CDMA基站室外天線解決高層建筑室內(nèi)覆蓋問題探討

劉 陽，辛煒博，吳章成（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海200050）

前言

隨著上海電信移動(dòng)網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，客戶數(shù)量穩(wěn)步增長。特大型城市普遍存在著立體覆蓋問題。高層覆蓋狀況不僅直接影響著用戶通信質(zhì)量和主觀感受，對CDMA網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也起到至關(guān)重要的作用。

面對高層覆蓋問題，統(tǒng)一化的覆蓋方式已很難跟上城市化的建設(shè)速度。在滿足用戶感知度要求的前提下，用多樣化的覆蓋方式解決特定場景的覆蓋問題，不僅能降低建設(shè)成本、縮短建設(shè)周期、提高響應(yīng)速度，還可大幅降低維護(hù)成本。室外優(yōu)化天線選型就是其中的一種方式。

1 高層覆蓋的解決辦法

1.1 常見的高層覆蓋問題

常見的高層覆蓋問題主要有弱覆蓋和導(dǎo)頻污染2個(gè)方面。其中：弱覆蓋是指手機(jī)的Ec/Io≤-12 dB、反向Tx_Power≥15 dBm、前向 RSSI≤-90 dBm，經(jīng)常造成接入困難和掉話；導(dǎo)頻污染是指在一般情況下，手機(jī)的Ec/Io為-9~-14 dB且導(dǎo)頻數(shù)量在4個(gè)或以上。導(dǎo)頻污染極易引起通話狀態(tài)下的頻繁切換，導(dǎo)致掉話并浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源。

1.2 常見的解決方法

解決高層室內(nèi)覆蓋問題的常見方法有以下幾種。

a）無室分系統(tǒng)優(yōu)化。主要是通過天饋參數(shù)和天線掛高優(yōu)化、小區(qū)天線分裂和天線優(yōu)化選型的方法來解決。

b）已有室分系統(tǒng)的室外宏站優(yōu)化。主要是通過天線物理參數(shù)調(diào)整、采用特殊天線、調(diào)整越區(qū)基站和調(diào)整功率開銷參數(shù)的方法來解決。

c）室內(nèi)分布整改優(yōu)化。主要是通過室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源、天線位置、結(jié)構(gòu)和天線類型等器件改造的方法來解決。

d）室內(nèi)異頻解決方案。主要是通過室內(nèi)分布系統(tǒng)采用專用頻點(diǎn)結(jié)合單區(qū)異頻、分區(qū)異頻的方法來解決。

1.3 室外天線選型對解決高層覆蓋問題的作用

在高層覆蓋問題的解決方案中，室內(nèi)分布整改優(yōu)化和室內(nèi)異頻解決2種方案的工程量大、費(fèi)用高、建設(shè)難度大，加之存在大量的無源器件，維護(hù)成本也較高。相對而言，無室分系統(tǒng)優(yōu)化和室外宏站優(yōu)化2種方式具有投資少、工程量小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，而特型天線、天線的優(yōu)化選型是其不可或缺的重要過程。因此，研討室外天線的優(yōu)化選型對解決都市高層覆蓋問題有著極其重要的意義。

2 應(yīng)用案例

下面就以上海高層覆蓋問題的解決為案例，分析室外天線的優(yōu)化選型的具體應(yīng)用。根據(jù)覆蓋樓宇的規(guī)模和覆蓋寬度，我們分別定義了單體樓高層覆蓋和成片樓高層覆蓋2種情況。

2.1 單體樓

單體樓高層覆蓋是指要覆蓋的高層樓宇為獨(dú)幢樓或連接為一體（不超過3幢）的單排樓。下面就以徐匯苑為案例，分析室外天線的選型在解決高層覆蓋問題中的應(yīng)用情況。

2.1.1總體分析

徐匯苑位于徐家匯商圈，為商業(yè)住宅樓，建筑面積25萬m2，正對上海體育場，距“2010年世博會(huì)”場館僅10 min車程，交通通暢便捷?？蛻敉对V2、3、4號樓15層以上覆蓋不良、語音斷續(xù)，數(shù)據(jù)速率，特別是EVDO速率很低。

徐匯苑周邊雖有“萬體”、“宛平南”和“華富大廈”基站，但因高層阻擋，室內(nèi)信號很弱（Ec/Io≤-10 dB，SINR≤-3 dB）、話音質(zhì)量差、經(jīng)常掉話，DO下載速率小于200 kbit/s。

