高層樓宇室內(nèi)覆蓋解決方案淺析

楊非

（河南省信息咨詢設(shè)計(jì)研究有限公司 河南 鄭州 450008）

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過多年的高速發(fā)展，目前對道路、普通樓宇的覆蓋效果已較為理想。但隨著城市的快速發(fā)展，高層樓宇的室內(nèi)覆蓋問題日益突出。

在傳統(tǒng)的組網(wǎng)方式中，城市地區(qū)基站天線高度一般在30 m左右，而高層建筑高度往往在60 m以上。由于高層樓宇樓層高度基本都在20～30層之間，且較為密集。一方面高層接收到的信號(hào)沒有遮擋，另一方面信號(hào)強(qiáng)度多在－65～－50 dbm之間，大量的CQT測試和現(xiàn)場DT發(fā)現(xiàn)建筑物高層信號(hào)雜亂，切換頻繁，乒乓效應(yīng)、孤島效應(yīng)嚴(yán)重，在一些超高層地區(qū)也會(huì)出現(xiàn)無覆蓋的情況。同時(shí)由于高層樓宇的密集分布，對信號(hào)的互相阻擋增加了新的陰影區(qū)域，造成部分樓宇側(cè)面樓層或底層信號(hào)較弱。在高層建筑和地下室等地方，多采用室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋[1]。

1 高層覆蓋方式

高層樓宇的覆蓋一般采用室外覆蓋室內(nèi)、高層樓宇建設(shè)分布系統(tǒng)兩種方法。

1.1 采用室外覆蓋室內(nèi)

對于高層樓宇室內(nèi)覆蓋可以根據(jù)周邊建筑物的情況，結(jié)合高層樓宇本身的建筑特型，采用板狀天線進(jìn)行室外覆蓋室內(nèi)的覆蓋方式。在這種情況下，對室外天線的角度、類型、與需要覆蓋樓宇的距離、天線的安裝位置、天線功率等進(jìn)行仔細(xì)慎重的考慮，既要解決高層樓宇的覆蓋，又避免對其他基站造成干擾。

1.1.1 覆蓋場強(qiáng)

通常，從室外往室內(nèi)覆蓋會(huì)經(jīng)過空間損耗、玻璃窗損耗、信號(hào)折射損耗、墻體損耗等，因此建立一個(gè)場強(qiáng)估算式子：

其中：RXL為接受電平，Pi為信號(hào)源輸出功率，Gant為天線增益，Lk為空間損耗，Lb為玻璃損耗，Lz為折射損耗，Lq為墻體損耗。

圖1 室外覆蓋室內(nèi)示意圖Fig.1 Coverage of signals in out-door area

1）自由空間損耗

對移動(dòng)通信而言，當(dāng)電波傳輸距離很小且為直射波，例如在室內(nèi)環(huán)境下，其傳輸損耗非常接近自由空間的損耗情況[2]，其計(jì)算公式為：

式中d為傳輸距離，單位為m，f為電波頻率，單位為Hz，c 為光速。

用對數(shù)表示為:

代入上式可得不同距離的損耗，單位為dB。

2）穿透損耗表

表2 穿透損耗表Tab.2 Penetrating loss of buildings

3）信號(hào)折射損耗

信號(hào)折射損耗=靠窗邊的場強(qiáng)-里面的場強(qiáng)（無其他物體阻擋的情況下）一般折射損耗為5～20 dB。

1.1.2 天線角度

室外天線覆蓋室內(nèi)時(shí)，需要合理規(guī)劃天線的方向角和上仰角或下傾角，使被覆蓋區(qū)域基本在覆蓋天線主瓣方向上，以保證覆蓋區(qū)域內(nèi)的場強(qiáng)足夠強(qiáng)，同時(shí)盡量較少外泄。天線方向可以選擇從低往高或從高向低外射。本文主要介紹天線方向從低往高外射。

室外覆蓋天線的水平方向角要根據(jù)覆蓋區(qū)域確定，保證覆蓋天線的主瓣主要投射在覆蓋樓宇上。

1.2 建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)

1.2.1 室內(nèi)分布系統(tǒng)介紹

室內(nèi)分布系統(tǒng)是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在建筑物內(nèi)部的延伸，是提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度和深度、吸收室內(nèi)話務(wù)和提高通信質(zhì)量的有效手段，同時(shí)也是提高網(wǎng)絡(luò)容量的有效解決方案[3]。利用室內(nèi)天線將基站的信號(hào)均勻分布到室內(nèi)每個(gè)角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋，可以較為全面地改善建筑物內(nèi)的通話質(zhì)量，提高移動(dòng)電話接通率，同時(shí)，使用微蜂窩、BBU+RRU可以分擔(dān)室外宏蜂窩話務(wù)，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，從整體上提高移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平。

1.2.2 通過室內(nèi)分布進(jìn)行全覆蓋的樓宇

一般在高層寫字樓、商場等，采用建設(shè)分布系統(tǒng)對高層樓宇進(jìn)行全面覆蓋。

1）覆蓋方式 采用BBU+RRU做為信源，無源分布系統(tǒng)進(jìn)行覆蓋。

2）天線安裝位置 天線安裝位置是讓信號(hào)在室內(nèi)盡量均勻的分布[4]。

1.2.3 通過室內(nèi)建設(shè)分布系統(tǒng)，室外板狀天線進(jìn)行覆蓋的樓宇

對于部分樓宇，比如住宅樓等采用樓層區(qū)域、電梯、地下室等區(qū)域采用室內(nèi)分布系統(tǒng)完成覆蓋。和室外自下而上覆蓋高層的天線采用同一信源，配合室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)既增加了信號(hào)覆蓋，同時(shí)減少了住宅樓用戶不必要的切換和重選。

