面向高層住宅小區(qū)的可實(shí)施性解決方案

劉寶良+劉宏濤

【摘要】 本文主要是本著提高投資效率的原則，針對中國聯(lián)通唐山分公司對唐城101高層住宅小區(qū)采用了諸多創(chuàng)新性、可實(shí)施性的覆蓋手段，分別從實(shí)地測試、理論分析、后期優(yōu)化調(diào)整等角度入手，最終成功實(shí)現(xiàn)了唐城101高層住宅小區(qū)的整體覆蓋。

【關(guān)鍵詞】 整體覆蓋 全覆蓋區(qū) 薄覆蓋區(qū)

一、概述

中國聯(lián)通唐山分公司針對高層住宅小區(qū)信號覆蓋可實(shí)施性的專題技術(shù)方案。重點(diǎn)解決高層住宅小區(qū)出現(xiàn)的弱覆蓋、頻繁掉話、無法接通和話音斷續(xù)等現(xiàn)象，并結(jié)合實(shí)際情況制定了相應(yīng)的優(yōu)化方案。

1.1高層住宅小區(qū)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層住宅小區(qū)越來越普遍。用宏站覆蓋方式、傳統(tǒng)室分方式都無法實(shí)現(xiàn)有效覆蓋，需要采用創(chuàng)新性并且具有可實(shí)施性的技術(shù)方案加以解決。

1.2高層住宅小區(qū)不同區(qū)域的覆蓋需求

根據(jù)用戶感知系統(tǒng)及使用環(huán)境分析，確認(rèn)電梯、電梯廳、地下室等區(qū)域能打電話即可。該區(qū)域?qū)π盘柛采w要求不高，達(dá)到薄覆蓋即可，屬薄覆蓋區(qū)；而小區(qū)樓間場地、室內(nèi)臥室、客廳等區(qū)域?qū)φZ音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求較高，因此也對信號覆蓋質(zhì)量提出了更高的要求，該區(qū)域?qū)偃采w區(qū)。

1.3高層住宅小區(qū)覆蓋方案的主體思想

方案的主體思想：重點(diǎn)解決全覆蓋區(qū)，兼顧解決薄覆蓋區(qū)；提高投資效率；方便協(xié)調(diào)、可實(shí)施性強(qiáng)；可維護(hù)性強(qiáng)的原則。

1.4高層住宅全覆蓋區(qū)的覆蓋方案

高層住宅樓宇內(nèi)，能夠安裝天線的點(diǎn)位只能在入室門外的電梯廳。因受電梯廳環(huán)境影響，導(dǎo)致天線選型困難，很難選擇增益較大的天線。另外墻體及入室門穿透損耗大，致使無線信號入室后電平值過小，室內(nèi)大部區(qū)域處于弱覆蓋或無覆蓋的狀態(tài)，用戶體驗(yàn)不好，因此這個建設(shè)思路排除。

采用在樓宇外部加天線的方法來實(shí)現(xiàn)全覆蓋區(qū)（小區(qū)內(nèi)樓間場地、居民室內(nèi)）的整體覆蓋。這種建設(shè)思路為什么能夠?qū)崿F(xiàn)：首先室外天線增益范圍可選擇性大，安放位置相對靈活，其次信號的路徑損耗相對較?。ㄈ胧仪暗膫鞑ヂ窂绞强諝?玻璃、玻璃的傳播損耗僅6dB），信號入室后經(jīng)反射、散射、繞射后達(dá)到了增強(qiáng)室內(nèi)各區(qū)域信號的目的。具體實(shí)現(xiàn)策略：（1）樓宇高層區(qū)域的覆蓋采用在樓頂安裝天線進(jìn)行樓宇間對打的方式實(shí)現(xiàn)，天線選型上建議采用射燈天線，該種天線便于協(xié)調(diào)安裝、可實(shí)施性強(qiáng)、隱蔽性強(qiáng)、下傾角容易調(diào)整，并且相關(guān)線纜通過弱電井引入非常便利。（2）安裝覆蓋樓宇中低層區(qū)域的天線是個難題，曾考慮過使用路燈型全向美化天線、仿真樹美化天線來實(shí)現(xiàn)中低層區(qū)域的覆蓋，論證效果不錯，但其協(xié)調(diào)難度大、成本造價(jià)高及運(yùn)營成本高致使這種方案不具備普遍性。通過對高層小區(qū)的實(shí)地觀察，發(fā)現(xiàn)基本上每棟樓的單元門口頂部都有一處小平臺，天線在此處安裝能夠較好地實(shí)現(xiàn)對面樓宇中低層區(qū)域的覆蓋，同時(shí)該位置平時(shí)不引人矚目、隱蔽性強(qiáng)、可實(shí)施性強(qiáng)。還有相關(guān)線纜可從墻外打孔引入樓梯間，然后沿墻邊角引入弱電井，施工方便。因此在單元門口頂部安裝天線是天線位置的首選，天線選型上建議也采用射燈天線。另外在高層住宅小區(qū)外圍通常有幾棟低層商務(wù)樓宇，在其樓頂安裝天線也是一個不錯的選項(xiàng)，其難點(diǎn)是線纜引入不容易實(shí)現(xiàn)。（3）上述天線發(fā)射信號后經(jīng)過反射、散射、繞射就可實(shí)現(xiàn)小區(qū)樓間場地內(nèi)信號的良好覆蓋，因此在方案設(shè)計(jì)時(shí)不刻意考慮該區(qū)域的信號覆蓋。

