2G改造3G.docx
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2G改造3G
2G－3G室内分布系统改造与升级
【摘要】WCDMA室内覆盖是中国移动WCDMA网络建设与优化的重点，本文在分析GSM与WCDMA室内覆盖系统不同点的基础上，对中国GSM室内覆盖系统升级3G的改造策略、覆盖效果和投资进行分析，并提出相关建议。
1概述
截至2004年年底，我国移动用户数为3.4亿，占全球移动用户的20%。
随着消费者对无线移动业务宽带化的日益需求，数据业务渐进成为新的增长点，通信网络渐进朝宽带化、智能化、个性化、多媒体网络方向发展。
技术创新与市场业务共同驱动了第三代移动通信系统3G的迅猛发展。
目前，尽管中国3G牌照发放形式、数量及时间表仍然扑朔迷离，但从芯片导通讯设备导网络及终端，整个产业链研发和制造进度非常迅速、成功。
预计导2005年6月，3G产品的商业化研发和制造将全部完成。
3G系统将凭借良好的通话质量、抗干扰性强、低辐射、保密性能好、接口统一、方便联网、运营费用低廉、业务丰富等优势，正在受到业内专家和广大消费者的青睐。
第三代移动通信系统的建设和投入使用无疑将是中国通信产业领域中最为人们注目关心的亮点和新的经济增长点。
在2G系统中，中国移动GSM室内覆盖网络，以其良好的服务质量Qos和服务品牌吸引了众多“热点”用户，成为中国移动主要经济效益来源之一。
在3G系统中，室内优化效果同样将是中国移动获取竞争优势的关键。
在3G建网初期，需要考虑对一些室内的热点地区引入专门的3G室内分布系统，因此如果已有2G室内分布系统，应优先考虑2G/3G之间共用室内分布系统。
对3G室内分布系统来讲，WCDMA系统与GSM系统存在基本技术的差异性，如何在原有的GSM室内分布系统基础上进行简单、有效而且经济、快速设计出改造升级建设方案，占据高速移动多媒体数据业务市场优势地位；如何解决新建系统和原有系统间相互干扰，是WCDMA网络建设和优化重要难题之一，也将是中国移动关注焦点之一。
由于WCDMA采用与GSM完全不同的技术（CDMA），无线资源和功率资源共享，是自干扰系统，同时WCDMA工作于更高工作频段，使其室内分布更具挑战性，表现在：
Ø混合业务特性：
GSM中不同用户或业务通过频率和时隙划分，以语音业务为主，低速数据业务为辅；而在WCDMA中，不同用户和业务共享信道资源，相互干扰，业务类型包括语音、数据、高速多媒体业务。
WCDMA室内分布如何考虑业务分布情况？
Ø软容量特性：
GSM中容量有硬件资源确定；而WCDMA容量具有软容量特性，通过设置不同的业务质量和负载要求调整容量，同时由于负载的不同而导致覆盖上的呼吸效应，使得网络覆盖随负载的不同而动态变化，较GSM系统难以规划。
WCDMA室内分布如何考虑容量和负载关系？
❑
Ø切换特性：
GSM中切换是硬切换；而WCDMA中引入软切换，提供网络质量的同时也消耗网络资源。
WCDMA室内分布如何考虑覆盖和边界切换问题？
Ø导频污染：
在GSM系统中，通过频分复用、跳频等方式避免同频干扰；而WCDMA中过多的小区覆盖同一地区将导致导频污染，增加小区间的干扰，影响网络性能和容量。
WCDMA室内分布如何控制导频污染？
Ø射频特性：
WCDMA工作频率相对GSM要求高，空间损耗加大，隔墙衰落更大，电缆损耗加剧，如何在现有的GSM室内分布系统进行改造、升级，才能经济、高效的共享现有分布系统？
如何解决信号源之间相互干扰问题？
室内覆盖有源设备不断增加，系统可靠性如何保证，如何在现有人力、物力基础有效的对系统进行监控和管理？
