移動通信室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計與工程實踐研究

李 宸

（中鐵二十二局集團電氣化工程有限公司，北京 100043）

0 引 言

現(xiàn)代建筑物主要使用鋼混結(jié)構(gòu)，具有完全封閉的結(jié)構(gòu)特征，使得無線電信號的屏蔽和衰減變得非常明顯，從而大大降低了移動通信質(zhì)量。在此背景下，出現(xiàn)了室內(nèi)分布系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要作用是為室內(nèi)用戶群體提供良好的移動通信環(huán)境，可以實現(xiàn)在整個空間均勻分配移動基站信號，確保室內(nèi)空間具有理想信號覆蓋。

1 室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計要點

1.1 信號源選擇

根據(jù)基站共站情況和業(yè)務(wù)容量，信號源可以選用直放站、微蜂窩以及室內(nèi)基帶處理單元（BBU）+射頻拉遠單元（RRU）。選擇新站地址時，可根據(jù)不同的通信容量要求選擇微蜂窩和直放站[1]。

1.1.1 微蜂窩信號源

微蜂窩作為信號源可吸納熱點區(qū)域的話務(wù)量，減少室外基站的業(yè)務(wù)量，同時提供穩(wěn)定的輸出。它較少受到外部信號的干擾，而且可以是單獨的小區(qū)形式。但建設(shè)成本較高。

1.1.2 直放站信號源

直放站作為信號源成本較低，無需使用傳輸設(shè)備，安裝簡便，且具有多種設(shè)備型號可供選擇。但是，直放站信號源無法吸納話務(wù)量，同時需考慮室外泄漏，避免干擾施主基站信號[2]。本文結(jié)合項目早期建設(shè)研究，確定購買31個新的室內(nèi)基帶處理單元BBU，并使用58個獨立的射頻拉遠單元RRU構(gòu)建室內(nèi)分布系統(tǒng)，同時通過特定的接口獲取信號。信號源包括微蜂窩、直放站以及BBU+RRU共3種。設(shè)置合理的直放站增益，可避免對施主基站的小區(qū)產(chǎn)生不利影響。如果增益太高，將增加施主基站的小區(qū)噪聲，導(dǎo)致信號接收靈敏度降低；反之，則上行鏈路信號變?nèi)?，將增加掉話的幾率。施主基站?yīng)選擇EBU信號作為饋源，以確保足夠的基站容量，避免產(chǎn)生擁堵。新站點對網(wǎng)絡(luò)的訪問、網(wǎng)絡(luò)調(diào)整以及其他原因會影響直放站的正常運行，因此必須及時調(diào)整施主天線、頻率以及功率等參數(shù)，以保障系統(tǒng)正常運行。

1.2 分布式天饋系統(tǒng)的選擇

1.2.1 室內(nèi)天線系統(tǒng)設(shè)計

現(xiàn)階段，室內(nèi)分布系統(tǒng)中使用最多的是定向吸頂天線，具有低增益、覆蓋范圍可控以及對室外信號無干擾等優(yōu)點。在建筑邊沿，如沿著窗戶的通道和一樓大廳等區(qū)域，可以使用室內(nèi)定向吸頂天線，將天線后向朝向室外，避免信號溢出過多。

1.2.2 覆蓋電梯的方法

可以在井道中安裝定向天線覆蓋電梯轎廂；在電梯廳內(nèi)，則可安裝全向或定向吸頂天線來解決覆蓋問題。需要說明的是，科學(xué)使用不同的方法，可以有效降低成本。

