3GWCDMA室内覆盖指导1建设规划原则10.docx
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3GWCDMA室内覆盖指导1建设规划原则10
WCDMA室内覆盖
分布系统建设
武汉邮电科学研究院
武汉虹信通信技术有限责任公司
文档修订记录
序号
修订人
修订内容简述
修订日期
修订后版本号
1
肖碧华
建立
2005/3/1
V1.0
2
吴恺
添加设计指导、验收指导
方案模板
2005-3-24
V1.0
3
肖碧华
室内覆盖设计标准数据更改
2005/3/25
V1.0.1
目录
前言1
一、中国移动通信网络室内覆盖现状2
二、3G室内覆盖建设要求3
2.1、WCDMA系统室内覆盖建设规划3
2.2、WCDMA系统室内覆盖建设要点4
2.2.1、覆盖区域的划分4
2.2.2、不同业务对信号强度和信号质量的要求4
2.2.3、话务量分析5
2.2.4、切换6
2.2.5、频率规划7
2.2.6、天线的布放及功率输出要求8
2.2.7、室内覆盖设计标准9
2.3、WCDMA系统室内覆盖设计思路10
2.3.1、解决方案10
2.3.2、有源设备的选用11
2.3.3、无源器件的选用11
2.3.4、天线的布放11
2.3.5、功率的分配11
三、3G室内覆盖建设原则12
3.1、当前室内分布系统是否满足3G建设需求12
3.1.1、原系统基本不能满足3G需求12
3.1.2、原系统通过改造能够满足3G需求12
3.1.3、原系统可以满足3G需求13
3.1.4、还未做室内覆盖13
3.2、对现有室内分布系统的改造13
3.2.1、有源器件的改造13
3.2.2、无源器件的改造14
3.2.3、天线布局的改造15
3.3、分布系统的共用18
3.3.1、多系统共用室内分布式系统干扰分析18
3.3.2、分布系统的共用方式22
3.3.3、天线的共用23
3.4、直放站的使用原则24
四、3G室内覆盖规划流程25
五、室内分布工程的评估27
前言
目前，第三代陆地蜂窝移动通信（3G）逐步趋于理性发展，WCDMA实验网或商用网在多个国家已经建成或正在积极准备。
我国几大通信运营商对3G技术发展和市场给予极大的关注，中国的第三代移动通信网络建设已经进入现场试验阶段。
WCDMA技术是3G标准系列家族中三大主流标准之一，能够实现GSM网络的平滑过渡。
从全球漫游方面看，由于GSM运营网络在全球占有主导地位，获得3G移动牌照的运营商绝大多数选择了WCDMA标准，我们相信WCDMA系统在中国将具有广阔的发展前景。
无线通信最重要的是有一个可靠的覆盖网络。
由于无线电波传播环境的复杂性，加上地形、地物的影响以及城市规划和经济的发展，使得覆盖不良的原因有许多，主要原因是建筑物材料固有的屏蔽作用，增加了无线信号的穿透损耗，影响了网络的信号接收。
WCDMA网络的频段在2GHz频带范围，穿透能力比900MHz弱，因此，单纯依靠室外站解决室内覆盖是远远不够的。
根据国外某3G运营商的统计数据显示，在3G网络中，室外的业务量（包括话音和数据）仅占整个网络业务量的30%左右，而室内（包括办公楼、居民楼和地铁等）业务量差不多占到整个网络业务量的70%。
而且国外在建设室内覆盖时，往往还没有我国这么重视，这是因为国情存在着很大差异。
比如在欧洲，建筑物比较矮，穿透损耗也小一些，而在我国，特别是在大城市的密集城区，楼层很高，穿透损耗很大，对于3G网络更是如此；再比如日本，因为日本的公司一般不给员工报销手机费，他们如果在室内，一般会使用固定电话，这就降低了室内的话务量；还有香港，由于运营商在建筑物内安装室内覆盖系统时，要向物业管理部门交纳很昂贵的租金，这也降低了运营商对室内覆盖系统的关心程度。