針對該室內(nèi)弱覆蓋問題，采用在距2、3、4號樓約150 m的南區(qū)局樓頂安裝1副上傾天線方案來解決。徐匯苑單體樓覆蓋解決方案見圖1。

圖1 徐匯苑單體樓覆蓋解決方案

2.1.2天線選型分析

a）頻段要求。上海電信采用CDMA800系統(tǒng)，天線頻段的選擇為824~896 MHz。

b）波束寬度（覆蓋廣度要求）。天線水平、垂直波束寬度計(jì)算分別見表1、圖2和表2、圖3。

表1 天線水平波束寬度計(jì)算

圖2 天線水平波束寬度計(jì)算

表2 天線垂直波束寬度計(jì)算

c）天線增益（覆蓋深度要求）?？傮w來說，為滿足覆蓋深度要求，在滿足波束寬度要求的情況下盡量選擇大增益的天線。徐匯苑為典型的雙戶排式樓，必須穿透4層墻體才能在室內(nèi)形成有效覆蓋。根據(jù)鏈路損耗計(jì)算，天線增益必須為16.5 dB以上。天線增益計(jì)算見表3。

圖3 天線垂直波束寬度計(jì)算

表3 天線增益計(jì)算

d）其他要求?？紤]到工程實(shí)際需要，天線除滿足一般性能外，安裝尺寸應(yīng)不大于1.8 m，并采用雙極化方式。

e）天線的美化。在解決都市高層覆蓋問題的同時(shí)，考慮到高層覆蓋樓宇品質(zhì)一般較高、城市整體美觀和周邊住戶對景觀的要求，需對安裝的天線進(jìn)行必要的美化。

f）天線選型結(jié)果。根據(jù)上述分析，也為對比普通天線和特型天線的覆蓋效果，選用了如表4所示的3種天線。

2.1.3測試結(jié)果分析

a）覆蓋測試結(jié)果。所選3種天線的覆蓋、性能測試結(jié)果見表5。由表5可知：特型天線一和特型天線三能滿足覆蓋和網(wǎng)絡(luò)性能要求，普通天線二不僅不能滿足覆蓋要求，同時(shí)還導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能惡化。

b）天線控制效果測試對比。天線覆蓋控制性能對比見表6，其覆蓋控制見圖4。從天線垂直范圍控制分析來看，特型天線三的控制效果更佳，能減少對周邊和底層樓宇的覆蓋影響。

2.1.4其他方面影響

2.1.4.1覆蓋范圍控制

對徐匯苑周邊樓宇及底層道路的測試表明，該天線選型方案對覆蓋范圍控制較好，對于周邊無線環(huán)境覆蓋無明顯負(fù)面影響。

2011年9月中旬對徐匯苑周邊道路完成了1次對比測試，具體結(jié)果如下所述。

a）前向覆蓋Ec/Io。其前后對比見圖5。周邊道路Ec/Io大多在-8 dB以上，與新開站前覆蓋相當(dāng)；新開站PN 278信號到達(dá)路面已很弱，Ec/Io在-20 dB以下，說明對路面覆蓋影響很小。

b）手機(jī)的通話質(zhì)量FER。其前后對比見圖6。大部分路段的FER＜4%，語音質(zhì)量正常，與新開站之前指標(biāo)相當(dāng)；部分道路速率較慢（與新開站前指標(biāo)相當(dāng)），主要是由于處于覆蓋緣邊造成的。

表4 天線選型

表5 覆蓋、性能測試結(jié)果

表6 天線覆蓋控制性能對比

圖4 覆蓋控制

c）DO的前向覆蓋SINR。其前后對比見圖7。大部分路段的SINR在0 dB以上，載干比良好，與新開站前指標(biāo)相當(dāng)。

2.1.4.2系統(tǒng)性能影響

方案實(shí)施后1周內(nèi)，各項(xiàng)性能指標(biāo)平穩(wěn)，話務(wù)量略有增長，未出現(xiàn)明顯波動(dòng)。性能指標(biāo)前后對比見表7。由表7可知，扇區(qū)的呼叫建立成功率及業(yè)務(wù)信道掉話率等均有所改善。

