WLAN室内分布式系统室内覆盖方案[1]

CDMA和WLAN共用室内覆盖系统实现室内覆盖
一. CDMA/WLAN合路分析与元器件要求
在进行双/三网合路之前，应确定原有CDMA覆盖系统中所有无源器件及天线的频段范围是否满足并网要求，现行各运营商系统的网络频段使用如表1所示。

表1 运营商网络频段表
中国移动获得的频段是1880-1900MHz和2010-2025MHz，以及日后小灵通让出的1900MHz-1920MHz频段，其中核心频段55MHz资源，另外还2300至2400MHz的补充资源；中国电信和中国联通方面，中国电信获得1920-1935MHz和2110-2125MHz共30MHz频段，中国联通获1940-1955MHz和2130-2145MHz共30MHz频段。

与双/三网合路有关的元器件主要包括合路器、功分器、耦合器、天线等，另外影响合路效果的器件还有天馈线、馈线接头，相同的器件对不同频段射频信号通过造成的插损和线路损耗均不同，对于WLAN的2.4G高频信号造成的影响最大。

WLAN与CDMA共用天馈信号影响分析
在WLAN与CDMA共用天馈室内覆盖应用中，通过双/三频合路器将信号合入一个天馈系统，合路器对不同系统的隔离可解决干扰问题。

1. 杂散干扰
由于发射机中的功放、混频器和滤波器等器件的非线性，会在工作频带以外很宽的范围内产生辐射信号分量, 包括热噪声、谐波、寄生辐射、频率转换产物和互调产物等；当这些发射机产生的干扰信号落在被干扰系统接收机的工作带内时，抬高了接收机的噪底，从而减低了接收灵敏度。

杂散发射包括：谐波辐射、寄生辐射、互调产物和变频产物。

杂散发射指落到载波中心频率fc±250％信道带宽（CS）以外的带外辐射功率电平。

按照中国电信行业标准，杂散发射功率电平限值应（杂散发射功率电平/测试参考带宽BWr）在一般频段应符合表2规定，在特殊频段应符合表3要求。

表2 杂散发射电平限值(一般要求)
测试参考带宽(BWr)内的杂散发射功率电平限值
30-1000MHz ≤-36dBm/100kHz
2.4-2.4835GHz ≤-33dBm/100kHz
3.4-3.53GHz ≤-40dBm/1MHz
5.725-5.85GHz ≤-40dBm/1MHz
1-12.75GHz其它频段≤-30dBm/1MHz
表3杂散发射电平限值(特殊频段内要求)
测试参考带宽(BWr)内的杂散发射功率电平限值
825-960MHz ≤-61dBm/100kHz
1710-1880MHz ≤-61dBm/100kHz
1893-1915MHz ≤-61dBm/100kHz
1920-1980MHz ≤-66dBm/1MHz
2110-2170MHz ≤-40dBm/1MHz
由于CDMA2000频段与WLAN频段间隔更小，杂散干扰的影响更大，因此杂散干扰的分析主要是针对电信3G频段（2110～2125MHz）下行对WLAN上行的干扰和WLAN频段（2400~2483.5MHz）下行对3G频段（1920～1935MHz）上行的干扰。

假设CDMA2000-1X接收机的噪声系数为5dB，则在1MHz带宽内的噪底为：
-174+10log（1M）+5=-109dBm
WLAN在1920-1980MHz频段的杂散≤-66dBm/1MHz，计算得到合路器的隔离度：
-66-(-109)=43dB
这个隔离度要求一般的合路器很容易做到，因此，在与CDMA共用天线做室内覆盖的应用中WLAN不会对CDMA系统造成干扰。

CDMA系统的实际杂散指标不清楚，不能做准确的理论分析。

一般来说，由于WLAN的灵敏度远低于CDMA系统，更不容易受干扰，只要满足了CDMA系统无干扰的隔离度要求，必然可以满足WLAN系统的要求。

二. PHS/CDMA合路分析
PHS空中接口频段为1900～1920MHz，频点宽度为300kHz，共70个频点。

对PHS来说，CDMA 工作频段为800MHz左右，其频率间隔较大，可以实现合路，但要求PHS网络中的无源器件，如合路器、功分器、耦合器等必须支持800MHz频段。

