室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

楊洪基

【摘要】隨著城市化發(fā)展的不斷推進(jìn)，人口密度越來越大，人們對于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)通信的需求量也在不斷增加。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，有效地解決了室外基站信號覆蓋范圍局限的問題，通過室內(nèi)無線通信技術(shù)對建筑內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)重新規(guī)劃，從而提升信號質(zhì)量和覆蓋范圍。因此，本文對室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用進(jìn)行研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】室內(nèi)無線;通信網(wǎng)絡(luò);分布;設(shè)計

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）012-127-03

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得人們對無線通信的需求不再局限于室外，更多情況下是處在室內(nèi)場景中使用無線通信。在現(xiàn)代化智慧城市發(fā)展進(jìn)程中，超高層建筑和大型綜合體建筑不斷涌現(xiàn)，對于室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量和覆蓋面積造成極大影響。如果單純依賴室外基站，將無法滿足這些高層建筑和大型建筑的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)需求，影響人們工作和生活的質(zhì)量。因此，研究室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)就成為大勢所趨。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以較為全面的改善室內(nèi)尤其是超高層和大型建筑物內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高無線網(wǎng)絡(luò)的接通率，開辟出高質(zhì)量的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)。通過對室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新布局和規(guī)劃，從整體上提高室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的信號質(zhì)量和覆蓋范圍。下文就對室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)進(jìn)行深入分析。

1. 室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

1.1 室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求

隨著無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，移動終端的普及率逐步擴(kuò)大。人們?nèi)粘９ぷ骱蛯W(xué)習(xí)使用手機(jī)的頻率更大，尤其是在室內(nèi)，使得建筑內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量越來越受到關(guān)注。以往無線通信網(wǎng)絡(luò)大都是室外基站提供的，基站發(fā)射的無線信號在室內(nèi)覆蓋范圍方面，不可避免的要穿透建筑物，產(chǎn)生屏蔽和信號吸收的作用，而且不同頻率的無線信號，穿透建筑物所產(chǎn)生的衰減不一致，不同的建筑物外墻類型，穿透衰減也不盡相同，從而造成了無線通信網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)弱區(qū)域甚至盲區(qū)。另外，在無線通信網(wǎng)絡(luò)容量方面，一些超高層建筑和大型建筑，尤其是購物廣場和會議中心，這些地方的無線通信網(wǎng)絡(luò)需求量較大，局部的無線通信網(wǎng)絡(luò)容量無法滿足用戶需求，無線信道會發(fā)生擁塞現(xiàn)象，并且存在無線通信網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的位置，嚴(yán)重影響無線通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。為了實現(xiàn)無線通信網(wǎng)絡(luò)有效覆蓋室內(nèi)的各個區(qū)域，提升室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，就需要增加覆蓋室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備?，F(xiàn)階段，較為常見的是使用室內(nèi)分布系統(tǒng)或者是小基站覆蓋。使用宏蜂窩或者微蜂窩作為室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信號源，提升室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

1.2 室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)組成

室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)，主要由信號源和分布系統(tǒng)組成。其中信號源可以是宏蜂窩、微蜂窩、射頻拉遠(yuǎn)模塊或者直放站。分布系統(tǒng)由功分器、耦合器、合路器等各種無源器件，以及有源器件和室內(nèi)天線組成。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

1.2.1 無源分布系統(tǒng)

根據(jù)是否需要外加電源，可以將室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)分為無源分布系統(tǒng)和有源分布系統(tǒng)。無源分布系統(tǒng)主要由耦合器、分合路器、同軸電纜以及室內(nèi)天線組成。無源室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)通過耦合器、功分器等無源器件，對接收到的信號進(jìn)行分路，并經(jīng)由同軸電纜將信號盡可能均勻地分配到每個分散安裝于室內(nèi)的小功率天線上，從而獲得均勻覆蓋的無線通信網(wǎng)絡(luò)。無源室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的可靠性較高，無源器件的功率容量大，便于進(jìn)行大容量室內(nèi)分布系統(tǒng)組網(wǎng)，并且擴(kuò)容方便，建設(shè)投資成本低。

