淺析移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)、外小區(qū)聯(lián)合規(guī)劃設(shè)計(jì)的必要性

文 楊磊 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司北京分公司

現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展導(dǎo)致城市的移動(dòng)通信的無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境復(fù)雜，尤其是室外站點(diǎn)天線(xiàn)掛的過(guò)高穿透到高層建筑內(nèi)的通信覆蓋區(qū)域，引起越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致室內(nèi)小區(qū)資源閑置而室外站點(diǎn)資源不足等問(wèn)題，本文將以某市區(qū)的GSM網(wǎng)絡(luò)部分室內(nèi)CQT測(cè)試深入分析由于室內(nèi)、外站點(diǎn)獨(dú)立規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)小區(qū)的載頻資源利用率的影響，導(dǎo)致室內(nèi)切換區(qū)域復(fù)雜，總體網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是目前提供移動(dòng)通信服務(wù)的主要網(wǎng)絡(luò)，在高樓林立的大、中城市GSM網(wǎng)絡(luò)主要由解決室外覆蓋的室外宏站和補(bǔ)充室外覆蓋不足、解決深度覆蓋的室內(nèi)分布系統(tǒng)組成，GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天容量受限，可通過(guò)合理地重復(fù)利用這種不可多得的載頻來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)容量，但某移動(dòng)公司通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)部分室外站點(diǎn)、室內(nèi)分布系統(tǒng)的載頻容量較低，如何有效利用網(wǎng)絡(luò)載頻資源提升其載頻利用率？

本文結(jié)合對(duì)部分區(qū)域?qū)嶋H現(xiàn)網(wǎng)CQT呼叫撥打測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果和移動(dòng)通信室內(nèi)外通信原理的深入分析，給出今后移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)室內(nèi)外聯(lián)合規(guī)劃設(shè)計(jì)的必要性和指導(dǎo)性建議，供實(shí)際室內(nèi)、外網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作參考。

圖1 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)外通信站點(diǎn)關(guān)系示意圖

本文組織結(jié)構(gòu)如下：首先對(duì)GSM網(wǎng)絡(luò)原理和小區(qū)功率、鄰區(qū)設(shè)置與業(yè)務(wù)切換的關(guān)系進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上分析目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)、室外規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)劃分模式，第三對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的部分區(qū)域的CQT撥打測(cè)試結(jié)果進(jìn)行深入分析，闡述所存在問(wèn)題及其導(dǎo)致的原因，以此證明其傳統(tǒng)的室內(nèi)、外站點(diǎn)的覆蓋分別設(shè)計(jì)的所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，給出室內(nèi)、外站點(diǎn)的覆蓋聯(lián)合設(shè)計(jì)的必要性，以供實(shí)際工作中參考。

一般移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)、外站點(diǎn)工作的原理

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的主要網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖1所示，由核心網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)組成，其核心網(wǎng)包括承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)的移動(dòng)交換機(jī)和承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的設(shè)備組成，而無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)由控制管理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的基站控制器、基站設(shè)備和手機(jī)終端設(shè)備組成。隨著現(xiàn)代化城市的快速發(fā)展，大中城市愈來(lái)愈多高層建筑，導(dǎo)致城區(qū)的室外無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳播衰耗增大引起室內(nèi)通信質(zhì)量較差，因此采用作為延伸覆蓋的主要手段之一的室內(nèi)分布系統(tǒng)解決高樓大廈內(nèi)的移動(dòng)終端手機(jī)通信。

室內(nèi)分布系統(tǒng)是針對(duì)室內(nèi)用戶(hù)群、用于改善建筑物內(nèi)移動(dòng)通信環(huán)境的一種成功的方案。是利用室內(nèi)天線(xiàn)分布系統(tǒng)將移動(dòng)基站的信號(hào)均勻分布在室內(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。室內(nèi)分布系統(tǒng)是基站和微蜂窩的補(bǔ)充和延伸，有不能被基站和直放站所代替，是大都市中移動(dòng)通信不可缺少的組成部分。室內(nèi)分布系統(tǒng)信號(hào)源包括.宏蜂窩信源、微蜂窩信源、射頻拉遠(yuǎn)信源及直放機(jī)信源，信號(hào)源需要綜合考慮目標(biāo)樓宇的覆蓋和容量要求，按照不同類(lèi)型目標(biāo)樓宇的要求選擇對(duì)應(yīng)的信源；室內(nèi)分布系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)包括同軸電纜、光纖、泄漏電纜；室分的元器件包括無(wú)源和有源兩種，無(wú)源器件通常包括功分器和耦合器，有源器件包括干放等設(shè)備；室分系統(tǒng)還包括分布在室內(nèi)各個(gè)角落的天線(xiàn)。