PHS的部分主要的射频指标，发射机测试项目包括频率、调制精度、传输率、发信功率、载波开关比、瞬态特性、占用带宽及邻道功率等；接收机的指标有收信灵敏度等。

标准STD-28要求在测试模式状态下对这些指标进行测试，并给出了相应门限。

发信机参数 门限
载波频率容限 不大于3ppm
载波输出功率 有500mw，200mw，10mw等基站，功率在+20%、-50%以内
载波关断泄漏功率 不大于80nw
邻信道泄漏功率 600kHz失谐时，功率不大于800nw；900kHz失谐时，功率不大于250nw
占用带宽 不大于288kHz
调制精度（RMS矢量误差）不大于12.5%
幅度误差 不大于12.5%
相位误差 不大于10度
峰值矢量误差 不大于25%
传信率 不大于5ppm
上升沿/下跳沿时间 13us以下
杂散 带内小于250nw;带外（6GHz）小于2.5uw
收信机参数 门限
收信参考灵敏度 电平不大于16dbuv时,BER优于0.01;
BER floor特性 电平不大于25dbuv时,BER优于0.00001;
由于CDMA终端接收灵敏度较高，并且PHS系统杂散指标要求较低，PHS系统发射的杂散信号将会对工作于该频段附近的3G系统带来不同程度地干扰，直接导致3G系统容量的下降或覆盖区域的减小。

因此，PHS和CDMA合路的杂散干扰主要是PHS对CDMA系统的干扰。

PHS基站的发射平均功率为500mW,峰值功率为4W；用户终端的发射平均功率为10mW,峰值功率为80mW。

杂散发射功率电平限值为:在1893.5-1919.6MHz以内，<250 nW/300kHz，带外杂散<2.5μW/MHz 即-26dBm/1MHz。

对合路器的隔离度要求可以通过以下计算得到：
1.小灵通对CDMA系统的杂散干扰分析
小灵通标准STD-28第三版规定小灵通基站的带外杂散电平为2.5μW/MHz，即-26 dBm/MHz，则落入CDMA载波带宽内的功率为：
-26 dBm/MHz+10lg(1.25/1)=-25 dBm/1.25 MHz
一般要求落入接收机上行接收口的杂散干扰必须小于接收机背景噪声10 dB，那么CDMA接收机的背景噪声为：
-174+10log（1.25M）=-113dBm/1.25MHz；
因此，落入CDMA接收机的杂散必须小于123 dBm/1.25 MHz。

不考虑小灵通和CDMA双频合路器的端口间隔离度，则小灵通信源杂散信号进入CDMA接收机的强度为：
-25 dBm – (-123dBm) = 98dB
因此，在这种情况下，必须要求双频合路器的端口隔离度大于98dB。

由于目前PHS合路器的隔离度一般为90dB，因此需要更换合路器，或者在PHS基站后侧增加8dB的滤波器。

2.CDMA对小灵通系统的杂散干扰分析
根据标准，CDMA在带外的杂散干扰限值如下：
CDMA基站的带外杂散电平落入小灵通载波带宽内的功率为-47dBm。

小灵通接收机的背景噪声为：
-119 dBm/300 kHz
则落入小灵通接收机的杂散干扰必须小于-129 dBm/300 kHz。

以合路器隔离度为98dB计算，CDMA信源杂散信号进入小灵通接收机的强度为：
-47 dBm – 98dB = -145 dBm/300 kHz ＜ -129 dBm/300kHz
可见只要合路器满足隔离度要求，就能保证CDMA基站信号不会干扰小灵通系统。

由上面的计算也可明确，PHS对CDMA的干扰是主要干扰。

对于PHS和CDMA-EVDO(3G)合路，由于FDD制式3G上行频段为1920～1980MHz，下行频段为2110～2170MHz，两者之间紧邻间隔，邻频干扰，以及杂散干扰的问题比较突出，对合路器件的隔离度要求达到105dB以上，目前主流的合路器无法做到这么大的隔离度，并且终端对基站的杂散干扰影响由于终端的移动性无法避免（通过计算，PHS终端与CDMA2000基站之间的距离必须大于756米时,其杂散才不会干扰CDMA基站，在实际部署中由于终端的移动性，无法保证PHS终端与CDMA基站的距离），因此，不建议PHS和CDMA2000(1.9GHz)采用合路组网。