本文在比较WCDMA与GSM系统在终端性能、射频传输、业务类型、建设目标等差异的基础上，分析了如何从信号源选取与接入、分布系统改造、天线选型与功率等三个方面，对现有的GSM网络合理升级至3G网络。
23G室内分布系统原理与建设目标建议
3G室内分布系统就是利用室内天线分布系统将移动基站（或微蜂窝、直放站）的信号合理分布在室内每个角落，消除室内覆盖盲区，抑制外部。
从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖、富裕的网络容量和理想的服务质量，为室内的移动通信用户提供稳定、可靠的语音和数据、宽带多媒体业务。
系统主要由信号源、信号分布系统、覆盖天线三部分组成，如图所示。
室内覆盖面临的最大问题是如何根据室内环境、建筑结构和材料，利用无线电波传播的特点，设计出经济、方便、灵活、有效的覆盖方案，提升运营商服务质量和水平，满足3G业务需求。
根据无线电波传播理论，在相同输出功率下，覆盖范围小于2G，尽管3G系统采取了许多技术措施加以改善。
3G系统亮点在于数据业务，相对2G以话音业务为主，对信号的质量要求高于2G，解决室内信号覆盖主要靠室内覆盖系统，高于2G要求，对话务量密集区域和数据需求高区域要重点关注：
如写字楼、宾馆、饭店、办公楼、机场、火车站甚至地铁等。
下面就WCDMA室内分布系统工程技术指标提出几点建议：
【1】一般区域公用引导导频CPPICH功率≥－90dBm，公用引导导频Ec/Io≥－12dB（50％负载）
【2】重点区域导频功率≥－85dBm，导频Ec/Io≥－8dB（数据业务或语音密集区域）
【3】电梯、地下室区域导频功率≥－100dBm，导频Ec/Io≥－15dB
【4】外泄电平：
室外10米处导频功率≤－95dBm
【5】用户业务模型：
ﾧ话音业务12.2k忙时每用户0.02Erl
ﾧ数据（分组）电路64k忙时每用户0.002Erl
ﾧ分组业务忙时下行链路每用户吞吐量250bps；上行链路每用户吞吐量62.5bps
ﾧ分组业务为50%的用户使用
ﾧ分组业务CS64K流量比例，根据现场勘定或由运营商提高
【6】人均手机占有率以？
％计（由运营商制定）
【7】无线信道的呼损率取定为2%；中继电路呼损率取定为0.5%
【8】前向/反向业务信道误帧块率BLER如下表：
业务类型
BLER
语音
1﹪
CS64K
0.20%
PS64K
5%
PS128K
10%
PS384K
10%
【9】无线覆盖区内可接通率：
要求在无线覆盖区内的98%位置，99%的时间移动台可接入网络；
【10】覆盖区与周围各小区之间有良好的无间断切换；
【11】统计指标：
掉话率≤1.5%，呼叫建立成功率≥94%，切换成功率≥
94%。
【12】小区负荷最大为50%，此时单载波承载忙时话务按照15ERL计。
【13】系统话务吸收在95%以上。
补充说明：
边缘导频功率工程设计标准在未正式得到运营商前，按如上设计，是基于NodeB及用户终端UE灵敏度特性而言，如下表：
接收灵敏度
系统
终端
3G
-123dBm
-110dBm
WLAN
-76dBm
-76dBm
GSM
-110dBm
-104dBm
系统分析时，导频覆盖是较为重要的一个环节，通过分析EC/IO的强度，我们可以粗略的预计某种服务可能的覆盖范围。
基站的功率分配保留一定的功率分配余量。
Ec/Io大于-15dB的区域，进行话音呼叫的时候是可以保证起优良品质；Ec/Io小于-15dB的区域，仍可以通电话，服务可靠性较差。
Ec/Io小于-12dB的区域，在提供PS144K以上业务时，其服务可靠性可能会出现问题
考虑软切换及多径的影响，当FER满足条件时，BLER一定满足