结合我国的实际国情，可以预见，随着3G移动通信市场的发展，室内用户的业务量将会越来越多，室内业务量也将会成为对网络业务贡献较高的部分。
因此，解决好室内覆盖将成为WCDMA网络建设的重要组成部分。
由于中国移动的2G室内分布系统已经相当完善，所以在建设WCDMA室内覆盖系统时，几乎所有的建筑物都会遇到和2G室内分布系统共用的问题。
即使对于3G网络开通之后建成的大楼，也必然会建设2G的室内覆盖，所以和2G共用分布系统的问题十分重要。
从不同运营商与设备供应商在全国几个大型城市建设的WCDMA试验网和室内分布系统改造试点工程的测试结果上了解，WCDMA与GSM共用室内分布系统是可行的。
因此我们认为在需要建3G室内分布系统的场所，如果已有2G室内分布系统，则优先考虑共用2G室内分布系统，以便尽可能地节省投资。
3G和2G共用室内分布系统时，主要采取原系统信号馈入点处加装合路器来实现多系统的共享。
如果决定在建设3G室内覆盖要和2G共用室内分布系统时，应该坚持以下原则：
Ø确保原有网络（主要是GSM）在改造后仍能达到覆盖要求；
Ø尽量利用原分布系统的设备和器件，控制改造成本；
Ø兼容所有中国移动通信体制：
GSM900、DCS1800、WCDMA（2GHz频段）、WLAN，增加新的系统简单方便。
一、中国移动通信网络室内覆盖现状
据统计，中国移动通信的GSM网络已经覆盖全国绝大多数县（市），主要交通干线实现连续覆盖，城市内重点地区基本实现室内覆盖；在全国36个重要城市中，中国移动的覆盖率平均值为99.86％，网络接通率平均值为98.24％；所有省（区、市）公司网络运行指标皆达到基本要求，其中19个省（区、市）的指标达到优秀水平；中国移动在全国高速公路的平均覆盖率达到96％以上，其中13个省（区、市）公司的覆盖率在99％以上；在三星级酒店等室内重要场所覆盖率平均水平达到99.9％。
从这些数据可以看出，中国移动的2G网络室内分布系统已经相当完善。
中国移动通信从1999年开始建设室内分布系统，到2004年底，已建成室内分布覆盖范围包括了星级酒店、大型写字楼，政府机关、大型商场、会展中心、休闲广场、旅游景点以及居民小区等场所，有效的吸收了话务量，解决覆盖区域的弱信号及信号干扰（孤岛效应和乒乓效应），减少了投诉。
在覆盖区域上也有较大的变化，从最初的部分覆盖或仅覆盖客流量较大的公共区域到现在全方位（包括电梯、地下室等人流量小区域）的覆盖,从整体上提高了移动公司的竞争力和客户满意度。
据不完全统计，在目前的GSM的室内覆盖系统中，大约有1/3多一点的室内分布系统是可以和3G系统共用的，剩余部分不能实现两个分布系统的共用是因为其中多数是建造比较早，限制两种通信制式共用室内分布系统的主要因素有：
Ø原系统中使用的功分器、耦合器、天线等无源器件不兼容3G；
Ø原系统中使用了窄带的功率放大器（干放）等有源设备；
Ø原系统中的天线位置和数量不能满足3G室内覆盖需求；
Ø原系统中使用的电缆等传输材料对3G信号衰耗过大；
Ø……
造成当前状况的主要原因是：
在室内分布系统建设初期，GSM系统是中国移动发展的主要目标，由于建设周期和建设投入等方面的原因，较早建成的室内分布系统都只考虑了GSM系统；并且当时3G还未提出，对于室内分布系统的可升级性、扩容性等指标还未做充分准备，因此造成现在很多室内分布系统结构单一、性能指标较差等弊端。
近期完成的室内覆盖工程，由于使用了更先进的设计思想，在无源器件的选择、天线布放方式、功率控制等方面都考虑到了3G等其它制式的通信体系，也预留了扩容端口，为系统升级提供了一些便利；由于GSM系统业务类型简单，一般不存在业务区划分等问题，所以在分布系统的共用问题上还是存在一些问题，但是经过简单整改和规划，这些问题应该都能够得到比较好的解决。
