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住宅小区无线覆盖优化解决方案龚南平（中国联通南通分公司移动部226001）摘要：自无线通信运营商开始室内分布系统建设以来，明显的改善了移动用户在室内通话质量，分担了室外宏蜂窝基站的话务量，前期的室内分布系统主要围绕着宾馆、写字楼、商业广场等话务热点的覆盖，随着用户对网络服务质量要求的提高，对住宅小区的深度覆盖成了无线通信运营商的主要课题，由于无线电波的绕射能力差及穿透建筑物的衰耗大，虽然无线通信运营商对网络进行了多种多样的优化工作，但城市中大多数住宅小区或多或少的存在弱信号区和盲区。因此，如何解决好住宅小区的室内信号覆盖问题，满足广大用户的需求，提高网络质量，已变得越来越重要，也成为网络优化工作的一个重点。本文详细阐述了关于住宅小区深度覆盖的几种解决方案。关键词：小区覆盖电磁环境传播模型1.概述随着社会经济的不断发展和城市建设的日新月异，城区密集型居民小区楼宇不断增多，电磁环境、地理环境及建筑环境日益复杂，电磁传播环境发生了很大变化。近年来，中国联通一直致力于网络覆盖的完善和优化，在针对城市公用高层建筑和地下设施的无线覆盖系统基本建成并日趋完善的同时，为满足用户越来越高的通信需求，住宅楼和居民生活区GSM、CDMA无线信号覆盖已日显重要，尤其是现代高档住宅楼群和居民小区将成为网络运营商的竞争对象。住宅楼群和居民小区的结构、性质和以往我们实施室内分布系统时的那些商业网点和写字楼有很大区别，工程难度大、技术复杂，解决好住宅区室内信号问题，是中国联通打造精品网络、提高客户满意度的重要举措。本文旨在通过对住宅楼群和居民小区无线信号特点的分析，针对实例，提出切实可行的解决方案，并通过实施和实地测试。2.理论分析2.1实际电磁环境与建筑结构移动通信的电波传输是错综复杂的。在设计移动通信系统时，一个最重要的问题是要知道系统覆盖区内每个接收点接收信号的强度以及它的波动变化情况。由于各个建筑物对电波的吸收能力是不同的，不同材料结构和楼房层数，其吸收损耗数据都不一样。例如，砖石材料吸收损耗的数据较小，钢筋混凝土的数据大些，钢架结构的数据最大。一般介绍的经验转播模型都是以街心或空阔地面为假设条件，故如果移动台要在室内使用，在计算传播损耗和场强时，需把建筑物的穿透损耗也计算进去。即Lb=Lo—Lp式中，Lb为实际路径损耗中值，Lo为在街心的路径损耗中值，Lp为建筑物的穿透损耗。另外，还有普通玻璃窗的损耗，一般为3—6db。对于手持机，当位于使用者腰部和肩部时，接收的信号场强比天线离开人体几个波长时将分别降低4—7db和1—2db。一般人体损耗设为3db。一般情况下，Lp不是一个固定的数值，而是一个0—40db的范围，需根据具体情况而定。此外，穿透损耗还随不同的楼层高度而变化。损耗值随楼层的增高而近似线性下降。2.2设计所用的传播模型分析从电波传输特性分析可知，从基站到住宅室内信号的传播损耗主要有空中传播的路径损耗和由室外向建筑物内传播的穿透损耗。市区覆盖距离大于1km的基站可用Okumura-Hata经验模型进行传播损耗的预测：Lo(db)=69.55+26.16log(F)-13.82log(Hb)+(44.19-6.55log(Hb)log(D)-α(Hm)-δ)其中，Lo为路径损耗，Hb、Hm分别是基站、手机有效天线高度（m），α(Hm)天线高度修正因子(db)，α(Hm)=（1.1log(F)-0.7）Hm-(1.56log(F)-0.8)；D为到基站的距离（km），F是频率（MHz）。δ是市区建筑物密度修正因子（db）。欧洲研究委员会COST231传播模式小组根据，计算市区环境的估算结果并结合一些处理街道走向的修正函数，得出了COST-231-Walfish-Ikegami模式，也就是所谓的微蜂窝模式，在这种情况下，基站一般安装得比较低，电波传播由周围建筑物的绕射和散射来决定，也就是主射线在街道组成的峡谷内传播，它的传播特性和自由空间的传播特性是有差别的，街道峡谷传播模型如下：L=42.6+26lgD(km)+20lgF(MHz)D=0.02km式中第一个常数是这样确定的，即L等于D=20m时的自由空间损耗。