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高层建筑内网络覆盖系统的建设对于运营商来说，室内覆盖系统需要解决的不仅是室内盲区的覆盖问题，更重要的是室内覆盖不好出现手机掉网、高层空间无主控小区导致频率干扰严重、室内话务量吸收等问题。为解决这些问题，目前最有效的方法就是建设室内分布系统，将基站的信号通过有线方式直接引入室内的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，从而达到消除室内覆盖盲区、抑制干扰的目的。光纤分布系统的主要优点在于光纤线路损耗小，可以克服长距离馈线电缆的大损耗问题。多应用于基站发射端与天线之间距离很长的情况下，目前，分布系统建设成本还较高。一、前期准备工作1．实地测量在设计室内覆盖的场强分布时，首先应对高层建筑现有的由周围宏蜂窝提供的室内移动信号进行测试，找出各楼层最强的信号电平，由此得到各楼层所需的边缘最小设计电平。边缘最小设计电平是天线口发出的经过空中损耗以及穿墙损耗后到达室内边缘的信号强度。设计边缘最小电平的目的是使室内分布系统尽量吸收室内话务量，使手机通话时具有良好的载干比，且不会对室外信号造成干扰。2．容量计算设计初期应考虑用户容量，由此来决定设备的类型。在用户非常密集的地区应着重考虑容量问题，否则会造成网络拥塞，给用户的实际应用带来不便。由于光纤分布系统可以进行大面积的室内覆盖，而且使天线口的输出功率达到足够强，设计时应考虑分布天线的规模以及天线口输出功率等问题，避免造成覆盖较大导致微蜂窝设备拥塞的情况。若分布系统的节点设置过多，也将给维护造成困难。二、实际案例解析太原市的东大盛世华庭是以高层住宅小区为主，结合写字楼和超市的大规模建筑楼群，以下讨论用光纤分布系统对其进行全面覆盖的设计方案。该小区主体由A区、B区和超市三大部分组成。其中A区分为A1和A2两座，每座28层（不含地下室），A区部分住宅为楼中楼结构，每两层6户，A1、A2每区为72户；B区共五座，每座18层。A区、B区的中间部分为超市和娱乐休闲场所，占9层高度；地下1层为车库，底下2层为人防通道。A区是集办公与住宅为一体的写字楼，分别位于超市的南北两侧，B区的五座楼位于超市背后，每座楼的一单元全为住户，二、三单元8层以上为住户，8层以下与超市一体。该小区总面积约为28万平方米。1．针对B区的设计思路前期测量结果表明，B区各楼层的覆盖程度不同，1层与2层信号较弱，18层信号较强且杂乱，如表1所示。设计边缘最小电平的原则是使微蜂窝设备的信号对建筑物内部完全覆盖，且室内信号尽量不泄露到室外，使室内分布系统尽量吸收室内话务量。容量计算：B区每栋楼有三个单元，每单元3户，按每户1.5部手机算，大致有730位移动用户，查ErlandB表得出相关TRX数（如表2所示）。考虑到室内GPRS数据业务的需求，可设计采用设备类型为3TRX的微蜂窝设备，在小区住户没有满负荷时可以满足正常通信，待住户增加或数据业务需求增长时，可考虑扩容为4TRX。室内传播损耗Ls的估算公式如下（因为室内电磁波辐射模式相对简单，这里采用自由空间传播模型结合电磁波穿透墙体的损耗来模拟室内传播模型）：Ls(dBm)=32.44+20lgf(MHz)+20lgd(km)+Lif：频率值，范围是890MHz～960MHz，取1GHz代入上式，得：Ls(dBm)=32.44+20lgd(m)+Lid：手机天线和室内分布系统天线间的最大距离，单位是km或者m。Li：路径损耗附加值，不同材质的值不同，单位是dB，包括厚玻璃的信号损耗8dB，隔墙的信号损耗5～15dB，预制板的信号损耗20～30dB，木制装修材料的信号损耗6dB。上述依照工程经验得出的传播模型用在室内环境模拟信号传播时，仍不能准确计算出实际的空间传播损耗，公式并不能代表所有的室内环境。在前期实地测量中通常采用小型模拟发射机发出一个恒定功率的信号，用接收机测量经过室内无线环境损耗后收到的功率电平。