3WCDMA与GSM900/DCS1800室内分布系统比较
3.1基站与终端性能参数比较
接收灵敏度
系统
终端
3G
-123dBm
-110dBm
WLAN
-76dBm
-76dBm
GSM
-110dBm
-104dBm
3.2业务与容量比较
网络体制
业务
GSM
语音业务为主，低速数据业务为辅
WCDMA
语音、数据、高速多媒体业务
3.3工程建设指标
网络体制
GSM
WCDMA
核心技术
TDMA、FDMA
CDMA
干扰来源
系统外部干扰
自干扰系统
基站识别
CID、BCCH
PN偏值
接收功率
BCCH之RxLev
PN偏值之RSSI
服务质量
RxQual
Ec/IoFERBLER
容量
语音容量、低速数据
语音、数据、多媒体速率
覆盖范围
固定，受限基站、有源设备功率
动态变化，随负载、业务类型、服务质量变化
基站发射功率
与DTX有关
共享功率资源，与负载、业务类型、服务质量相关
手机发射功率
功率大，动态范围小
低功率，开环和闭环控制，动态范围大
3.4馈线传输损耗比
传输电缆损耗
7/8馈线
1/2馈线
8D
1GHz（dB/100米）
4.12
7.28
14dB
1.8GHz（dB/100米）
5.75
10.1
20dB
2.0GHz（dB/100米
6.11
10.7
23dB
2.5GHz（dB/100米）
6.95
12.1
26dB
3.5自由空间损耗比
自由空间损耗
1m
5m
15m
20m
25m
GSM900（dB）
33.00
46.95
55
59.01
60.93
3G2100（dB）
39.20
53.16
62.4
65.20
67.16
3.6工作频率比较
网络
下行（MHz）
上行（MHz）
中国移动GSM
935MHz～960MHz；
885MHz～915MHz
中国移动DCS
1805～1820MHz
1710～1725MHz
WCDMA
2110—2170MHz
：
1920—1980MHz
3.7穿透损耗比较
阻挡损耗
混凝土墙
混凝土楼板
天花板
金属楼梯
850MHz
5dB
4dB
1~2dB
2dB
1900MHz
13dB
10dB
1~8dB
5dB
2400MHz
14dB
11.5dB
1.4~9dB
7dB
4GSM900/DCS1800改造与升级原则
Ø升级改造室内覆盖系统性能优先
确保原有GSM/WLAN/DCS网络在改造后能达到覆盖效果；
确保原有网络不受WCDMA网络干扰
确保新建WCDMA覆盖、质量、容量要求
确保原有网络不干扰新建WCDMA网络
Ø利旧原则，控制投资成本
尽量利用原有系统的设备、器件，控制改造成本；
尽量采用原有设计思路，建设设备、器件投入；
尽量改善功分器、耦合器、射频电缆的积累损耗，达到覆盖效果；
对改造后的器件、电缆重复利用，减少投入；
Ø高效、简单，工程便利
尽量利用现有“分区”结构，减少升级改造难点，降低工程改造难度；
科学、认真态度，一次改造，一次符合覆盖要求，减少返工现象；
新建GSM室内覆盖系统参照3G室内覆盖设计思路，作好接口和功率预留；
5WCDMA信源源接入
5.1信号源选择
WCDMA室内分布系统信号源选取，需在认真的现场勘测基础上，科学的对室内质量、容量、覆盖场强、业务潜力进行全面分析，结合楼宇实际情况，考虑传输、机房、安全等因素，最终确立信号源类型（微蜂窝、基站、RRU、直放站等）。
在3G网络中，将会有许多室内覆盖方面的需求，但从容量角度考虑，可以简化成以下情形：
Ø所覆盖的区域容量要求较低，只是有覆盖方面的需求，这类覆盖区域可以用直放站解决。
Ø覆盖区域有较高的容量需求，建议使用微蜂窝或RF远端模块。