唐城101小區(qū)共三棟樓宇，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)樓內(nèi)通話質(zhì)量較差，樓間場地信號較弱，需要對該小區(qū)進(jìn)行整體覆蓋。按上述思路在樓外安裝射燈天線的方式實(shí)現(xiàn)全覆蓋區(qū)（小區(qū)樓外場地、室內(nèi)）的整體覆蓋，射燈天線安裝位置及發(fā)射方向如圖1和圖2：

圖1、圖2體現(xiàn)了通過在樓宇外部安裝射燈天線的方式實(shí)現(xiàn)全覆蓋區(qū)的整體覆蓋：在樓頂和單元門廳頂部均安放射燈天線來實(shí)現(xiàn)樓宇間無線信號的對打，樓頂?shù)纳錈籼炀€主要覆蓋對面樓宇的高層區(qū)域；樓下的射燈天線安裝在單元門廳頂部和二層貨房處，主覆蓋樓宇的中低層區(qū)域；經(jīng)過上述天線的反射、散射、繞射可實(shí)現(xiàn)樓間場地信號的良好覆蓋。

1.5方案中所用射燈天線輸入口功率

本站點(diǎn)建設(shè)的是3G（U2100M）+4G（L1800M）網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)理論分析和實(shí)測發(fā)現(xiàn)，在方案中當(dāng)樓層（如102號樓的高層區(qū)）主要由兩側(cè)射燈信號覆蓋時(shí)，須保證剛剛進(jìn)入室內(nèi)后3G信號RSCP大于-60dBm、4G信號RSCP大于-75dBm，就能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)95%以上區(qū)域3G和4G信號的有效覆蓋；當(dāng)相關(guān)樓層（如101、103號樓的全部樓層、102號樓的中低層）主要由一側(cè)射燈信號覆蓋時(shí)，須保證剛剛進(jìn)入室內(nèi)3G信號RSCP大于-60dBm、4G信號RSCP大于-75dBm，再綜合宏站等其它信號的覆蓋，也能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)95%以上區(qū)域3G和4G信號的有效覆蓋，并有較好的用戶體驗(yàn)。

在唐城101全覆蓋區(qū)的方案中，信號從天線發(fā)出到進(jìn)入室內(nèi)是主要的傳播路徑，傳播介質(zhì)主要是空氣和玻璃。信號的路徑損耗計(jì)算公式：

LP=32.5+20logf+20logd+pWi

LP：路徑損耗，單位dB；f：工作頻率，單位MHz；d：天線到對面樓墻壁的距離，單位km；

p：電波傳輸穿透的墻壁數(shù)，建議值為1；Wi：墻壁損耗因子，單位dB，建議值20dB。

唐城101小區(qū)樓間距約為60米，樓高約96米。計(jì)算分析后，確認(rèn)覆蓋低層和高層射燈天線的主瓣方向的傳播距離約62米，覆蓋中層射燈天線的主瓣方向的傳播路徑約77米。玻璃的傳播損耗為6dB.將上述參數(shù)代入路徑損耗公式，可得：（1）高層和低層：3G路徑損耗 LP≈81db， 4G路徑損耗 LP≈79db 。（2）中層：3G路徑損耗 LP≈83db， 4G路徑損耗 LP≈81db 。