例如：在室内过道的天花板上安装模拟发射机，用接收机测量经过最多的隔墙后能收到的实际功率，其差值即为室内环境的最大传播损耗。用模拟信号发生器模拟测试信号穿过隔墙的损耗值可以较准确描述Li值，对损耗的理论公式有一定程度的修正。通常用上述公式结合最小设计电平值来确定每个楼层吸顶天线的位置与数量，来确保室内环境得到良好的覆盖。无线信号的路径损耗计算公式为：Ploss=EIRP–RxLev其中Ploss为路径损耗，EIRP为测试发射机的有效辐射功率，RxLev为测试手机接收电平。根据大量的测试数据测得楼内最大路径损耗，再由上面的式子可得到设计所需参考的EIRP值。EIRP=Ploss+RxLev，如果总的路径损耗太大，所需要的EIRP值就可能很高，也许就需要布置多个天线来减少室内路径损耗。在此例中，底层（1、2层）穿过隔墙的最大损耗值已测出，为88dB，高层18层最大损耗值值为84dB，每层的边缘最小设计电平经过实地测量后也已得出，由此可以确定各楼层的吸顶天线需要的发射功率、各楼层吸顶天线的大致数量及其大概的摆放位置。以B区第一栋楼第一单元18层为例，最小设计电平为-70dBm，穿过隔墙的最大路径损耗为84dB，人体的损耗3dB，系统应考虑的余量2dB，天线的增益3dBi，微蜂窝设备到天线端口的发射功率为（设A为天线端口的发射功率，单位为dBm）：A+3-84-3-2=-70（dBm），其中A=16（dBm），因为环保一级卫生标准规定室内天线端口的发射功率不能超过15（dBm），所以在做高层建筑物的室内覆盖时，不应只从增加天线端口发射功率这一角度出发，还应重点考虑采用适当的小区参数。对于较低的楼层，其穿过隔墙的最大路径损耗较大，但相关楼层的最小设计电平也较低，可以满足设计要求，在此不做详述。对光纤分布系统进行链路预算时，一般根据链路平衡的计算结果得到最大允许的链路损耗。此处可以认为整个分布系统和信号在空中传播，对上下行信号的传输损耗相同，不会影响上下行链路的平衡问题。由于B区的五栋楼都是三个单元，而且每个单元的公共面积很小，只适合摆放一枚吸顶天线。B区第一栋楼18层的天线可以满足边缘覆盖要求，而且可以用于覆盖电梯。从以往的室内覆盖工程经验中得出：只要每层的电梯口摆放一枚吸顶天线，就可以对整个楼的电梯给予很好的覆盖。现在关键的问题在于如何给每个楼层的天线端口提供其需要的发射功率（由每层的最小设计电平结合最大穿透损耗可以得出），由于B区的五栋楼间隔较大，我们选用光纤分布系统，利用一套微蜂窝设备（O3），对B区进行无缝覆盖。光纤分布系统主要由光耦合放大器组成。光耦合放大器分为A端、B端，A端安装在基站端，B端安装在覆盖区，对基站与移动手机的下行、上行信号进行双向接收、放大和重发，增大基站的覆盖范围。对B区的覆盖模式上，我们采用1个A端、5个B端的光纤分布方式（如图1所示），对其五栋18层的大楼进行无缝覆盖。光纤传输系统低损耗的特点和光耦合放大器增益高的特性，可以保证对每个天线端提供已计算出的发射功率，实现对大楼室内环境的良好覆盖。图1B区的光纤分布系统在工程实施中，需要注意的问题有：光波长可选用1.31μm或1.55μm；1.31μm光发送机发送功率≥0dBm；1.55μm光发送机发送功率≥-3dBm；光接收机灵敏度≤-30dBm。A、B端光缆传输损耗较小时，必须在接收端加入光衰减器，以保证光接收机的光输入电平小于–10dBm；正确使用步进衰耗器，由其调节光耦合放大器上、下行增益，以免造成不必要的干扰；应采用多芯的光缆，剩余的光纤可做备用；受GSM系统TDMA方式限制，要求从A端到B端的光缆传输距离小于20km。2．针对A区的设计思路由于A区是集办公与住宅为一体的写字楼，其住宅部分为楼中楼结构，每两层6户，在解决A区的覆盖问题时需要考虑无线信号穿过楼层的损耗，此处我们采用ITU-R推荐使用的室内传播模型作为理论依据。Ltotal=20logf+Nlogd+Lf×n-28（dB）N：距离损耗系数；f：频率；d：天线和MS间的距离；Lf：楼层穿透损耗；n：天线和MS间的楼层数。