二、3G室内覆盖建设要求
3G将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合，除了传统2G系统提供的语音业务以外，还提供可变速率的数据业务、活动视频会话业务、多媒体业务等，因此中国移动建设的WCDMA网络将要面对的是包含非常复杂需求的用户群体，对网络服务质量衡量的标准包括不同环境下的基本语音业务覆盖、呼叫成功率、通话质量，以及对数据业务的可靠性、吞吐量和时延等，这些都对无线网络规划提出了更高、更严格的要求。
在移动通信网络建设的初期，从市场竞争、用户数量、业务需求以及投资等综合因素考虑，无线网络的覆盖范围较容量而言显得更为重要。
因为在3G网络建设的初期，3G终端数量不会很多，但都集中在对数据业务有较高要求的高端用户，如果网络覆盖不连续，即使是使用双模终端（GSM&WCDMA）的用户，也会频繁出现掉话、系统间切换等现象，这将造成用户对3G的信任感大大降低，不利于用户群的形成，所以我们建议在网络建设初期，以扩大信号的覆盖范围为主。
2.1、WCDMA系统室内覆盖建设规划
室内覆盖系统的建设是WCDMA网络建设的重要组成部分。
结合WCDMA网络建设总的策略以及室内覆盖系统的特点，我们建议规划WCDMA系统室内覆盖建设时采用下面的原则：
1）室内覆盖系统与室外系统应该同时建设。
根据对2G话务量的统计和目前国外的一些3G运营商的统计数据来看，来自室内的话务量占有相当大的比例。
假设室内没有3G信号覆盖，用户出入建筑物时会频繁地在2G和3G系统之间进行切换，不但增加了信令开销，而且系统间的切换成功率很低，极易造成掉话。
如果建设室内覆盖系统比较晚，不仅会使一些话务量流失，而且会影响运营商的形象，对中国移动发展3G用户不利。
2）在WCDMA网络建设的初期，结合2G的经验以及考虑到投资的效益等问题，主要考虑重要建筑物、办公楼和公共场所的室内覆盖。
3）在WCDMA网络发展到中期以后，由于3G用户逐渐占主流地位，在次重要的建筑物内的3G用户也很多，所以应该进入3G室内覆盖系统的大规模建设时期。
4）在进行WCDMA室内覆盖的建设时，应当根据建筑物的重要程度实现不同等级的信号覆盖水平。
建筑物的重要程度可以参考2G或者WLAN的话务统计数据来确定。
5）在进行室内覆盖时，建议采用同频方案。
这样做的优点在于今后网络扩容时，可以做到室外和室内同步进行，另外同频切换的成功率也高于异频切换。
虽然在某些高楼的高层，来自室外的干扰信号比较强，但这是局部的、个别的情况，通过室内仔细的设计和规划，应该是可以避免的。
6）在室内信号较弱或为覆盖盲区的环境中，在能够获取较纯净且稳定的基站信号的条件下，优先考虑采用直放站（无线或者光纤）作为室内分布系统的信号引入设备，以节省投资；在信号杂乱且不稳定的无线环境中，则避免使用无线直放站引入信号，代之以微蜂窝或宏蜂窝基站作为信号源。
2.2、WCDMA系统室内覆盖建设要点
2.2.1、覆盖区域的划分
3G室内分布系统的设置原则是满足市区大型建筑物及重要地域话务分布的要求。
根据对市区大型建筑物或重要地域室内用户数量的估计及对覆盖区的要求，一般优先考虑如下用户集中、人口密集的大型建筑或重要地域：
1）高档商务写字楼、酒店内及公共区域；
2）人员集中、知名度高的办公写字楼；
3）大型展馆、娱乐餐饮场所、机场车站等交通枢纽楼及交易会所等重要公共场所；
4）面积大、人流量大、经济情况好的商场、超市等；
5）地铁、隧道、地下商场、停车场等。
WCDMA系统需要提供给用户如可视电话、多媒体、高速率下载等丰富的业务类型，但是高速率意味着高容量的无线网络，也意味着更高的服务质量和服务水平，这又直接和网络建设的投入相关联。