要使室內(nèi)95%以上區(qū)域?qū)崿F(xiàn)信號的有效覆蓋，綜合上述分析，輸入功率P=剛?cè)胧液笮盘朢SCP值+路徑損耗-天線增益。（1）主要覆蓋102號樓高層的射燈天線的輸入功率：3G： P=-60+81-14=7dbm， 4G： P=-75+79-14=-10dbm。（2）主要覆蓋101、103號樓低層和102號樓低層的射燈天線的輸入功率：3G： P=-60+81-14=7dbm， 4G： P=-75+79-14=-10dbm。（3）主要覆蓋101、102、103號樓中層的射燈天線的輸入功率：3G： P=-60+83-14=9dbm， 4G： P=-75+81-14=-8dbm。

1.6高層住宅薄覆蓋區(qū)的覆蓋方案

電梯廳、樓道、電梯和地下室都屬薄覆蓋區(qū)，在上述方案對全覆蓋區(qū)覆蓋時(shí)，也基本實(shí)現(xiàn)了對電梯廳、樓道的薄覆蓋。現(xiàn)在只需考慮對電梯和地下室的覆蓋。

1.7電梯的覆蓋方案

在對電梯轎廂的常規(guī)覆蓋方式中，是在電梯井道內(nèi)每隔15米安裝一個對數(shù)周期天線。該方式的優(yōu)點(diǎn)是信號分布均勻、但協(xié)調(diào)難度大、工程造價(jià)高、施工周期長、故障節(jié)點(diǎn)多和維護(hù)難度高。為克服常規(guī)覆蓋方式的缺點(diǎn)，由此對本小區(qū)電梯的覆蓋方式進(jìn)行了改進(jìn)，在電梯井道的頂部直接安裝一個 600*290mm的定向板狀天線，來實(shí)現(xiàn)對電梯轎廂內(nèi)部的覆蓋。該方式優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)大幅下降、施工周期短、故障節(jié)點(diǎn)少和維護(hù)難度低，缺點(diǎn)是信號分布不均勻，但對語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)影響不大，用戶感知良好。兩種覆蓋方式見圖3 。

唐城101小區(qū)電梯高度將近100米，電梯吊箱穿透損耗約30db，W網(wǎng)信號最大路徑損耗是：LP=32.5+20logf+20logd+ pWi=32.5+20*log2100+20log0.1+30=109dB。所選600*300mm定向板狀天線增益是14db，為保證手機(jī)接收效果，定向板狀天線3G輸入功率 P=9dbm、4G輸入功率 P=-7dbm。

覆蓋電梯的定向板狀天線輸入功率是由連接樓頂射燈天線的設(shè)備提供，不需要額外增加設(shè)備。

1.8地下室的覆蓋方案

方案中單元門廳頂部射燈天線是經(jīng)過饋線與設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的，如圖4所示。路徑是饋線從墻外打孔引入樓梯間，然后沿墻邊角引入弱電井，再引入地下室通道。在有效利用射燈天線所配設(shè)備的前提下，只需在地下室布放一些全向吸頂天線和定向板狀天線，就能實(shí)現(xiàn)地下室區(qū)域的薄覆蓋，不需額外增加太多的投入。

二、小區(qū)規(guī)劃及效果驗(yàn)證

2.1設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了保證上述覆蓋方式，共設(shè)計(jì)6臺RRU設(shè)備覆蓋該小區(qū)，其中在每棟樓的樓頂各安裝1臺RRU，覆蓋高層區(qū)域及電梯，在每棟樓的低層區(qū)域弱電井內(nèi)各安裝1臺RRU覆蓋中低層區(qū)域及地下室。另外，為節(jié)省光纜資源，如果一棟樓里有2臺RRU，可將2個RRU進(jìn)行級聯(lián)。拓?fù)鋱D見圖5：

如圖5所示，RRU2與RRU3同時(shí)安裝在102號樓，即可從BBU處布放一條光纜至RRU2處，再從RRU2處向RRU3處布放一條光纜，這樣就節(jié)省了BBU與RRU2之間的2芯光纜資源。