我们根据这个理论依据，以小区室外信号最差处设计，如果该处F=800MHz，H1=21m，H2=1.5m，D=0.2km，得到L（db）=83.5db加上当地的附加损耗，从而算出从发射机到移动台的传输损耗，以此来作为预测的依据。3.住宅小区分类和不同覆盖特点居民住宅小区无线覆盖既不同于城郊结合部的室外直放站，也不同于公用高层大楼的室内覆盖。由于小区类别的不同，它们又有各自不同的覆盖特点。3.1城市高档别墅区城市高档别墅区一般位于市区或市郊，小区占地面积大,房屋间距较大,对信号衰减较小。一般来说，如果小区附近建有基站，小区内的信号覆盖一般较好。3.2城市高档住宅区城市高档住宅区一般位于市区或市郊，小区内房屋以多层和高层建筑为主，存在的问题主要是由于乒乓效应引起的中高层的通话质量和电梯内的信号覆盖；而多层住宅由于房屋间距较小，信号衰减较大，室内覆盖较差，尤其是小区内低层的信号覆盖较差，用户投诉较多。3.3城市密集型住宅区城市密集型住宅区一般位于市区老城区，小区内房屋以多层建筑为主，存在的问题主要在于多层住宅房屋密集、多层建筑间距小，信号衰减大，室内覆盖较差，特别是小区内低层室内的信号覆盖差，造成用户投诉较多。3.4城郊及农村居民住宅区城郊及农村居民住宅区位于市区老城区、城郊和农村，房屋一般不超过三层、房屋密集程度极高，间距很小，对无线信号的衰减大，室内信号差，用户投诉也较多。同时，这类房屋一般附近没有高大建筑，解决覆盖难度较大。3.5农村高档别墅区农村高档别墅区位于农村，一般为三层以下建筑，房屋密集，对信号衰减较大，室内尤其是底层的覆盖较差。由于农村高档别墅区的住户一般是当地比较富裕的私营业主或比较富裕的人，这些人往往是手机话费较高的大客户，因此做好这类小区的覆盖有比较重要的意义。4.解决城市密集型住宅区覆盖的主要技术方案4.1光纤耦合室外分布方案此方案特点是：信号纯净，通话质量好，对基站无干扰，能实现点对多点小区覆盖。前提条件是小区到信源耦合接入基站之间有光缆传输。分布覆盖借用小区已有的线缆通道到大楼的现状设计实施，因而其投资较少，覆盖效果良好，但也正因为在小区到信源基站之间敷设传输光缆和在小区内要借用地下线缆通道，故而建设工期较长，难度相对较大。此方案可彻底解决整个小区的室内覆盖。4.2无线引入光纤室外分布方案光纤无线引入室外分布覆盖同光纤耦合引入室外分布覆盖方式在远端覆盖设备及工程上保持一致，它是光纤分布的另一种引入方式，做法是在覆盖小区边缘群楼楼顶选择一个信号质量相对较好的位置，同时考虑隔离度确保系统正常。在此位置架设一施主天线接收基站信号，通过局端设备滤波放大后将射频信号转换成光信号，光信号通过在小区内敷设的光缆传输到每一个远端设备，转换成射频信号放大后进行覆盖。此种接入方式是在宏蜂窝基站与覆盖区之间没有光缆时或敷设光缆施工困难时采用，它的优点是信号源选择较为灵活，光缆施工比宏蜂窝基站耦合接入工程量小、施工容易（光缆只在小区内敷设），协调相对简单。20m20m4.3无线直放站覆盖方案此种方式的特点是：在光缆施工中如果存在较大的困难，导致光缆无法施工、满足要求时，在小区内光缆敷设及在小区内楼顶安装设备较难实现的情况下，可以采用“无线直放站覆盖方式”。此方案在小区内作业范围小，对小区总体影响不大，较易协调。且工程量小、施工容易、工期短。可以从不同宏蜂窝基站接入信号，容纳的用户数较多。无线直放站（GSM）双频合路器无线直放站（CDMA）1/2功分2.1dB/30m25.6dBm2.8dB/40m双频合路器29.5dBm2.1dB/30m无线直放站（GSM）无线直放站（CDMA）26.3dBm40m40m40m40m33dBm33dBm33dBm33dBm5.