由于不同的用户群在不同的环境需要的服务不一样，因此在整个网络规划时就有必要按业务需求规划资源分配，以节省前期投资，并加快网络建设速度。
所以在WCDMA网络建设方案实施前，需要对覆盖目标做详细的规划标准和所需要的服务等级，一般可按人流量和业务量分为：
Ø重要区域（人流量大、对数据业务要求高）；
Ø次重要区域（人流量大，有少数数据业务需求）；
Ø一般区域（人流量较大，主要考虑语音业务）；
Ø非重点考虑的区域（如洗手间、储藏室等区域，人流量小，能提供基本的语音业务即可）。
按照不同区域对业务需求不同，需要提供的服务等级和规划目标可分为：
Ø重要区域：
要求CS12.2K、CS64K、PS384K的连续覆盖；
Ø次重要区域：
要求CS12.2K、CS64K、PS128K的连续覆盖；
Ø一般区域：
要求CS12.2K、CS64K的连续覆盖，可以考虑补充PS64K业务；
Ø非重点考虑的区域：
保证CS12.2K业务。
2.2.2、不同业务对信号强度和信号质量的要求
下表中不同业务对Eb/No的要求是仿真的结果，它可以根据实际的室内覆盖系统进行调整，因为在室内的小区内，没有天线的分集接收，并且用户的移动速度比较慢。
表2-1不同业务对信号质量的要求
（Eb/No是在解扩频后的信号的信噪比。
它取决于所使用的业务，比特率，多径的衰落信道，天线的分集接收，移动用户的运动速度等等。
）
根据实际工程的测试结果看，WCDMA系统提供的不同业务对信号强度、信号质量的要求不一样，当无线环境较为简单（导频数量少于3个）、且系统负载还远没有达到理论上的极限容量时，如果导频功率≥—85dBm、Ec/Io≥—7dB，系统就能够很好保证CS12.2K、CS64K、PS384K等主要业务；对于一般数据业务要求不高的区域，需保证提供CS12.2K、CS64K业务，可以考虑补充PS128K或PS64K业务，这种情况在导频功率≥—90dBm、Ec/Io≥—12dB时即可保证；对于最基本的CS12.2K业务，导频功率≥—100dBm、Ec/Io≥—15dB时基本都可以保证，在导频功率≥—120dBm、Ec/Io≥—20dB还可以维持。
2.2.3、话务量分析
以前的移动通信网（主要指GSM）都是电路交换，换句话说是单业务模型，每个用户都在相同大小的信道上传送数据，这类网络可以很容易地使用爱尔兰B公式进行规划。
而在WCDMA系统中，这方面的统计变得较为复杂，因为该系统不仅有电路交换网络（CSnetwork）提供的连接服务，还有分组交换网络（PSnetwork）提供的连接服务；同时存在的业务类型也是多种多样，例如话音、视频电话、E-Mail、网页浏览等等，每种业务需要占用不同数量的网络资源，并且对信号质量的要求也不一样，所以单纯的用爱尔兰来定义话务量已经变得不太切合实际。
下表是试验工程中单小区所支持的不同业务类型容量测试结果：
实际网络环境下的小区容量
业务类型
上行50％负载、下行75％负载
同时支持的用户数
深圳试验
上海实验
CS12.2K
59～69
53～75
CS64K
6～8
5～8
PS64K
10～14
—
PS128K
5～7
PS144K
—
5～8
PS384K
2～3
2～3
表2-2实际网络环境下的小区容量
在做网络规划及业务需求分析的时候，可以参考该表选取合适的信源。
下表是试验工程中数据业务和话音业务的等效关系的测试结果：
业务类型
BLERT
上行等效CS12.2K用户个数
下行等效CS12.2K用户个数
深圳试验
BLERT0.79%
上海试验
BLERT1%
深圳试验
BLERT0.79%
上海试验
BLERT1%
CS64K
0.50%
8.6
—
10.8
—
1%
—
7.8
—
9.6～10.0
PS64K
5%
—
