB（RRUHUB）、小型射频远端单元pRRU（pico Remote RF Unit）组成。

BBU与RHUB由光纤连接，多个RHUB可以串联，射频远端单元pRRU输出21dBm 以上的功率，经过电缆后由几个天线发射，一般外接1到4个天线。

其中，Pico RRU是一种小功率射频模块，其体积和重量都比射频单元宏RRU小得多，大小与便携计算机差不多，非常适合室内复杂多变的环境。

RHUB可将多个Pico RRU的信号通过五类线汇聚到一起，以减少BBU端口的需求，BBU和RHUB都封装在1U高、19英寸宽的标准盒内，可以像路由器一样安装在竖井内，便于携带和安装。

由于每个pRRU可以灵活配置扰码，即可以一个pRRU配置一个扰码（一个小区），也可以多个pRRU配置成同一个小区，这样，容量可以灵活配置和调整，与广覆盖能力相结合，可以适应各种不同的应用场合。

华为生产的iDBS系统最多可以达到12Cell/载波以上，容量很大。

1个BBU可以接192个pRRU和768个天线，按照每个天线发射0dBm导频功率计算，一套iDBS系统可以覆盖30万m2以上。

iDBS系统对覆盖特大型的建筑物目标，具有灵活简单、减少干放设备、减少施工难度、降低MCL、提高接收灵敏度、降低干扰增加容量等优点。

在实际工程设计和实施中，我们可以结合供货厂家的设备支持程度，考虑尝试使用。

2．多主干、多分支覆盖原则（包括使用POI）
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4条或者多条主干，将建筑物划分成多段进行覆盖。

非高层建筑也可根据楼层数量和所需天线数量来采用若干条主干进行覆盖。

另外，同一楼层也应该根据建筑平面结构特点，采用多条分支对单层进行覆盖。

采用多主干、多分支覆盖，一方面可以避免单条路由导致线路损耗过大，接头损耗等不确定因素增多，导致偏离甚至无法满足设计要求的问题；另一方面在载波扩容或者扇区分裂时，能减少对室内信号分布系统部分的改动。

如果采用主干多于4条，可以考虑使用POI（POINTOFINTERFACE），即多系统合路平台，可以实现多频段、多信号合路功能，并有等功率多支路输出。

目前相关厂家的POI一般有4
个输出（衰减一般在6～8dB），这样就可方便地对目标进行多主干覆盖。

3．多主干（大于POI输出支路数目）情况下进行功率放大的技巧
大型室内覆盖系统，需要的主干数目远大于4时，可以采用每条POI输出通过耦合器或者功分器等组合、分成2条以上支路，每条支路加干线放大器进行放大，这样就解决了主干数目较多而POI输出数目有限的问题。

例如某大型建筑物共有7层，但由于每一层面积非常大，2G已经用了2个sector（分别接2个POI），多条主干对其进行覆盖，总体覆盖情况如图1所示。

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在该站点的3G升级改造设计中，由于路由太长而造成WCDMA信号衰减很快，所以需要考虑对每一层进行多分支覆盖，对每条POI输出通过耦合器或者功分器等组合、分成2条以上支路，每条支路加干线放大器进行信号放大。

这种放大方式可以根据具体情况进行多种变化，如图2所示。

总的来说，这种放大多分支的办法要把握尽量少用干放以及每条支路不能使干放串联两条原则。

4．多天线小功率设计原则
采取多天线小功率覆盖，可以达到均匀的分布强度。

特别是在天线输出功率普遍不高的情况下，天线密布而小范围覆盖，比天线疏而大范围覆盖的效果好得多。

根据模拟测试结果，增加天线数量获得的增益如表4、表5所示。

从表4、表5的数据可知，合理增加天线数量，可有效节约信源功率，达到良好的覆盖效果。

在实际工程设计中，采用多天线小功率覆盖，明显可以减少建筑物内柱、墙等信号阻碍物对信号的阻挡衰耗和绕射损耗，尤其在WCDMA信号源输出功率普遍不是很强、室内天线输出功率不高的情况下，效果更是好得多。

采用多天线小功率进行覆盖，也要注意合理设置边缘天线的输出信号功率，防止泄漏到室外而造成干扰和掉话。