1）分布系統(tǒng) 在樓層公共區(qū)域安裝全向吸頂天線，滿足對公共區(qū)域的覆蓋。

2）室外板狀天線的覆蓋 室外增加自下而上覆蓋高層的天線，減少住宅用戶的切換。

3）開通前后的測試結(jié)果對比

①開通前

圖2、圖3、表3是一個(gè)室內(nèi)建設(shè)分布系統(tǒng)、室外采用射燈天線覆蓋的高層住宅樓，開通前后的測試結(jié)果對比。

開通前 BCCH：92；RxLevel：-70 dBm 以上的占 25.5%，-80～-70 dBm之間的占 31.4%，-95～-80 dBm之間的占39.2%，-95 dBm 以下的占 3.9%；RxQual：0～3 級的占 68.5%，4、5級的占 15.1%，6、7級的占 16.4%。

②開通后

開 通 后 BCCH：75；RxLevel： -70 dBm 以 上 的 占99.4%，-80～70dBm之間的占 0.6%，-95～80dBm 之間的沒有，-95 dBm 以下的沒有；RxQual：0～3 級的占 98.7%，4、5 級的占0.6%，6、7級的占 0.6%，結(jié)果如圖 4、圖 5、表 4所示。

從開通前后的測試結(jié)果，可以看出通過室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)對室分覆蓋場強(qiáng)的改善。

1.3 分層小區(qū)技術(shù)引入

1.3.1 技術(shù)介紹

對于通過室內(nèi)分布進(jìn)行全面覆蓋的樓宇，引入2個(gè)小區(qū)為信源[5]，采用分層小區(qū)是解決高層建筑物的一種較為有成效的方式。分層小區(qū)解決方案的思路如下：分層在技術(shù)層面講就是將一棟樓內(nèi)的不同樓層分為不同的小區(qū)覆蓋，小區(qū)間鄰區(qū)關(guān)系設(shè)置小區(qū)A設(shè)置為底層樓層覆蓋與周邊大網(wǎng)基站小區(qū)為雙向鄰區(qū)，小區(qū)B為高層小區(qū)覆蓋與小區(qū)A設(shè)置雙向鄰區(qū)，與其他小區(qū)無鄰區(qū)關(guān)系。

1.3.2 測試結(jié)果

1）在下層小區(qū)測試結(jié)果

在1F測試結(jié)果：無論是分層小區(qū)還是不分層的小區(qū)，在下層都與周邊的基站存在切換關(guān)系，如圖6所示，其中BCCH=0和BCCH=124都為室內(nèi)分布的所用頻點(diǎn)，都與周邊的基站存在鄰區(qū)關(guān)系。

圖2 開通前覆蓋強(qiáng)度測試圖Fig.2 Coverage testing before operation

圖3 開通前覆蓋強(qiáng)度分析圖Fig.3 Coverage analysis before operation

表3 開通前覆蓋場強(qiáng)統(tǒng)計(jì)分析表Tab.3 Statistics of field strength before operation

圖4 開通后覆蓋強(qiáng)度測試圖Fig.4 Coverage testing after operation

2）在高層小區(qū)測試結(jié)果

分層小區(qū)在高層小區(qū)只與低層小區(qū)存在切換關(guān)系，從而不會(huì)產(chǎn)生乒乓效應(yīng)；而不分層小區(qū)在高層，靠近窗邊容易切換到較強(qiáng)室外信號(hào)上，如圖7所示：BCCH=1021小區(qū)為樓宇的上層小區(qū)。BCCH=671的小區(qū)是大網(wǎng)小區(qū)信號(hào)，已切換到室外信號(hào)上。

分層小區(qū)覆蓋建筑高層CELL2區(qū)域需要良好的覆蓋效果，完成樓內(nèi)全面覆蓋，否側(cè)會(huì)出現(xiàn)弱覆蓋區(qū)域。

圖5 開通后覆蓋強(qiáng)度分析圖Fig.5 Coverage analysis after operation

表4 開通后覆蓋場強(qiáng)統(tǒng)計(jì)分析表Tab.4 Statistics of field strength after operation

圖6 在1F測試結(jié)果Fig.6 Testing results in the ground floor

2 結(jié)束語

高層樓宇室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不僅是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)，同時(shí)與用戶的感知度密切相關(guān)。本文結(jié)合相關(guān)高層樓宇網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋經(jīng)驗(yàn)，提出采用板狀天線建設(shè)室外覆蓋室內(nèi)、高層樓宇建設(shè)分布系統(tǒng)的方法。只有結(jié)合自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和建設(shè)模式因地制宜，選擇合適自身的建設(shè)模式，才能進(jìn)一步有效提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和客戶體驗(yàn)[6]，增強(qiáng)競爭力。

圖7 在19F測試結(jié)果Fig.7 Testing results in the 19th floor

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