5.9
—
PS128K
5%
10.8
—
PS144K
5%
—
9.3～10.0
PS384K
5%
28.4
26.6～27.8
表2-3实际网络环境下数据业务和话音业务的等效关系
下表是试验工程中单小区不同环境下允许接入PS64/384K的用户数：
容许接入的PS64K/384K个数
下行最大负载
40%
50%
BLERT1%
1
2
BLERT5%
2
2
BLERT10%
3
4
表2-4单小区不同环境下允许接入数据业务的用户数
由（表2-4）可以看出，当降低业务质量要求时，还可以提高一定系统容量。
由于实际网络中可能同时提供CS12.2K、CS64K、PS64K、PS128K、PS144K及PS384K业务，为了尽可能准确的预计室内WCDMA系统的业务需求量，我们建议在前期规划中，将语音业务和数据业务的需求分开考虑：
✧CS域的业务；
从（表2-2）、（表2-3）可以发现，在相同负载和信号质量条件下，一个CS64K业务占用的系统资源大致相当于8个CS12.2K业务需要的系统资源。
所以在计算系统业务量时，可以将CS域的业务需求先等效为CS12.2K业务，然后用爱尔兰模型计算大致所需信道数。
✧PS域的业务：
从（表2-3）结论，虽然PS域的业务也可以等效为CS12.2K，但是这是在人为创造的理想环境下（即系统只能提供某一种业务）的试验结果，实际情况将比这复杂得多。
因为到目前为止还没有一个好的模型能够精确计算WCDMA系统中PS域的混合业务量，所以建议WCDMA系统的数据业务需求量的规划最好是参考移动公司对不同场合的原WLAN和GPRS的业务量统计，如果该场合原来有较多数据业务需求，则认为是“热点地区”，在资源规划时要重点考虑。
但是WLAN以其自身的技术特点和价格优势对3G的数据业务起到了一定的竞争作用，这也是不容否认的。
对于WCDMA室内覆盖系统的业务需求及资源优化配置，都还需要针对实际工程作后续跟踪监视和调整，以达到最佳配置比。
2.2.4、切换
WCDMA系统中，切换的种类按照MS与网络之间连接建立释放的情况可以分为：
更软切换、软切换、硬切换；在R99里，还包括WCDMA系统和GSM系统间的异系统硬切换。
从实际WCDMA系统室内覆盖工程（室内为WCDMA信号全覆盖）测试结果看，WCDMA系统内部的切换成功率相对很高：
CS12.2K：
软切换、更软切换、硬切换成功率都很高，可以保证在99％以上；
CS64K：
在信号覆盖场强较均匀区域，软切换成功率很高；硬切换，特别是异频硬切换成功率不高，主要问题是在信号过渡区容易掉话，即使不掉话也会因为频繁启动压缩模式造成图像质量下降；
PS384K：
从实验工程测试结果看，数据业务切换出现的问题比较复杂。
在相邻两个同频小区间做切换时，上行能够维持在5kBytes/sec；下行则存在不同情况，如果在临小区为40kBytes/sec时，则切换到本小区将出现数据停止传不动的情况；而在15kBytes/sec的速率切入时，则能够一直保持7.5kBytes的下载速率。
这里需要说明的是WCDMA←→GSM系统间的切换，就目前国内各个运营商的实际情况来讲，也只有中国移动面临这一问题。
结合已经开通并作过相应测试的工程，我们发现：
在实际环境下，不同双模（GSM&WCDMA）终端从WCDMA网络切换到GSM网络成功率都相对较高（95％以上）；但是终端从GSM网络返回3G网络的过程中，情况就相对复杂一些：
✧有的立即返回3G网络，有的却需要3~6分钟，此期间终端不登陆任何一个网络；
✧有些区域，终端在3G、2G两个网络间振荡，进行“乒乓重选”；
✧在高速移动的环境下，终端有可能来不及完成2G到3G的重选。