1.2.2 有源分布系統(tǒng)

有源室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)，包括耦合器、分合路器、干線放大器、射頻同軸電纜以及天線。通過引入有源設(shè)備可以對無線通信玩兩個信號功率放大，通過干線放大器可以有效增加信號覆蓋范圍，有效解決了無源分布系統(tǒng)覆蓋范圍受到饋線損耗限制的問題。可擴(kuò)展性也有一定程度提升，可對有源分布系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測。

1.2.3 同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)

根據(jù)傳播媒介，可以將室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)分為同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)和泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)。同軸電纜室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)主要是由信號源、光近/遠(yuǎn)端機(jī)、射頻電纜、功分器、耦合器、天線組成。該系統(tǒng)是將基站信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纜線路將射頻信號傳輸?shù)浇ㄖ飪?nèi)的遠(yuǎn)端單元，在遠(yuǎn)端單元將其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)過放大器放大通過天線實現(xiàn)對室內(nèi)區(qū)域的覆蓋。

1.2.4 泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)

泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)主要原理是依據(jù)電磁場理論，在電纜外導(dǎo)體的一系列周期性或者非周期性槽孔中產(chǎn)生表面電流，并形成電磁場。內(nèi)部傳輸?shù)碾姶拍芰靠梢酝ㄟ^槽孔處以電磁波的形式輻射到外部環(huán)境。外部環(huán)境中的電磁能量也可以通過槽孔傳輸?shù)诫娎|內(nèi)部，從而實現(xiàn)了電磁信號的傳輸。泄露電纜室內(nèi)部分系統(tǒng)信號覆蓋均勻、信號波動范圍小，減少天線安裝，尤其對于地鐵、隧道、電梯井等信號屏蔽較為嚴(yán)重的場所，可以采用泄露電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)。

2. 室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計

室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計，需要考慮室內(nèi)覆蓋范圍以及建筑物內(nèi)環(huán)境等問題。建筑物內(nèi)存在各種可能對信號產(chǎn)生屏蔽或者吸收的作用，再加上室內(nèi)多隔斷的結(jié)構(gòu)，這些都會給無線通信網(wǎng)絡(luò)造成不同程度的衰減。此外，室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)在密集空間的多徑效應(yīng)要高于室外，引起信號反射、折射、散射的因素也更加復(fù)雜，還存在多徑信號矢量形成的雜散、交調(diào)、阻塞等干擾。為了有效解決室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的各種問題，科學(xué)合理的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃具有重要意義。

2.1 設(shè)計原則

室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)設(shè)計原則，包括市場導(dǎo)向原則、統(tǒng)一性原則、質(zhì)量保證原則、經(jīng)濟(jì)性原則以及工程施工原則。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計必須緊密結(jié)合市場需求，服務(wù)于用戶。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)與室外基站分布進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，與室外基站網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)建設(shè)完成后的系統(tǒng)指標(biāo)、設(shè)備性能等應(yīng)該符合技術(shù)規(guī)范要求，并且便于后期的維護(hù)管理。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)該結(jié)合建筑物的實際使用需求，進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該符合施工需求，結(jié)構(gòu)簡單同時不影響建筑物原有的結(jié)構(gòu)和裝修。

2.2 信號源選取

室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在信號源的選取方面，需要與建筑物內(nèi)部的需求量、網(wǎng)絡(luò)資源分布情況以及室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋類型進(jìn)行綜合判斷。常見的信號源特點和使用場景，如下表-1所示：