在进行A区的前期实地测量时，采用小型模拟发射机发出一个恒定功率的信号，用接收机测量经过室内及楼层间的无线环境损耗后收到的功率电平。在楼中楼的公共部分（如每两层楼）的天花板上安装模拟发射机，用接收机测量经过最多的隔墙后以及下一层楼的室内所能收到的实际功率，其差值即为室内环境的最大传播损耗。由于无线信号经过楼层的损耗值较大，而且在楼中楼结构中，公共部分较少，而吸顶天线也不能安装到住户的室内，所以在考虑楼中楼结构的室内覆盖时，应进行大量的前期测量，对每一个房间内的实际信号强度与用接收机收到模拟发射机的信号强度进行比较，设计出合理的边缘最小设计电平。另外应考虑楼中楼建筑结构的复杂性，其本身对室外的无线信号也有较强的阻挡，所以尽管接收机收到的经过楼层间损耗后的信号可能会低一些，但是一般都能保证良好的载干比C/I，从而保证通话的质量。经过前期测量，得出每层的边缘最小设计电平，又经过理论公式与模拟机测试得出信号穿透墙壁或楼层间的最大损耗，由此可以确定各楼层的吸顶天线需要的发射功率、各楼层吸顶天线的数量及其大概的摆放位置。三、参数调整和系统优化在对大楼进行良好覆盖后，还应考虑在微蜂窝小区参数上进行一些调整，使得进入室内的手机尽量都能占用微蜂窝的信号。1．选择频点微蜂窝必须选择干净的频点，避免室外宏基站的信号对室内造成干扰，因为室外宏基站的信号很强，在顶层的边缘已强过室内的信号，选择干净的频点非常必要。2．设定小区优先级在室内MS处于静态模式下，应使MS稳定地保持在室内信号上，同时还应考虑建筑物是否处于位置区的边界处，要最大限度地避免发生频繁位置更新，保证系统的接通率。设置微蜂窝基站的小区优先级为“正常”，周围宏基站的小区优先级为“低”，即设置参数为：cell_bar_qualify=0，cell_bar_access=0。其他小区：cell_bar_qualify=1，cell_bar_access=0。具体如表3所示。由于上述参数只限定MS在开机时的小区选择中优先选择某些小区，而对小区重选不起作用，所以还应设置参数C2。C2是基于小区参数C1并加入一些人为的偏置参数而形成的，它可以使MS优先进入微蜂窝小区，尽量吸收话务量。在顶层室内的边缘场强比室外的宏基站场强弱时，用C2来控制MS继续保持在室内的信号下，不发生小区重选。但如果MS在一层向室外方向移动时，室外信号强过临界值后，还会发生小区重选，选到室外的宏基站小区上。C2=C1+CRO，CRO值一般设为10～14dB。当微蜂窝小区处于位置区的边缘时，还应考虑小区重选滞后参数，一般设为8～10dB。3．合理设置切换门限当MS处于通话状态时，如果满足切换要求，MS还是会切向室外宏基站的小区，而且可能再次发生切换，切换到室外的另一个宏基站小区上，这将导致MS挂机后重选不到微蜂窝的信号上来，违背设计初衷，此时需要给微蜂窝小区设置合理的邻小区（neb）以及合适的切换门限（ho_margin）。前期测量时找出在一层的邻小区，与微蜂窝做双向的邻区关系，使用不平衡的切换门限。其中基于level、quality、interference的切换门限使用缺省值即可，基于powerbudget的切换门限一般可设为：ho_margin为6dB（邻小区向微蜂窝切换）；ho_margin为8dB（微蜂窝向邻小区切换），切换门限不宜相差过大。找出高层信号电平高且稳定的室外小区，给这些小区做向微蜂窝切换的单向邻区，切换门限可设小一些，如设为4dB。合理设置切换门限的目的是：MS在一层移动时，可以根据信号电平的高低来判断MS切向哪个小区，若MS在通话过程中由室内走向室外，在室外的信号强过微蜂窝信号一定程度时，MS由微蜂窝切向周围宏基站，反之亦然；MS在高层通话时，即使周围宏基站的信号很强，MS也不会切到与其他室外小区，因为微蜂窝小区与高层信号小区做的是单向邻区，即使在高层边缘切出去后（如果在一层和顶层都有某一稳定的室外信号，就可能发生高层切换），也能较容易地切回到室内小区来。薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