1.3 邊緣場強的確定

邊緣場強度是指移動終端在覆蓋區(qū)域收到信號強度的最低值。該值的設(shè)置對系統(tǒng)的能量分布有很大影響。設(shè)置太高會浪費能量，增加成本；設(shè)置太低會減少室內(nèi)覆蓋范圍，導(dǎo)致邊緣區(qū)域掉話幾率增加，同時會影響整體覆蓋效果。邊緣場強度的確定需要考慮移動終端和基站的靈敏度、干擾儲備、噪聲儲備以及衰落儲備[3]。例如，移動電話的接收靈敏度通常為-110 dBm，而室內(nèi)多徑比室外更突出，快衰落儲備為10～15 dB，無需考慮慢衰落儲備。干擾情況取決于所需覆蓋區(qū)域的具體條件，當(dāng)位于覆蓋盲區(qū)或僅可以接收微弱外部信號時，干擾儲備可以確定為5～10 dB。當(dāng)覆蓋區(qū)域附近信號干擾很強時，干擾儲備可以確定為10 dB以上。如果室內(nèi)分布系統(tǒng)使用有源設(shè)備，則應(yīng)將噪聲儲備確定為5～10 dB；如果使用光纖，則噪聲儲備應(yīng)確定為10～15 dB。綜合考慮后，系統(tǒng)邊緣場強值通常為85 dBm。結(jié)合項目實際需求，包含有源設(shè)備的室內(nèi)分布系統(tǒng)邊緣場強值為80 dBm，某些大型室內(nèi)分布系統(tǒng)則為75 dBm。

2 室內(nèi)分布系統(tǒng)工程實踐研究

2.1 項目概況

某高校圖書館地面共6層，地下室1層，室內(nèi)建筑占地面積約18 000 m2，容納人數(shù)最多2 400人。1～6樓的全球移動通信語音質(zhì)量為79.34%，場強大小為79.80%，地下室和電梯區(qū)域基本無信號和LTE網(wǎng)絡(luò)，手機等移動終端不能正常使用。因此，對該校圖書館擬進行GSM和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。項目完成后，信號覆蓋率和語音通話質(zhì)量應(yīng)不低于99%，平均電平應(yīng)高于-75 dBm。

2.2 設(shè)計方案

本次覆蓋項目要求對地上6層、地下1層以及電梯等區(qū)域進行GSM和TD-LTE網(wǎng)絡(luò)全覆蓋。GSM網(wǎng)絡(luò)信號源選用BTS，TD-LTE信號源采用BBU+RRU，器件需要支持800～2 400 MHz，室內(nèi)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.1 主要設(shè)備安裝

近端單元和BBU設(shè)置在圖書館附近的基站的計算機房，遠端單元和RRU分別設(shè)置于建筑物，安裝要求如下。

圖1 室內(nèi)分布系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

（1）設(shè)備安裝地點需要保持良好通風(fēng)，干燥環(huán)境，且不受強電場和強磁場的干擾。設(shè)備位置應(yīng)便于饋線和電源線布局，以便后續(xù)的設(shè)備進行調(diào)試和維護。

（2）必須使用安裝部件垂直固定設(shè)備，并且機架底部與地面之間的距離不低于60 cm。對于室外的主機應(yīng)做好防水、防曬以及防雷等安全防護，且應(yīng)合理布局安裝在室內(nèi)的主機。

（3）必須正確且牢固地連接每個設(shè)備部件，確保設(shè)備外觀無損傷，外層涂料無脫落。

（4）連接到設(shè)備的所有電纜應(yīng)接觸良好，不得松動，連接到設(shè)備的電源線不能與其他電纜捆綁在一起。

2.2.2 天線、無源器件安裝

天線規(guī)格和安裝位置應(yīng)該遵循設(shè)計要求。室外天線應(yīng)牢固安裝在支撐部件上。支撐件應(yīng)結(jié)實，鐵桿垂直，橫臂水平，所有金屬零件都應(yīng)做好防腐防銹工作。室內(nèi)天線須垂直安裝或水平安裝，同時不能破壞整個室內(nèi)環(huán)境的美觀。建議將吸頂式天線固定安裝在天花板下，也可以將天線設(shè)置在吊頂內(nèi)，但必須牢固固定，不能隨意放置。天線需外觀干凈，布線合理。無源器件的規(guī)格和型號應(yīng)該按照設(shè)計方案確定。所有類型的設(shè)備都必須使用電纜扎帶或線夾固定，不能懸掛。無源器件和饋線之間的連接應(yīng)牢固，室外部分應(yīng)防水。

