#中兴通讯UMTS室内覆盖典型场景应用分析V10.docx

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#中兴通讯UMTS室内覆盖典型场景应用分析V10

中兴通讯UMTS室内覆盖

典型场景应用分析

版本:

V1.0

中兴通讯UMTS网规网优部发布

UMTS网规网优工作指导

版本说明:

版本

日期

作者

审核

修改记录

V1.0

2009-1-10

李晓明

1概述3

2室内覆盖场景的分类5

2.1室内覆盖系统简介5

2.2室分场景的分类6

2.3各场景业务特点与容量估算6

2.3.1典型场景业务特点6

2.3.2容量估算7

3室内覆盖典型场景分析11

3.1写字楼/办公楼11

3.1.1场景特点11

3.1.2覆盖方式11

3.2大型商场超市15

3.2.1场景特点15

3.2.2覆盖方式15

3.3宾馆酒店16

3.3.1场景特点16

3.3.2覆盖方式17

3.4机场/火车站/汽车站19

3.4.1场景特点19

3.4.2覆盖方式19

3.5会展中心/会议中心/体育场馆21

3.5.1场景特点21

3.5.2覆盖方式22

3.6学校/大型小区/城中村24

3.6.1场景特点24

3.6.2覆盖方式24

3.7娱乐餐饮场所29

3.7.1场景特点29

3.7.2覆盖方式29

3.8地铁/公路隧道30

3.8.1场景特点30

3.8.2覆盖方式30

3.9地下停车场与电梯覆盖32

3.9.1场景特点32

3.9.2覆盖方式32

4室内覆盖典型场景网络优化特点与方法35

4.1多系统合路改造35

4.2覆盖RF优化35

4.3切换优化36

4.3.1室内单小区和室外同频小区切换36

4.3.2室内室外异频切换36

4.3.3室内多小区和室外同频小区切换36

4.3.4室内多小区和室外异频小区切换36

4.3.5室内多小区间切换37

4.4干扰优化37

4.4.1室内信号泄漏优化38

4.4.2室外信号入侵优化39

4.5扩容39

4.6参数优化40

1概述

移动通信系统的网络覆盖、系统容量、业务质量是各运营商获取竞争优势的关键所在,同时也是所有无线网络规划和优化工作的主题。

随着城市移动用户的飞速发展以及高层、大型建筑物的不断增加,系统容量和覆盖要求不断上升。

这些建筑物规模大、质量好,对移动信号有很强的屏蔽作用。

大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境是移动信号弱区甚至盲区,手机无法正常使用;在中间楼层,因为来自周围不同基站信号的重叠,产生严重的乒乓效应,手机频繁切换,甚至掉话,严重影响了手机的正常使用;在建筑物的高层,因为受基站天线的高度限制,无法正常覆盖,也是移动通信的弱区或乒乓效应区。

另外,在有些建筑物内,虽然基站信号能够正常通话,但是用户密度大,基站信道拥挤,手机接入困难。

   

为解决以上问题,业界引入了室内分布系统。

室内分布系统的原理是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落,从而保证室内各区域拥有理想的信号覆盖。

目前,2G网络已经在我国有十多年的建设时间,随着2G网络的成熟,其在室内覆盖方面的建设也越来越完善,在城市的中心区、商业区或者机场、宾馆、地铁这样的人流密集区域,2G的无缝覆盖已经让用户有了切身的感受。

根据已经运营3G的国家的经验和我国国情,3G业务将首先在具有市场潜力的地方得到应用,那么在上述区域,如果3G还达不到2G的覆盖水平,那么用户对其使用的热情会迅速冷却。

并且3G系统的工作频率远高于现有的2G系统,其空间路径损耗、在线路中的传输损耗非常大,依靠室外基站对室内进行覆盖将更加困难,因此,这些环境下的覆盖在建网初期就应该优先被考虑。