方案实施：
1、首先要查看目前PHS系统的无源器件的频段，如果不支持需要更换器件；
2、CDMA线损要比PHS小的多，所以只要在合路时使用相应的小功率主机就可以了，这样既能保证覆盖，又能避免信号过强。

但在临近主机和个别特殊点要适当的进行更改天线或器件，以达到合乎要求覆盖的目的；
3、天线布点来说 PHS信号够了CDMA也就够了。

方案可以是两种：共用主干；不共用主干，另外拉主干接入楼层；
4、CDMA系统为自干扰系统，由于考虑是新建，并且和PHS合路，因此建议尽量将CDMA系统的输出功率设置小一些。

实际工程要求：
根据实际工程经验来讲，PHS网合路G/C/WLAN网均可，只是采用不同频段的双频或三频合路器就行。

如果PHS器件频段兼容800-2500,强烈建议合路。

如果PHS器件频段不兼容800-2500，更换器件的工程量较大，不如新建。

三. WLAN工程设计计算
1. WLAN室内传播模型
室内无线环境的特点是传输功率较小、覆盖距离更近、环境变动对网络的影响较大。

不同的建筑物，其室内布置、采用的材料、结构、尺寸和应用类型等不同，传播环境也不同。

即使在同一个建筑物内的不同位置，传播环境也不尽相同，甚至差别很大。

本文以衰减因子模型作为室内WLAN传播信道的统计模型。

衰减因子模型：
就电波空间传播损耗来说，2.4GHz频段的电磁波有近似的路径传播损耗。

公式为：
PathLoss(dB) = 46 +10* n*Log D（m）
其中，D为传播路径，n为衰减因子。

针对不同的无线环境，衰减因子n的取值有所不同。

在自由空间中，路径衰减与距离的平方成正比，即衰减因子为2。

在建筑物内，距离对路径损耗的影响将明显大于自由空间。

一般来说，对于全开放环境下n的取值为2.0～2.5；对于半开放环境下n的取值为2.5～3.0；对于较封闭环境下n的取值为3.0～3.5。

典型路径传播损耗理论计算值如表1。

表1 典型传播损耗理论计算值
距离（米） 路径损耗（n=2.5） 路径损耗（n=3）
20 78.5 85
50 88.5 97
100 95 106
150 100.4 111.3
2. AP信号链路损耗计算
根据模型，室内路径损耗等于自由空间损耗加上附加损耗因子，且随距离成指数增长。

接收电平估算公式如下：
Pr[dB]=Pt[dB]+Gt[dB]-Pl[dB]+Gr[dB]
其中：Pr[dB]为最小接收电平，即为AP在不同传输速率下的接收灵敏度；
Pt[dB]为最大发射功率；
Gt[dB]为发射天线增益；
Gr[dB]为接收天线增益；
Pl[dB]为路径损耗；
3. AP信号穿透损耗
2.4GHz电磁波对于各种建筑材质的穿透损耗的经验值如下：
物体 dB
地板 20-30
玻璃窗(无色） 2
大理石 5
木门 3
办公室墙的金属门 6
混凝土墙 10-15
砖墙 8
另外，在衡量墙壁等对于AP信号的穿透损耗时，需考虑AP信号入射角度。

一面0.5
米厚的墙壁，当AP信号和覆盖区域之间直线连接呈45度角入射时，相当于1米厚的墙壁；在2度角时相当于超过14米厚的墙壁。

所以要获取更好的接收效果应尽量使AP信号能够垂直穿过（90度角）墙壁或天花板。

4. AP室内覆盖规划
在规划WLAN网络时，首先考虑到的是满足AP跟无线网卡信号的交互，以及用户可有效地接入网络，因此如何保证无线信号覆盖范围是AP选点必须要考虑的因素。

由于WLAN工作频段较高，灵敏度低（与移动基站/手机相比），信号反射和绕射损耗较大，有几种不同的室内覆盖方案，可供规划人员跟据现场实际情况进行选择参考。

在设计之前一定要进行现场勘测，现场勘测主要了解以下几点：
● 了解覆盖区域的面积，信号覆盖质量要求，不同的地点有不同的覆盖要求。

● 考察覆盖区域的现有信号分布情况，了解信号的盲点、热点和信号碰撞区域；
● 考察覆盖区域建筑物的构成，对信号的阻挡情况；
● 信号的接入位置与方式；
● 考察设备可以安装的位置。