2.2小區(qū)合并

由于該小區(qū)室外及平層覆蓋全部采用射燈天線對打方式，在公共區(qū)域勢必會造成重疊覆蓋，對小區(qū)之間造成干擾，影響信號質(zhì)量。

因此，需要對唐城101的6臺RRU設(shè)備進(jìn)行小區(qū)合并。2.2.1小區(qū)合并定義

小區(qū)合并就是將多個物理小區(qū)合并為一個邏輯小區(qū)的技術(shù)。

2.2.2小區(qū)合并優(yōu)勢

小區(qū)合并技術(shù)主要包含了以下幾個方面的優(yōu)勢：

1.減少切換；

2. 降低掉話；

3.減少鄰區(qū)關(guān)系；

4.在同一個邏輯小區(qū)中能夠允許合并不同的物理小區(qū)，有選擇地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5.利用合并小區(qū)中的一個或多個RRU單元拉遠(yuǎn)進(jìn)行擴(kuò)展覆蓋，更靈活地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與補(bǔ)充。

通過分析，共需將該站點(diǎn)6個物理小區(qū)通過小區(qū)合并，合并成2個邏輯小區(qū)，即高層部分合并成一個小區(qū)，低層部分合并成一個小區(qū)，將圖5中的RRU1，RRU2，RRU4三個物理小區(qū)合并成一個邏輯小區(qū)，覆蓋范圍為：射燈覆蓋101，102，103號樓高層區(qū)域及電梯。RRU3，RRU5，RRU6三個物理小區(qū)合并成一個邏輯小區(qū)，覆蓋范圍為：射燈覆蓋101，102，103號樓中低層區(qū)域及地下室。

通過小區(qū)合并，有效改善了該站點(diǎn)重疊覆蓋問題，減少切換次數(shù)，有效提升了3G的RSCP、EC/IO和4G的RSRP、SINR和速率。

2.3效果驗(yàn)證

建設(shè)完成后，我們對唐城101的該種覆蓋方式通過測試進(jìn)行了效果驗(yàn)證。

2.3.1室內(nèi)覆蓋測試

1、經(jīng)測試唐城101小區(qū)101棟2單元平層覆蓋良好，RSCP在-80dBm左右，中層（15層左右）覆蓋相對較差，RSCP在-90dBm左右，符合薄覆蓋場景指標(biāo)，能夠保證用戶正常使用各項(xiàng)業(yè)務(wù)。

2、經(jīng)測試唐城101電梯整體覆蓋良好，RSCP在-80dBm左右，底層（7層以下）覆蓋相對較差，RSCP在-89dBm左右，符合薄覆蓋場景指標(biāo)，能夠保證用戶正常使用各項(xiàng)業(yè)務(wù)。

三、結(jié)論

唐山聯(lián)通分公司通過對唐城101小區(qū)進(jìn)行測試驗(yàn)證，利用上下射燈對打兼顧電梯、地下室的覆蓋方式能夠?qū)崿F(xiàn)絕大部分樓層和電梯、地下室的整體覆蓋，能夠滿足絕大部分業(yè)務(wù)的需求。雖然部分區(qū)域信號強(qiáng)度相對較弱，但達(dá)到了相關(guān)場景覆蓋指標(biāo)的最低要求，能夠保證用戶各項(xiàng)手機(jī)業(yè)務(wù)的正常使用。

采用重點(diǎn)解決全覆蓋區(qū)，兼顧解決薄覆蓋區(qū)的覆蓋思路，大幅降低了工程造價(jià)，提高了投資效益，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效的目的，唐城101小區(qū)與傳統(tǒng)室分覆蓋方式相比較節(jié)省投資大約45%。

在高層住宅小區(qū)樓單元門頂部與在住宅小區(qū)外圍低層商務(wù)樓宇頂相結(jié)合安裝射燈天線的方式，較容易地解決了樓宇中低樓層信號的有效覆蓋，安裝具有普遍適用性、可實(shí)施性和協(xié)調(diào)容易的優(yōu)點(diǎn)。在電梯井道的頂部直接安裝一個600*290mm的定向板狀天線，實(shí)現(xiàn)了對電梯轎廂內(nèi)部的有效覆蓋，較傳統(tǒng)覆蓋方式具有工程造價(jià)低、施工周期短、故障節(jié)點(diǎn)少和維護(hù)容易的優(yōu)點(diǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張龍玉.移動網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)[J]；通信管理與技術(shù)；2006年01期

[2]曹燚，楊澤凡.移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)與優(yōu)化[J]；電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化；2005年07期