Ø室内覆盖微蜂窝与室外宏站频点的使用，应注意如下问题：
❑采用相同频点，室内与室外切换为软切换，有软切换增益，但相同频点可能有干扰。
❑
选用不同频点，室内与室外切换为硬切换。
考虑频率资源是否允许使用多频点。
Ø在以直放站作信源时，需注意以下几个问题：
❑同频直放站施主天线接收信号“强、纯、稳”，保证直放站输出信号稳定、纯净、功率满足设计要求；同时满足收发隔离度要求以及与其它网络系统间的隔离同频直放站适用于有覆盖需求，但容量小的情况。
直放站所在小区负荷要求较低。
移频直放站需注意远端机与近端机视距关系；
光纤直放站需注意传输铺设建设难度和建设周期；
❑直放站设计功率留有一定的余量，同时最大程度降低直放站噪声对施主基站的影响；
5.2信号源输出功
在WCDMA中，不同用户和业务共享信道资源，工作频率范围相同，共享功率资源，相互干扰，系统的覆盖范围、容量、质量相互关联，需考虑因“呼吸效应”引起的输出功率变化。
如下表所示：
每小区平均UE数
10
20
30
40
50
60
70
负载因子
0.179
0.356
0.489
0.538
0.582
0.573
0.604
总发射功率
37.49
40.21
42.19
42.79
42.88
42.89
42.89
满意率
1
0.992
0.935
0.77
0.671
0.56
0.505
软切换比例
0.147
0.153
0.132
0.106
0.08
0.068
0.057
负载与功率、服务质量、软切换动态仿真数据
假设基站最大总功率20W＝43dBm:
－导频功率占总功率的10%=20W*10%=2W=33dBm；
－主同步、从同步信道及其它信道占总功率的10%=20W*10%=2W=33dBm；
－其它为业务信道；
－空载时发射功率约为4W=36dBm，Ec/Io＝-3dB；
－50%负荷时，基站发射总功率约为（20w-4w）*50%+4w=12w=40.7dBm
－理想满载时，发生功率为20W=43dBm
系统设计中按50％负载进行设计。
下图为不考虑满功率设置分布系统，其可能导致，导频信号良好，业务信道因其信号弱，接收机不能正常解调，导致接入失败或掉话产生。
5.3NodeB功率配置
由于基站发射机功率放大器为所有连接用户所共享，所有的公共信道、业务信道等信道都要参加功放有限功率的分配，因此在功放最大发射功率一定的情况下，要综合考虑各信道的功率关系，不能顾此失彼。
特别是对不同业务信道最大功率的配置将是影响不同业务小区下行覆盖范围的一个重要因素。
此值若取的过大，则当移动终端处于小区边缘时所消耗的功率很大，而且对其它小区的干扰也较大；此值若取的太小，则本业务的小区覆盖范围过小。
这就要求设计网络时细致考虑上下行链路平衡关系、导频功率和各业务信道功率配置等因素，最大效能地利用有限的基站功放发射功率，在一定的容量负荷和通信质量的情况下使小区覆盖达到最大。
基站Tx最大发射功率
43dBm
ETx最大发射功率（CS）
21dBm
UETx最大发射功率（PS）
24dBm
公共信道功率（DL）
大约为最大发射功率的20%
CPICH
33dBm
PCCPCH
5dB
PSCH
-3dB
SSCH
3dB
FACH
2dB
PCH
5dB
DCHforPS384
（3dB，-22dB）
DCHforPS144
（3dB，-22dB）
DCHforCS12.2
（3dB，-28dB）
基站信道功率配置一旦确定，导频信号发射功率是一个恒定不变的值，导频信号不具有功率控制功能，因此其小区覆盖范围是一定的，而且导频信号电平是各业务信道的参考电平值，无线基站如果想要在某小区提供某种业务，必须首先满足导频信号的要求，否则业务信参数设置再好也无济于事。