2.1.5結(jié)論分析

天線優(yōu)化選型對覆蓋效果有著密切的關(guān)聯(lián)影響。細(xì)致縝密的天線選型，對于覆蓋效果的控制起到至關(guān)重要的作用。

a）采用上揚(yáng)的特型天線覆蓋方案，對解決特定場景單體樓的高層覆蓋效果明顯，能有效地解決室內(nèi)覆蓋問題、提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、改善用戶感受。

b）采用這種方案不僅能解決高層覆蓋問題，同時(shí)配合特型天線的使用能很好地控制覆蓋范圍，減少對周邊樓宇和底層的影響。

c）不同類型和廠家天線的電氣實(shí)測性能與標(biāo)稱值均存在不同的差異，對每個(gè)場景的方案設(shè)計(jì)均應(yīng)以實(shí)測結(jié)果為第一判斷依據(jù)。

d）方案整體相對簡單，建設(shè)及維護(hù)成本低。

2.2 成片樓

成片樓高層覆蓋是指覆蓋的高層樓宇為多幢連成一體的單體樓或環(huán)狀回型樓。下面以上海電信中區(qū)局的西陵局為案例，分析室外天線選型在解決成片高層覆蓋問題的應(yīng)用。

西陵局位于制造局路和斜土路交口附近，高層住宅較多，室內(nèi)信號不良、用戶投訴較多。經(jīng)測試，Ec/Io≤-9 dB、SINR≤-4 dB，且導(dǎo)頻污染現(xiàn)象嚴(yán)重。

西陵局周邊有A~H 8幢回型樓，樓宇間距為60~120 m?？紤]到周邊樓宇間距及建站條件等因素，采用了以下覆蓋解決方案。

a）在小區(qū)中心位置新建BBU+RRU基站。

b）采用4RRU或1RRU+3光放方式，新增4個(gè)扇區(qū)，用4幅特型天線分別覆蓋A樓（32層、高110 m）、B、C、D 樓（30 層、高 100 m）；考慮到 E~H 樓室內(nèi)信號強(qiáng)度和周邊基站的影響，以反射信號和旁瓣進(jìn)行覆蓋。

c）覆蓋高度為15層以上，覆蓋深度要求為4層墻體的穿透有效覆蓋。

圖6 通話質(zhì)量FER前后對比

表7 性能指標(biāo)前后對比

d）天線選型參照單體樓方式。

目前，西陵局成片樓方案正在實(shí)施中。從初步測試的結(jié)果來看，A~D主覆蓋樓宇的室內(nèi)信號覆蓋正常，語音質(zhì)量和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下載速率滿足用戶要求，效果良好。

3 結(jié)束語

從以上2案例不難看出,采用室外特型天線解決特定場景的都市高層覆蓋問題具有明顯優(yōu)勢：較建設(shè)和改造室內(nèi)分布系統(tǒng)具有工程量小、投資少、成效快的特點(diǎn)；可省去與物業(yè)等部門的大量溝通協(xié)調(diào)工作，實(shí)施難度較??；覆蓋效果良好，能很好地滿足高層室內(nèi)覆蓋要求，減少用戶投訴、提高用戶感受，同時(shí)對周邊樓宇和低層樓宇的覆蓋影響較小。當(dāng)然，該方式并不適用于所有高層覆蓋案例，例如經(jīng)貿(mào)大廈等超高、超大型獨(dú)立建筑及不規(guī)則寬體樓宇等通過傳統(tǒng)的室內(nèi)分布來解決，效果更加理想。

圖7 DO前向覆蓋SINR前后對比

在后續(xù)的探索中，我們將通過具體案例不斷積累和完善，根據(jù)樓宇分類制訂出一套高層室內(nèi)覆蓋解決策略、分析思路及實(shí)施步驟，逐步固化高層室內(nèi)覆蓋解決流程。同時(shí)，通過對天線選型的優(yōu)化分析、信息收集，完善適用于高層室內(nèi)覆蓋的天線資料庫，為以后都市高層覆蓋問題的解決積累經(jīng)驗(yàn)。

筆者認(rèn)為，采用室外特型天線，利用室外信號解決都市高層室內(nèi)覆蓋問題的方案，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中具有現(xiàn)實(shí)可行性，能解決一些特殊場景的高層覆蓋問題，是高層覆蓋解決方法的重要補(bǔ)充。