圖2 室內(nèi)、外站點(diǎn)覆蓋及室外站點(diǎn)信號(hào)對(duì)室內(nèi)通信區(qū)域影響示意圖

圖3 第10層樓道內(nèi)分布天線(xiàn)出口功率及樓道內(nèi)覆蓋測(cè)試結(jié)果示意圖

室外站點(diǎn)主要包括負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)手機(jī)信號(hào)的基站設(shè)備、完成收發(fā)的架設(shè)在鐵塔或高層建筑物上的室外天線(xiàn)及其饋線(xiàn)系統(tǒng)；通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)室外天線(xiàn)的掛高、天線(xiàn)增益、通信方位角、天線(xiàn)下傾角及發(fā)送功率等來(lái)滿(mǎn)足每個(gè)室外基站的覆蓋范圍及容量的需求。

小區(qū)功率、鄰區(qū)設(shè)置與業(yè)務(wù)切換的關(guān)系

不同的通信廠家的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)其小區(qū)鄰區(qū)關(guān)系設(shè)置算法模型及其就原理大同小異，但不完全一樣，以諾基亞的GSM為例，在GSM網(wǎng)絡(luò)中BTS/MS的信號(hào)功率大小、鄰區(qū)關(guān)系是決定手機(jī)是否切換的主要因素之一，下面是在諾基亞的GSM設(shè)備中基于“功率預(yù)算“切換公式

AV-RXLEV-NCELL(n )：手機(jī)在相鄰小區(qū)所能接收的平均信號(hào)電平；

rxLevMinCell(n )：手機(jī)在相鄰小區(qū)所能接收的最小信號(hào)電平；

msTxPwrMax(n )：允許手機(jī)在相鄰小區(qū)的一個(gè)信道上使用RF最大發(fā)射功率，BSC內(nèi)部，

msTxPwrMax：允許手機(jī)在當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的一個(gè)信道上使用RF最大發(fā)射功率；

其中：

PBGT=(msTxPwrMax-AV_RXLEV_DL_HO-(btsTxPwrMax-BTS_TxPwr))-(msTxPwrMax(n )-AV_RXLEV_NCELL(n ))

AV_RXLEV_DL_HO：手機(jī)所在服務(wù)小區(qū)的平均接收信號(hào)電平

btsTxPwrMax：手機(jī)所在服務(wù)基站的最大發(fā)射功率

BTS_TxPwr：手機(jī)所在服務(wù)基站的基站當(dāng)前的發(fā)射功率

hoMarginPBGT(n )：用于防止鄰近小區(qū)之間的頻繁切換

由上述公式可知，當(dāng)手機(jī)測(cè)量到周?chē)^(qū)信號(hào)強(qiáng)度足夠強(qiáng)、且系統(tǒng)中設(shè)置為鄰區(qū)關(guān)系，就促使手機(jī)從原始小區(qū)切換到鄰小區(qū)上。

目前室內(nèi)、外小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)狀況及部分室內(nèi)業(yè)務(wù)質(zhì)量測(cè)試結(jié)果分析

傳統(tǒng)的室內(nèi)和室外的通信隔離主要由穿透損耗較大的墻壁隔離，因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)階段室內(nèi)室外獨(dú)立規(guī)劃設(shè)計(jì)，包括“室外無(wú)線(xiàn)站點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)”、“室內(nèi)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)”。

室外站點(diǎn)的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要滿(mǎn)足室外用戶(hù)的覆蓋和容量需求如圖2所示，所需設(shè)計(jì)的主要包括天線(xiàn)的掛高、天線(xiàn)下傾角、發(fā)送功率等。而室內(nèi)覆蓋設(shè)計(jì)主要涉及其分布天線(xiàn)位置、發(fā)送功率大小、器件及饋線(xiàn)的選擇等，以便達(dá)到讓在室內(nèi)的用戶(hù)通過(guò)室內(nèi)小區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)獲取相應(yīng)的服務(wù)。

但高層建筑內(nèi)各種障礙物及其相對(duì)位置的變化導(dǎo)致其無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境較為復(fù)雜，下面是不同的墻壁材料對(duì)電波傳播的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)值：

?

玻璃對(duì)電磁波的損耗較小，遠(yuǎn)小于其樓房?jī)?nèi)的鋼筋混凝土墻壁對(duì)電磁波的損耗，這就導(dǎo)致室外站點(diǎn)的信號(hào)很容易通過(guò)窗口等穿透到室內(nèi)部分區(qū)域，室內(nèi)部分區(qū)域有多個(gè)室外小區(qū)信號(hào)使其室內(nèi)的無(wú)線(xiàn)環(huán)境更加復(fù)雜，當(dāng)手機(jī)所在室內(nèi)區(qū)域的室外信號(hào)滿(mǎn)足前面切換要求時(shí)手機(jī)就發(fā)生切換到室外站點(diǎn)，由于手機(jī)用戶(hù)的移動(dòng)性加之多個(gè)遠(yuǎn)處室外小區(qū)信號(hào)進(jìn)入室內(nèi)區(qū)域，若鄰區(qū)關(guān)系設(shè)置不當(dāng)，就易于使手機(jī)切換失敗，同時(shí)引起室外小區(qū)超忙、室內(nèi)小區(qū)超閑這種現(xiàn)象，導(dǎo)致整體網(wǎng)絡(luò)資源利用率下降、投資嚴(yán)重浪費(fèi)。