選擇網(wǎng)絡(luò)通信的信號源，需要重點考慮的是無線通信網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋范圍。容量方面主要是根據(jù)信號源可以支持的話務(wù)量和網(wǎng)絡(luò)資源來決定的。如果對話務(wù)量要求較低，可以選擇直放站或者從周邊小區(qū)耦合信號的方式作為信號源。但是對于一些話務(wù)量較高的情況，則需要安裝微基站或者宏基站作為信號源;在覆蓋范圍方面，對于低話務(wù)密度和小范圍覆蓋的場所，可以優(yōu)先選擇直放站。中等的話務(wù)密度和覆蓋范圍可以選擇微基站作為信號源。對于高話務(wù)密度和較大的覆蓋范圍，則可以射頻拉遠(yuǎn)作為信號源。

2.3 天線的選取

室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)天線的選擇應(yīng)該以小功率、多數(shù)量為主，天線布置在公共區(qū)域。對于寫字樓、購物廣場、酒店等場所，天線應(yīng)沿著走道進(jìn)行安裝和敷設(shè)。根據(jù)業(yè)主的要求確定天線埋藏安裝或者裸露安裝。如果進(jìn)行埋藏安裝的方式，需要適當(dāng)提高天線口功率以滿足覆蓋要求。天線的布置需要控制外泄，通常情況下1～5層靠近窗邊的天線，需要經(jīng)過詳細(xì)鏈路計算和測量，確保外泄場強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3. 室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，無線通信網(wǎng)絡(luò)用戶的飛速發(fā)展，人們生產(chǎn)、交流和工作等活動逐步轉(zhuǎn)移到室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行，因此，對于室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)的依賴程度更高，早期建設(shè)的室內(nèi)分布系統(tǒng)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求，無法承載大量的數(shù)據(jù)傳輸，并且，現(xiàn)代建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻對室外基站信號造成了不同程度的阻礙，導(dǎo)致室內(nèi)無線通信傳播的衰減。未來的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)是電信運(yùn)營商增強(qiáng)信號覆蓋，提升用戶體驗、優(yōu)化室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的有效手段。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，應(yīng)該緊密結(jié)合建筑物信號覆蓋的設(shè)計流程，對原有的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效利用，并且通過技術(shù)手段和參數(shù)調(diào)整進(jìn)行資源的合理化配置。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)應(yīng)用過程中需要關(guān)注鄰區(qū)優(yōu)化和信號源優(yōu)化問題，避免優(yōu)先級設(shè)置不合理，影響用戶體驗。

此外，當(dāng)前電信運(yùn)營商以及相關(guān)專業(yè)的研究人員，已經(jīng)對室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，為更好的適應(yīng)我國室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的需求以及未來5G通信技術(shù)的室內(nèi)覆蓋，需要充分考慮當(dāng)前無線通信網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、技術(shù)以及運(yùn)行特點的相互融合。現(xiàn)有的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，由于受到室外基站信號滲入的影響，大部分室內(nèi)業(yè)務(wù)無法有效吸收，仍然需要依靠室外基站，導(dǎo)致所建設(shè)的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用率不高，并且引發(fā)室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)周期長、投入產(chǎn)出比低等一系列問題。另外，考慮到多網(wǎng)絡(luò)制式兼容問題，共享資源和多網(wǎng)融合的室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也將是未來發(fā)展的主要方向。

4. 總結(jié)

綜上所述，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人們的生活和工作對于通信網(wǎng)絡(luò)的依賴程度越來越高。通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不僅需要滿足不斷增長的用戶量和業(yè)務(wù)需求，同時，還要確保用戶接入無線通信網(wǎng)絡(luò)后的服務(wù)質(zhì)量?，F(xiàn)階段，移動終端的普及促使人們行為習(xí)慣的改變，在室內(nèi)人們使用移動互聯(lián)設(shè)備的頻率增加，使得室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋成為人們關(guān)注的焦點問題。室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以有效解決室外基站的信號盲區(qū)以及干擾區(qū)域，通過引入宏蜂窩或者微蜂窩作為室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的信號源，可以有效提升無線通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。相信隨著室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相關(guān)研究不斷深入，一些新技術(shù)、新設(shè)備、新方法的涌現(xiàn)，將會對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行有效升級和改進(jìn)，室內(nèi)無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計將更加完善，應(yīng)用范圍也會更加廣泛。

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