由于导频信号的这种特殊性，使得网络规划设计时许多性能参数与导频信号有密切关系。
例如，对导频信号强度提出要求，通过计算或测试便可确定各业务在一定通信质量下的覆盖范围，这种对导频信号强度的要求，实际上反映的是对接收机灵敏度的要求，业务覆盖（DL）的导频强度要求越是严格，说明接收机灵敏度越差，此业务的覆盖范围越小。
5.4系统间相互干扰
WCDMA网络需通过增加合路器，才能接入原网络分布覆盖系统，从而实现无源天馈部分的共享。
如图所示。
由于WCDMA与GSM网络共享一个分布系统，相互之间会产生干扰。
有源设备在发射有用信号同时，在带外还会产生杂散、谐波、互调等无用信号，这些信号落到其它系统工作频段内，形成干扰。
多系统干扰原因：
–热噪声的增加（N）：
移动通信系统白噪声电平,如图
–离散的干扰:
同频（C）、邻道（A）（带外辐射、杂散辐射）、互调（含交调和倍频）
–强干扰引起的阻塞（B）：
干扰源滤波特性及自身的带外抑制能力CDMA码分系统具有较强的抗干扰能力，带宽越大而抗干扰能力越强；传输速率越高而越弱。
同时也是自干扰系统。
系统干扰对码分系统可化作噪声的增加从而转化成系统容量的下降或覆盖区减小。
因此，系统需考虑性能良好的合路器件进行隔离，工程现场通过适当拉开安装间距加以提高隔离性能。
另外，由于合路器的引入，CDMA发射峰值功率更高，对合路器的通过功率要求更苛刻。
系统各自的有源设备的杂散发射指标，包含直放站、干放、微蜂窝和宏蜂窝，必须严格符合各自的协议标准；
6分布系统改造
室内分布系统的网络拓扑结构影响到系统功率分配和工程施工，以及将来系统维护和升级工作，同时也直接影响系统的性价比。
因此在拓扑结构上要从功率分配、工程难度、性价比方面全面考虑：
1）整体设计思路，避免同一站点多期覆盖、多期建设。
2）对于较大站点（覆盖面积大、人流量大、用户多的站点）应采用多小区覆盖设计理念。
系统网络拓扑结构应该从多小区覆盖的设计思路出发，预留出多小区接入的信号接入点，各小区在拓扑结构上相互独立，不交叠。
同时，也要考虑到改为基站信号覆盖后要减少部分干放，减少系统干放数量后，网络的修补工作。
3）合理设计有源设备的安装位置，尽量避免因馈线损耗积累而引起的功率损耗，减少干放使用数量。
4）合理使用功分器与耦合器，灵活分配系统功率，减少馈线的重复走线。
a）耦合型设计思路：
器件、馈线损耗大
b）功分型设计思路：
馈线重复走线多，工程难度大，功率难以均衡
c）功放耦合型设计思路：
积累损耗较小，工程难度一般，功率利用率高
已建GSM室内分布系统升级3G时，尽量在原因系统基础上进行改造，降低系统投资成本，主要从以下几个方面考虑：
1）所有无源器件满足WCDMA室内分布技术规范要求：
❑无源器件包括：
功分器、耦合器
工作频率：
考虑WLAN，频率为800－2500
其它技术指标在网络工作频段内具有良好的频响特性，如插损、通过功率、互通特性、驻波比等
特别注意：
靠近信号源及干放处无源器件下行功率要>200W。
2）射频电缆是分布系统重要投资资源，需慎重处理成本控制与功率问题射频电缆是室内分布信号传输主要载体，同时也是信号损耗主要原因,系统楼层馈线中原有长度超过10m的8D馈线根据需要更换为1/2馈线，提高本层覆盖功率和覆盖效果；系统楼层馈线中原有长度超过30m的1/2馈线根据需要更换为7/8馈线，可提高本层覆盖功率和覆盖效果；（工程难点大的除外）
主干馈线中长度超过30m的1/2馈线均需更换为7/8馈线。
充分利用改造中的1/2馈线与接头资源。
3）灵活运用功分器和耦合器进行功率有效分配，降低器件积累损耗