经过现场环境勘查后，可根据实际情况选择几种不同的规划方案。

四. C+W室内分布系统覆盖方案
1. 方案适用范围和使用要求
适用范围：进行中大规模的室内覆盖，系统结构较复杂。

主要用于中等面积的盲区覆盖或重要的公用场所，满足如宾馆、酒店、机场、会议中心等地区的覆盖要求，但不适合有较高容量需求的网络。

使用要求：该系统为室内覆盖系统，要求设备安装在室内运行。

2. 链路预算
(1) 2.4GHz室内无线传播损耗模型
图1是一个典型的CDMA+WLAN室内分布式系统的天线安装示意图例。

楼层高为3.5m，天线安装在高度为3m的天花板上。

图1 CDMA+WLAN室内分布式系统天线安装示意图
室内的无线传播损耗会受到很多因素的影响，包括建筑物的结构、建筑材料、室内家具分布等。

基于大量的实际测试，针对2.4GHz的WLAN频段，本文档总结了5种典型的室内无线传播环境的损耗模型如图2所示，供工程师进行室内覆盖设计时参考。

图2 不同传播模型的无线损耗
(2) 线路插损计算
除了无线传播损耗外，室内分布系统的有线部分也会引入一定的插损。

表3是主要无源器件的插损表。

对每一个天线端口，将信号经过的所有器件的插损累加就得到该路的线路插损值。

(3) 链路预算
在进行CDMA+WLAN室内分布式系统的设计时，首先需要根据覆盖要求进行链路预算。

由于WLAN工作频段（2.4GHz）比CDMA工作频段（2GHz）高，相同的链路对于WLAN信号来说损耗更大，整个系统链路受限于WLAN信号。

因此本文档仅以WLAN的链路预算为例进行考虑。

基本步骤如下；
● 根据所要达到的传输速率要求，确定上、下行接收机所要求的接收灵敏度。

● 根据所得到的基站（AP）和终端（WLAN移动终端）的接收灵敏度，同时考虑人体衰耗和对数正态阴影冗余，得到在覆盖点所需要的信号强度。

● 根据发射机（AP和WLAN移动终端）的发射功率，得到上、下行允许的链路损耗。

该值包含两部分：无线传播损耗和有线部分插入损耗。

● 参考无线传播模型，确定该点与天线之间的无线传播损耗值，从而确定有线部分允许的插入损耗。

● 根据得到的允许插入损耗值，进行分布式覆盖系统的设计。

需要说明的是，如果插入损耗对于CDMA覆盖能够满足要求，但不能保证WLAN的覆盖要求时，可以考虑用2个或多个AP与一个CDMA基站共用一套室内分布式系统。

五. 方案设计要点
1. 覆盖点勘查
在进行设计、施工之前，必须对室内覆盖系统的站点进行必要的勘查，并且记录如下信息：
● 建筑物的总体构造及室内空间分布情况。

● 室内各种墙、隔断等的材料、厚度等情况。

● 可能安装设备的位置。

● 可能布线的路径。

● 终端用户的分布。

● 天线的安装位置。

2. 天线安装位置选择
堪点过程中最重要的一点就是确定天线的安装位置，它应该尽量符合以下原则：
● 尽量靠近需要覆盖的目标区域和人群，比如办公区域，保证良好的覆盖效果。

● 尽量安装在比较开阔的地点，保证天线的覆盖效率。

● 天线在目标区域内比较均匀的分布。

考虑到空间损耗和系统特征，设计一个天线的覆盖距离时，如果需要达到理想的传输速率，可以参考以下原则：
● 开阔空间内，设计覆盖距离尽量不要超过30m。

● 如果天线目标区域之间有20mm左右薄墙阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。

● 如果天线与目标区域之间有较多高于1.5m的家具等阻隔时，设计覆盖距离尽量不要超过20m。

● 如果天线安装在长走廊的一端，设计覆盖距离尽量不要超过20m。

● 如果天线与目标区域之间有一个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过15m。

● 如果天线与目标区域之间有多个拐角时，设计覆盖距离尽量不要超过10m。

● 不要进行隔楼层进行覆盖。