城市密集型住宅区覆盖覆盖解决方案实例5.1概述南通市学田南苑住宅小区位于南通市工农路东侧，学田南路，东经120°52.387´北纬32°00.532´。学田南苑由52栋2至4单元多层组成，小区楼宇较为密集，均为6层结构，附1为车库及杂物间，1至6层为住房。学田南苑总占地面积约135亩，总建筑面积约30万余平方米。其建筑为钢筋混凝土、砖混，结构较为复杂，对信号衰减较大，楼宇室内相当一部分区域手机信号较弱且出现脱网，联通（G网、C网）用户通信困难，用户强烈要求改善网络通信质量。该小区约有住户1800户，每户以3人估算，共有人口5400人，小区工作人员约80人，小区总人口数量达5480人。拥有手机人数以70%估算，中国联通用户占比例以50%估算，小区中国联通用户总数量达到1918部，每用户的估算话务量约为0.013爱尔兰，总需求容量24.934爱尔兰。5.2现场示意图5.3小区覆盖实施前电测环境说明经现场测试，覆盖区域周围楼宇密集。小区室外G网信号强于-85dBm的覆盖面积为82.41%，通话质量优于4级的覆盖面积约为67.66%，小区室内G网信号强于-85dBm的覆盖面积为16.24%，通话质量优于4级的覆盖面积约为29.9%；小区室外C网信号强于-85dBm的覆盖面积为96.1%，Ec/Io-9dB的覆盖面积约为67.7%，FER1%的覆盖面积约为87.1%，小区室内C网信号强于-85dBm的覆盖面积为66.31%，Ec/Io-9dB的覆盖面积约为52.5%，FER1%的覆盖面积约为58.54%。在小区西北方向大约300米处有联通基站，但基站到小区之间有较高层建筑阻挡，根据现场勘测，小区过道、社区绿化带及公共室外健身场所的信号基本能正常通信，而在小区楼宇室内，大部分区域信号弱、通信质量差，切换频繁，无法建立正常通信，网络质量不能满足用户需要。5.4设计思路根据学田南苑现场勘测结果及周围环境因素，在信源的引入方式上，我们首选为光纤引入。因为整个学田新村住宅区整体规模较大，学田南苑仅为其中的一部分，考虑到今后整个小区的网络优化及建设方面，每个园区之间不能相互影响，产生干扰，保证整个网络稳定、可靠运行。常规的引入方式还有移频微波、无线接入两种方式，移频微波虽然有不需敷设光缆之优势，但作为城区，干扰源较多，网络间会产生相互干扰，使得网络的整体指标下降。一般情况我们建议在城郊、用户不太密集、基站相对较少的区域使用，只需要做单网覆盖时使用。无线引入的方式，由于他对建设点的特殊要求，只有在满足足够隔离度的情况下方可实施。一般无线引入多用于小范围覆盖，且不会对周围基站产生干扰的情况下采用。结合以上各项因素，本次方案采用光纤引入的方案实施，即方案4.1信源选择有两种，一种为微蜂窝直接接入，另一种为宏蜂窝耦合引入，在两种信源的选择上，微蜂窝接入一般用在用户数量较多、业务量比较繁忙、且用户较集中的区域。如：地铁、写字楼、大型公共场所等。设计时应尽量不使微蜂窝信号外泄，以免产生切换、掉话。宏蜂窝基站耦合引入，作为小区覆盖来讲比微蜂窝接入合理。其一、它可使宏蜂窝基站空闲信道得以充分利用，其二，对于整体网络优化不需对作过多的调整。耦合扇区只需与覆盖区同一方向即可，不需对周边基站做相邻切换关系。所以本次工程方案首选宏蜂窝基站耦合引入。分布方式上，考虑到整个小区没有架空线缆，馈线架设时不能影响小区整体环境，且在满足覆盖要求的同时节省覆盖天线的数量，结合以上要求，我们采用在架设点楼顶四角安装板式定向天线进行覆盖。5.5天线分布平面图5.6电磁兼容设计由于小区内没有移动公司的基站，故联通不会对移动网络造成干扰。采用基站耦合及光纤传输，避免了信号源引入C网和G网之间的无线干扰，同时所用设备在设计阶段就已经解决了C网和G网之间的电磁干扰，指标较高，采用高性能的双频合路器和高性能的基站天线，保证了整个系统的电磁兼容。5.7边缘场强计算每个天线的覆盖半径约为120米，每个天线出来的信号穿透1堵墙（每堵墙衰减取20dB），地面、墙壁及天花等物体反射的多径传输衰落储备取10dB，路径总衰减L=L自由+L墙+