圖3是某市區(qū)內(nèi)一具有室內(nèi)分布系統(tǒng)的高樓內(nèi)第10層樓的室內(nèi)分布信號(hào)及CQT呼叫撥打測(cè)試結(jié)果及其分析，該樓內(nèi)的小區(qū)的CELLID為20926（BCCH35），該房間的外面有室外站點(diǎn)A和室外站點(diǎn)B等小區(qū)：

圖4 1009房間關(guān)門(mén)且從位置2開(kāi)機(jī)測(cè)試時(shí)的小區(qū)選擇及切換狀況示意圖

圖5 1009房間關(guān)門(mén)開(kāi)機(jī)測(cè)試時(shí)手機(jī)測(cè)的各個(gè)小區(qū)BCCH信號(hào)強(qiáng)度示意圖

第10層樓道內(nèi)天線(xiàn)出口功率及其樓道內(nèi)的實(shí)際接收信號(hào)強(qiáng)度如圖3所示，由6個(gè)室內(nèi)分布天線(xiàn)，且天線(xiàn)的出口功率達(dá)到了大約-20dBm，其樓道內(nèi)的接收信號(hào)強(qiáng)度最小也達(dá)到了-55dBm，根據(jù)相關(guān)電磁環(huán)保對(duì)人身健康影響規(guī)定其室內(nèi)信號(hào)覆蓋設(shè)計(jì)不能再增大了，否則引起人身健康問(wèn)題。

當(dāng)對(duì)位于圖4中右上角的第十層樓內(nèi)的0509房間關(guān)門(mén)測(cè)試，從圖4中所示位置開(kāi)機(jī)測(cè)試時(shí)的小區(qū)先選擇到室內(nèi)20926小區(qū)(BCCH35)但隨著手機(jī)位置的移動(dòng)，呼叫撥打中切換到BCCH526小區(qū)和BCCH28小區(qū)，所測(cè)室內(nèi)BCCH35、BCCH526小區(qū)和BCCH28小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度如圖5所示：

在關(guān)門(mén)情況下掃頻儀測(cè)量的各個(gè)BCCH載頻的信號(hào)強(qiáng)度和手機(jī)測(cè)量的各個(gè)BCCH載頻的信號(hào)強(qiáng)度大小一致反映出：

測(cè)量的室內(nèi)20926小區(qū)(BCCH35)接收信號(hào)強(qiáng)度基本上大于-80dBm，滿(mǎn)足室內(nèi)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，根據(jù)根據(jù)相關(guān)電磁環(huán)保對(duì)人身健康影響規(guī)定其室內(nèi)信號(hào)覆蓋設(shè)計(jì)不能再增大了，否則引起人身健康問(wèn)題。

在室內(nèi)部分區(qū)域其室外鄰區(qū)信號(hào)強(qiáng)度大，手機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)雖然選擇駐留到室內(nèi)小區(qū)，隨著手機(jī)位置移動(dòng)，室內(nèi)信號(hào)漸弱，手機(jī)呼叫過(guò)程中切換到其鄰區(qū)，后來(lái)隨著手機(jī)位置的移動(dòng)即使室內(nèi)小區(qū)的信號(hào)再次較強(qiáng)，由于切換控制參數(shù)的設(shè)置，也無(wú)切換回到室內(nèi)小區(qū)通話(huà)。

由上可知，分別規(guī)劃設(shè)計(jì)室內(nèi)站點(diǎn)、室外站點(diǎn)的覆蓋導(dǎo)致室內(nèi)站點(diǎn)資源不能充分利用而閑置，室外站點(diǎn)資源緊張而超忙，網(wǎng)絡(luò)的總體資源的利用率下降。

結(jié)論

綜上所述，由于室外站點(diǎn)的越區(qū)覆蓋和高樓大廈內(nèi)的復(fù)雜的無(wú)線(xiàn)傳播環(huán)境，導(dǎo)致室內(nèi)的資源不能充分利用，進(jìn)而引起網(wǎng)絡(luò)總體資源利用率下降，而GSM的無(wú)線(xiàn)頻譜資源是不可多得的稀缺資源。由此可見(jiàn)室內(nèi)、外站點(diǎn)通信相輔相成不能違背移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)這一客觀原理，室內(nèi)、外站點(diǎn)覆蓋設(shè)計(jì)不能獨(dú)立隔離進(jìn)行，需要室內(nèi)、外站點(diǎn)覆蓋聯(lián)合規(guī)劃設(shè)計(jì)。