2.2.3 饋線的安裝

應(yīng)按照系統(tǒng)設(shè)計方案中制定的線路規(guī)劃和長度布設(shè)饋線，確保線路合理、布局美觀、平直走線以及牢固固定，不能交叉和扭曲。在室內(nèi)使用的饋線使用阻燃線，在饋線的入口和出口留下滴水彎頭，并用阻燃材料封閉出入孔。如果需要在彎道中布置饋線，則彎角必須圓滑，且彎曲半徑不得超過相應(yīng)要求。線直徑標準1/2時，二次彎曲的半徑不超過200 mm，一次彎曲半徑不超過100 mm；線直徑標準7/8時，二次彎曲的半徑不超過300 mm，一次彎曲半徑不超過150 mm[4]。饋線應(yīng)放置在電線槽或天花板中，并用束線帶固定。饋線的明線部分應(yīng)覆蓋PVC管，并用線夾固定，禁止出現(xiàn)交叉線或飛線。饋線水平走線時，固定間距范圍為1.0～1.5 m，饋線垂直走線時固定間距范圍為0.8～1.0 m。

2.2.4 電源要求

有源設(shè)備的供電電源必須具有很高的穩(wěn)定性，波動范圍須控制在198～242 V。電源保護開關(guān)應(yīng)設(shè)置在不容易觸碰或損壞的部位。如果設(shè)置了單獨電表，則需要對相關(guān)的電源設(shè)備進行安全防護處理。主機電源板必須具有2芯和3芯插座，應(yīng)避免觸碰發(fā)生觸電。電源線必須用PVC管或波紋管覆蓋保護，牢固固定，走線應(yīng)該平整。

2.2.5 接地要求

光纖系統(tǒng)、有源設(shè)備以及干線放大器等設(shè)備應(yīng)該做好接地。帶有自支撐桿的戶外直放站，需要嚴格做好接地措施，同時安裝避雷針，接地電阻必須小于5 Ω。饋線的室外部分必須至少接地一次。牢固固定接地線使外觀平整，并確保接觸良好，無松動。

2.2.6 標簽要求

所有天線、饋線（或光纜）以及有源設(shè)備都必須貼標簽。天線和設(shè)備標簽的內(nèi)容為設(shè)備基本參數(shù)，饋線標簽內(nèi)容為信號發(fā)送和接收方向。需要注意，需將設(shè)備標簽放在設(shè)備正面位置。對于室內(nèi)天線，標簽貼得要美觀，且不影響天線安裝。

3 覆蓋效果測試

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計方案完成系統(tǒng)施工。為了驗證系統(tǒng)施工質(zhì)量，確保覆蓋效果，測試人員對圖書館各個區(qū)域開展覆蓋效果測試。每個樓層選擇10個測試點，并分別在室內(nèi)、走廊以及電梯等區(qū)域進行隨機測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 圖書館移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果測試

該校圖書館各個區(qū)域的GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和語音質(zhì)量均超過99%，電平值均值超過-70 dBm，測試中未出現(xiàn)通話掉線或無法接通的問題。各區(qū)域TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋率均超過99%[5]，在測試過程中未出現(xiàn)掉線或無法接通電話的問題，且下載速率均超過5 Mb/s。可見，該校圖書館的GSM和TD-LTE通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)均實現(xiàn)了預(yù)期效果。

4 結(jié) 論

綜上所述，隨著國內(nèi)移動通信技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人們對移動通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求不斷提升。而室內(nèi)區(qū)域的移動通信受各種因素的影響，容易出現(xiàn)移動通信效果不理想的問題。為此，需要進行移動通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)，以提升室內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)時，需要根據(jù)實際情況合理設(shè)計系統(tǒng)建設(shè)方案，合理規(guī)劃需求，以最小的成本實現(xiàn)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高用戶對通信質(zhì)量的滿意度，也為社會的發(fā)展提供更加便利的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。