如图所示，该GSM网络改造方案方法及投资分析如下表所示：
方案
效果预测
投资成本分析
直接接入等功率干放
末端天线由于其前所有耦合器件、馈线损耗、3G频率特性，天线口功率极弱，
成本为WCDMA干放，当性价比差，达不到覆盖效果
直接接入大功率干放
具干放近端天线口功率极大，系统功率分配不均，大功率干放对信源有影响
成本为WCDMA干放，当性价比差，达不到覆盖效果，容易干扰基站，降低系统容量
直接接入等功率干放，将1/2馈线更换为7/8馈线
基本能达到覆盖效果
成本为馈线、接头成本，改造难度大，性价比低
直接接入等功率干放，进行如图改造
降低器件和馈线积累损耗，能很好的到达覆盖
成本为新增馈线和2个接头，工程量少，性价比极高
4）充分利用现有分区结构，合理选择3G系统功率补偿点及补偿功率由于有源GSM网络室内分布系统采用干放进行信号功率补偿，引入WCDMA网络同样需要进行功率放大。
典型的改造方案有：
共用总线型
就把2G、3G、WLAN信号源通过定制的合路器进行合并，径主干路由耦合分配功率，再通过支持相应频宽的分布式天馈系统（简称WBICS）进行室内覆盖。
在功率弱时，使用合路器对信号进行分路，经干放放大、合路进行覆盖。
如图。
该改造方案特点有：
Ø系统能量分配预算按衰耗最大的系统进行设计，设计预算简单;
Ø2G、3G功率放大设备需在合路器合理前进行功率适当匹配，才能达到同样的覆盖效果和覆盖范围。
Ø在无须或者暂时无法开通3G的室内分布系统中，可将多频合路器中的接口用负载暂时代掉。
Ø在引入功率放大设备是，为防止系统间干扰，需进行信号分离，系统升级成本较高，增加工程改造难度。
Ø为使得3G达到覆盖效果，会浪费一部分GSM系统功率，设备功率资源利用不充分。
独立总线型
参照2G室内覆盖主干路由路径，3G信号源经独立的主干路由，在各覆盖“分区”接点，通过合路器，接入原2G室内覆盖系统进行覆盖。
必要时在接入前，加装功率放大器。
如图:
该改造方案特点有：
Ø系统能量分配预算按照2G、3G系统损耗进行独立设计，设计预算简单;
Ø2G、3G功率放大设备需在合路器合理前进行功率适当匹配，才能达到同样的覆盖效果和覆盖范围。
Ø在无须或者暂时无法开通3G的室内分布系统中，可将多频合路器中的接口用负载暂时代掉。
Ø由于独立设计主干路由，增加物业和工程改造难度。
实际改造中，对于原GSM干放较多情况，由于小区多，如按照GSM干放接点汇接WCDMA干放，系统成本高，干放噪声积累将严重降低基站灵敏度。
因此可以采用如下图所示方式进行。
采用大功率的干放，经功分器分离后，引入相应的GSM干放接点，经合路器汇接到无源天馈系统中，可大大降低系统成本，减少对NodeB系统的干扰。
7天线口功率、定位及天线类型
室内分布天线定位、功率、天线类型及指标最终影响到系统的覆盖效果，因此，天线的类型、布放密度和安装位置要充分提高各天线覆盖效率和覆盖要求。
a）对于楼层房间和地下停产场等公共开阔区域覆盖，天线位置尽量安放与交叉区域，兼顾覆盖走梯、电梯厅出入口等区域;
b）对于高层建筑四周存在“乒乓切换”、“孤岛效应”区域，要从天线口功率电平和天线类型、安装方式来设计、定位。
c）对于低层（B1F－2F）区域，要防止信号泄漏，室外用户占有不使用室内系统信号，从天线类型、天线安装位置和功率进行设计和定位。
d）注意楼层间，特别是停车场上下出入口的正常切换;
e）对于只做电梯专项覆盖，要考虑到电梯厅覆盖效果，以及电梯出入口正常切换，合理选择八木或板状天线进行覆盖。
1）电梯覆盖天线改造典型GSM900网络电梯设计思路有专项覆盖和兼容覆盖，此处只讨论专项覆盖升级改造问题。
2G设计思路:
升级会员 