由于不同的终端在测试过程中存在着较大个体差异，造成的原因初步分析可能是双模终端的技术尚不够成熟，待WCDMA系统大量进入商用后，这一问题应该能够得到解决。
2.2.5、频率规划
在进行3G室内覆盖系统建设时，有两种方案，一种是同频方案，即室内系统与室外系统使用相同的频率；另一种是异频方案，即室内系统与室外系统使用不同的频率。
采用同频方案的好处是能够节省有限的频率资源；而且室、内外同频的情况下系统内部的切换都是软切换或更软切换，进出建筑物的切换成功率将有更高的保证；另一方面，如果将来网络扩容，可以做到室内和室外同步进行，能避免大范围的频率优化调整。
但在无线环境较为复杂的区域（如密集城区的超高建筑物内）还采用同频方案，则可能出现比较严重的干扰问题。
原因是在这些区域内、特别是高层建筑物的窗边，一般都能够接收到多个来自室外系统的信号，并且普遍较强，如果还采用同频方案，只会让室内信号更加复杂，甚至造成严重的导频污染。
异频方案则可以有效避免出现这种干扰问题。
异频方案存在的问题是需要重新分配一个频点，这样会人为的在室内引入异频硬切换，切换成功率没有同频之间的高；并且在将来的网络扩容中需要重新规划、调整，可能带来极大的不便。
建议：
Ø如果建筑物不高，并且造成建筑物内WCDMA信号不好的主要原因是因为信号强度不够的情况下，建议采用同频方案；
Ø对于高层或超高层建筑，特别是高层无线环境复杂的情况，建议低层采用同频方案，中、高层采用异频方案，这样既能保证进出建筑物时的切换成功率，又能有效避免高层的干扰，还能够为室内用户提供足够的资源。
至于室内低层与高层之间的异频硬切换，需要通过合理的设计以尽可能的减小因为引入硬切换而造成的问题。
2.2.6、天线的布放及功率输出要求
以下是全向天线对不同制式电信号的传播模测结果，可供实际工程参考：
天线性能指标：
频率范围：
824-960MHz&1710-2500MHz
VSWR：
<1.5
Gain：
2dBi
图2-1天线覆盖范围测试模型
终端在不同位置接收到信号强度的统计结果：
发射天线入口电平
终端接收信号强度
-5
（dBm）
0
（dBm）
5
（dBm）
10
（dBm）
距离发射天线2M（GSM）
-50.11
-48.44
-31.17
-33.20
距离发射天线2M（WCDMA）
-58.25
-53.84
-52.26
-40.30
距离发射天线4M（GSM）
-51.78
-64.04
-39.69
-43.42
距离发射天线4M（WCDMA）
-61.76
-51.55
-51.05
-50.54
距离发射天线6M（GSM）
-57.53
-52.09
-48.58
-46.08
距离发射天线6M（WCDMA）
-60.08
-61.14
-61.22
-57.96
距离发射天线8M（GSM）
-52.35
-54.58
-52.14
-41.95
距离发射天线8M（WCDMA）
-64.35
-57.42
-50.73
-51.59
距离发射天线10M（GSM）
-57.93
-57.37
-59.80
-42.65
距离发射天线10M（WCDMA）
-68.63
-66.39
-65.99
-52.33
表2-5天线覆盖范围测试结果
由上表我们可以发现，在相同输入功率条件下，同一个天线在覆盖半径≤10m的情况下，GSM系统信号基本保持在比WCDMA系统信号大10dB，超出这个范围后两种制式的电波传播规律将变得比较复杂。
下表是在室内覆盖试点工程中同一天线覆盖范围内不同业务有效覆盖半径的测试结果：
业务类型
馈入导频功率
有效覆盖半径
CS12.2K
2～5dBm
<15m
CS/PS64K
2～5dBm
<12m
PS144K
2～5dBm
<10m
PS384K
2～5dBm
<8m
表2-6同一天线覆盖区
升级会员 