另一方面,对运营商而言在一个成熟、高度竞争的市场中,室外覆盖已经不是运营商之间差别的主要因素,保持竞争优势,建立精品网络形象的重点是室内覆盖。

根据图1所示NTTDoCoMo对3G话务分布的统计结果,可见3G系统有近70%的话务分布在室内,而其中有约54%的室内用户分布在办公室和家庭场景中。

根据专家预测,未来3G业务将有90%的数据业务发生在室内。

图1室内覆盖业务比例

随着3G业务类型不断增加和创新,室内覆盖将占更加重要位置。

3G时代高价值的商业客户主要集中于室内,良好的室内覆盖是吸引新客户、留住老客户的关键。

所以,总的来说3G的室内覆盖在整个网络规划中占有非常重要的地位。

本文档主要介绍室内分布各类典型应用场景的特点、覆盖方式、优化手段。

2室内覆盖场景的分类

2.1室内覆盖系统简介

室内覆盖系统为基站信号通过无源器件进行分路,经由馈线将无线信号分配到每一付分散安装在建筑物各个区域的低功率天线上,从而实现室内信号的均匀分布。

在某些需要延伸覆盖的场合,使用干线放大器对输入的信号进行中继放大,达到扩大覆盖范围的目的。

该系统主要包括干线放大器、射频同轴电缆、功分器、耦合器、电桥、天线等器件。

该系统主要由以下部分构成:

信号源:

BBU+RRU、宏蜂窝、微蜂窝。

功率分配系统:

光纤分布系统、泄露电缆和各种无源、有源分布系统,包含:

有源器件:

主要是指干线放大器和直放站。

室内天线:

吸顶全向天线、壁挂定向天线或者八木天线。

馈线和接头:

阻燃馈线和适配7/8”和1/2”等阻燃馈线的N型、7/16型接头。

功率分配器件:

功分器和耦合器等。

如下图所示:

图2室内分布系统构成

室内覆盖系统的方案设计灵活,根据不同的室内覆盖场景和需求采用相应的系统设计方案。

实现室内无线信号的良好覆盖,需解决好两方面的问题,即采用适当的信源提取方式和择最佳的室内布线形式,以达到功率的合理分配。

2.2室分场景的分类

室内分布系统是3G网络的重要组成部分,也是HSDPA的主要应用场所,重点针对室内信号覆盖差、话务量大、对通信质量要求高的大型建筑,进行点覆盖。

室内覆盖往往包含其中的一个或多个目标,如既解决建筑物内部的信号盲区、弱区,同时需要提供足够的容量满足室内话务量的要求。

为方便对室内场景进行话务模型和传播模型分析,综合考虑建筑物结构、电磁波传播环境和容量需求方面的因素,将室内分布场景细分为以下几类:

◆写字楼/办公楼

◆大型商场超市

◆宾馆酒店

◆机场、火车站、汽车站等公共集散中心

◆大型体育场馆、会展中心及会议中心

◆学校、大型小区、城中村等用户密集区

◆娱乐餐饮场所

◆地铁、公路隧道

各种不同场所的用户类型不同,其业务使用情况也各不相同,单用户话务模型差异比较大,覆盖面积不同,可计算得到各种场景下的容量和覆盖需求。

2.3各场景业务特点与容量估算

这里主要依据现网的数据及建筑用途与用户人群,对网络建设初期的话务模型进行一个预测,发展期和成熟期的话务模型可在此基础上采用各种数学模型进行推测。

2.3.1典型场景业务特点

各种室内场景下根据用户人群的不同其业务需求也不尽相同,下表描述了不同室内分布情况下的场合特征和用户业务分布特征。

表1室内分布的业务特征

场景条件

场景特征

用户业务

备注

写字楼/办公楼

高端用户比重较大,数据业务需求较大

语音业务;数据业务

FTP、Email业务需求较高

大型商场超市

高峰时段话务密度较大

语音业务

数据业务需求较少,演示活动时会有临时需求

宾馆酒店

高端用户比重较大

语音业务;数据业务

酒店低层的商务区和消费区话务比重较大,高层客房话务比重较小

机场/火车站/汽车站

漫游用户比例较高;

高端用户比例较高;

数据业务比重较大

语音业务;数据业务

候机大厅、VIP候机厅需要考虑数据业务接入能力

会展中心/会议中心/体育场馆

话务以事件触发;平时几乎没有话务,但有展览、会议、赛事举行时,话务量会出现浪涌高峰

语音业务;数据业务

其新闻中心会有大量的数据业务需求

学校/大型小区/城中村

用户数量大,主要为语音业务。

每日高话务时段相对固定

语音业务

数据业务需求较少

娱乐餐饮场所

语音业务为主,每日高话务时段相对固定

语音业务

数据业务需求较少

地铁/公路隧道

语音业务为主

语音业务

数据业务需求较少

2.3.2容量估算

室内环境集中了大量的PS业务,合理的组网方案才能保证对这些PS业务的良好支持。

容量计算时,必须明确同频还是异频组网。

同时室内业务包含了CS业务,R99PS业务,HSPA业务,必须采用合理的混合容量规划方式才能满足业务需求。

2.3.2.1容量估算

室内环境下,以PS业务为主,而PS业务主要由HSPA承担。

例:

某一室内覆盖楼宇,用户数预计为950人,单用户业务模型如下图所示。

图3室内单用户业务模型

网络规模估算是网络规划的关键部分,HSPA网络规划与R99网络规划不同。

在R99中,常见的估算方法是Campbell定理。

Campbell定理需要目标业务的服务速率、Eb/No等,以便将其折算为等效信道,再将所有业务按照等效信道为基础进行估算,最终确定整个网络规模。

因为HSDPA采用AMC技术,使得其用户速率随信道质量而变化调整;因为HSDPA可以依靠HARQ重传合并增益来改变其对信号质量的需求,因此很难确定目标Eb/No值。

所以HSDPA网络规模估算,不适合用Campbell定理。

以下介绍一种HSPA与R99的混合规划方法来解决这个问题。

在做网络规模估算时候,需要首先满足R99用户需求,确定布站半径,接着按照HSDPA系统仿真方式预算在该布站拓扑下,不同的资源分配策略对应的HSDPA吞吐率。

通过调整资源配置比率、站点数目、载频数目,满足HSDPA的网络需求,达到HSDPA与R99的混合规划方案的双赢。

HSUPA引入对原R99/HSDPA网络容量有影响,在异频组网时对原R99/HSDPA没有影响。

同频组网时,上行E-DCH相比DCH链路的增益可直接转化为系统上行容量的提高;下行HSDPA吞吐量因受到HSUPA控制信道的开销影响会有一定的减小<下行功率余量减小),但是在下行功率资源分配策略以R99DCH信道为高优先级将会保证原R99业务的容量不受影响。

◆同频组网

采用中兴通讯的HSPA和R99混合容量计算方法,取软切换比例20%<该软切换比例指室外用户使用室内小区的比例),可以求得如下表所示:

表2同频组网容量估算结果

所需小区数

2

每小区用户数

475

DLLoadFactor(R99>

44.10%

HSDPAPower[W]

7W

HSUPAload

25%

◆异频组网

采用中兴通讯的HSPA和R99混合容量计算方法,可以求得:

表3异频组网容量估算结果

所需小区数

2

每小区用户数

475

DLLoadFactor(R99>

33.30%

HSDPAPower[W]

7W

HSUPAload

25%

2.3.2.2CE计算和信道板配置

计算CE,给出信道板配置,满足话务对于资源的需求。

CE的消耗,需要计算以下资源的需求:

-公共信道

-R99业务

-HSDPA业务

-HSUPA业务

-MBMS业务

-软切换消耗

基带处理板能够支持HSDPA、HSUPA、12.2kAMR业务最大用户数以及支持HSDPA、HSUPA、MBMS的最大流量,基带处理板处理能力强,各种业务CE资源的消耗低。

◆同频组网

以上节的业务模型为例,假设同频组网,软切换比例20%,通过CE计算,可知上行需要150CE,下行需要90CE。

基带处理板下行CE数为192CE,基带处理板上行CE数为192CE。

上行需要配置1块信道板,下行需要配置1块信道板。

综合上下行信道板配置需要,该站点2小区一共需要配置1块信道板。

◆异频组网

异频组网,通过CE计算,可知上行需要125CE,下行需要75CE。

基带处理板下行CE数为192CE,基带处理板上行CE数为192CE。

上行需要配置1块信道板,下行需要配置1块信道板。

综合上下行信道板配置需要,该站点2小区一共需要配置1块信道板。

3室内覆盖典型场景分析

现代建筑根据用途的不同,其建筑设计的侧重也各有不同。

在室内覆盖设计及规划上应当根据场景的特点确定覆盖方式及组网方式,根据建筑特点进行天馈系统的设计及天馈布放。

对于3G室内覆盖系统的设计主要应当根据现场情况考虑以下几个方面:

1、覆盖范围、用户分布与小区划分

2、室内信号外泄与室外信号渗透的干扰控制

3、地下室停车场的覆盖、停车场出入口的切换

4、与原有2G系统的合路共用

5、电梯覆盖及电梯内外切换

3.1写字楼/办公楼

3.1.1场景特点

写字楼与办公楼是日常工作中最常碰到的室内覆盖场景。

该类建筑物多为全钢或钢筋混凝土结构外加玻璃幕墙,楼层内的墙壁多采用复合吸音材料,穿透损耗较小。

该场景下高端用户比重较大,室内覆盖需要考虑一定数量用户的数据业务需求。

3.1.2覆盖方式

◆覆盖天线的布放方式

采用室内布放分布天线的方式对室内进行覆盖

采用定向小板状天线进行电梯覆盖

例如写字楼回字典型结构建议布放方式如下图:

图4回字形建筑结构天线分布参考图

对于回字形结构的建筑物,其天线布放的典型位置如上图所示

假如室外信号较强,在窗口处的室外信号电平可达-75dBm,而运营商要求建筑物内所有区域要采用室内信号,在这种情况下,可选A、B、C、D四点放置天线。

根据建筑物宽度和深度调整天线出口功率的设计。

E点天线的使用与否主要要考虑该点周围是否有需要用此天线覆盖的区域<电梯除外),如无,则对电梯的覆盖将不采用在每个楼层的电梯口加装天线的方法。

对电梯的覆盖采用在电梯井道中使用定向小板状天线的方法。

如果在该点周围有A、B、C、D天线覆盖不到的区域,则可在此点加装天线,同时解决周围和电梯内的覆盖问题。

因为E点处于建筑物中心位置,几乎没有外来信号的干扰,为节省功率,此点天线口功率可以稍低一些。

在建筑物的纵深和宽度不大于30M的情况下可考虑每层使用对角放置的两个天线解决,相邻楼层利用不同的对角。

在这种情况下,要注意适当加大天线出口功率。

◆小区划分

小区划分上应当考虑实际覆盖需求与容量需求

基本原则:

室内各小区之间的切换带尽可能小;

1层和电梯覆盖属于同一小区,从1层进出电梯不发生切换。

例:

深圳联通大厦的小区划分

深圳市联通大厦是中国联通深圳分公司投资兴建的新型办公大楼。

联通大厦地面建筑高达24层,共计总建筑面积39483.9平方M。

联通大厦属于典型楼宇,大多数室内覆盖场景都属于该场景。

联通大厦如下图所示:

图5联通大厦

联通大厦的多小区划分采用水平分区的方式,利用建筑物满足联通大厦内部多小区之间的隔离,减少各小区之间的切换,同时低层电梯和1层属于同一小区。

联通大厦的小区分布如下图所示:

图6联通大厦室内具体小区分布

3.2大型商场超市

3.2.1场景特点

该类建筑物多为简易钢体构架或钢筋混凝土框架结构,层内高而空旷,一般无阻挡或只有简单的装修隔档,穿透损耗小,而层间楼板隔离较好<一般30dB以上)。

该环境下用户业务主要考虑语音业务,高峰时段<如周末、晚上8点左右时断)的话务密度较大。

3.2.2覆盖方式

对于超大型商场类建筑,若建筑物结构比较规则,在规划天线时可均匀布放,均匀布放天线的好处在于设计简单,检查、维护方便。

在天线安装定位时应注意将天线安装在较空旷的区域,避免在距离立柱太近的地方安装。

如下图:

图7大型商场超市

需要注意的是某些大型商场室内单层面积过大需要进行平层小区划分时应当注意其内部结构,建议切换区避开中空区域,以免上下层之间信号交叉渗透导致室内导频污染。

例:

某大型商场小区划分如下图:

图8大型商场小区划分

3.3宾馆酒店

3.3.1场景特点

该类建筑物多为钢筋混凝土结构,楼层内布局结构复杂,隔墙厚且多,穿透损耗较大。

高端用户比重较大,语音业务和数据业务量相对较大。

3.3.2覆盖方式

宾馆酒店的建筑布局一般采用长廊形结构。

◆对长廊形结构建筑天线的规划应注意:

长廊形结构建筑的天线分布数量和走廊两边房间的结构有关,宾馆等房间结构较复杂,信号衰减较大;

电梯口天线的取舍原则同回字型结构建筑。

走廊两端天线位置的选择以天线信号高于走廊窗口测得的室外信号电平为宜。

对于有拐角的建筑物,拐角处是较好的安装点,应该充分利用。

图9长廊形建筑结构天线分布参考图

◆室内外综合覆盖解决室内

对于高档宾馆酒店占地面积大,距离室外基站较远,内部装修豪华,室内信号衰减大。

建议根据现场建筑特点采用室内外结合覆盖的方式进行房间内覆盖,即在建筑外围特定位置安装定向天线采用由外向内的方式进行房间内覆盖。

此类覆盖方式应当注意室内小区信号对大网的影响,注意方向角的控制避免室内信号对大网信号产生干扰。

例:

深圳五洲宾馆室内外综合覆盖

图10五洲宾馆室内外综合覆盖天线布放图

◆大厅覆盖

对各种建筑物的大厅<特指1F)的天线布放应考虑的问题较多,首先是建筑物出入口的室内外信号的切换问题,其次为大厅周围窗口的切换和信号外泄控制问题。

为合理解决建筑物大厅的切换和覆盖问题,建议采用如下方法:

准确测量大厅出入口和各个方向的窗口的外来信号电平,根据各方向外来信号电平值的不同,确定天线的布放位置,使得该天线信号到达大厅周围窗口后的电平值高于该点室外信号5dB左右。

如果一个天线难以解决大厅的覆盖,可增加天线。

一般布放方式如下图:

图11大厅等结构天线分布参考图

3.4机场/火车站/汽车站

3.4.1场景特点

机场建筑物结构一般采用全钢骨架、玻璃幕墙、不锈钢铁皮屋顶。

候机楼内的房间举架高、面积大、基本无阻挡,传播环境比较简单,信号视距传输为主。

机场高端用户、漫游用户比例较高,数据业务比重相对较高,其中候机大厅、VIP候机厅要保证高速率数据业务的覆盖。

城市的火车站、汽车站、码头等集散中心具有与民航机场相类似的特点,其中业务需求有些差异,需区别对待。

3.4.2覆盖方式

机场单层面积较大,但高度不高,一般为地面两层结构。

针对机场覆盖,需要注意:

<1)通常机场采用垂直分区,注意机场多小区的切换带设计,特别是机场的主要出入口的切换设计。

<2)机场室内空旷特点,应合理选用定向天线,增强覆盖。

<3)为避免室外信号覆盖到室内,室外宏站选择合适的站点<天线挂高不要过高),并且通过倾角、方位角和发射功率的调整<收缩覆盖),尽量避免这些宏蜂窝小区信号大量越区覆盖到机场内部。

<4)重点分析候机大厅和VIP候机厅等热点区域的数据业务需求,如必要可增加载频扩大室内微小区容量。

<5)单层面积巨大,导致使用信源较多,划分过多的小区会一方面会造成平层信号杂乱,如果控制不好会造成大面积的软切换区域,资源浪费,甚至还会形成导频污染;另一方面,如果单RRU划分为单小区,给扰码复用方面也带来了一定的难度。

因此对于此种场景在考虑到容量满足需求的情况下,进行多RRU合并是非常有必要的。

例:

深圳宝安国际机场

图12宝安国际机场小区划分图

宝安机场分为A、B、C、D四个部分,设计采用3台BBU、15台RRU可以满足容量与覆盖,为了满足覆盖需要,设计A区采用6台RRU覆盖,B区采取5台RRU覆盖,C、D区采取4台RRU覆盖,考虑到目前W用户较少,规划A区6台RRU合并为一个小区,单独BBU星形连接6台RRU;B区5台RRU合并为一个小区,单独BBU星形连接5台RRU;C、D区4台RRU合并为一个小区,单独BBU星形连接4台RRU。

因为采用了3台BBU,且与RRU都为星形连接,因此即可以控制因为小区过多造成的负面影响,又为以后的扩容做了预留,扩容不管是增加载波还是小区分裂,都可以在机房操作。

火车站与机场相似,需要特别注意的是火车站的人流量更大,话务量更高<以语音为主),需要对容量进行充分估计。

对于地下出站隧道的覆盖也应当给予重点关注。

关于隧道覆盖将在地铁/公路隧道中讨论。

汽车站相对较小,但结构一般为开放式结构或全玻璃幕墙结构,对于外泄及室外信号的渗透要特别关注。

建议采用在建筑四周安装定向天线向内覆盖的方式进行天线布放。

如下图。

图13汽车站天线布放参考图

3.5会展中心/会议中心/体育场馆

3.5.1场景特点

这类场景在建筑特点上有很多相似之处:

层高较大,一般大于10M;空旷开阔,一个展馆面积或可达10000平M,室内无线信号为视距传输为主,需要规避信号的扩散。

话务需求呈现明显的事件触发特性,平时几乎没有话务量,但在举行展览、会议、赛事举行的时候,话务需求极大,所以容量估算应以高峰时计算。

其中,有些场景如新闻中心会有大量的数据业务需求,在规划时需要区别考虑。

大型体育场馆一般包含看台区域和功能区域。

看台区域一般有顶棚,距离地面或可达70M高度,距离看台或可达40M,且空旷无阻挡,需严格控制信号扩散。

大型体育场馆坐席数量大,容纳观众巨大,容量需求大。

且对业务质量要求高。

有赛事举行的时候,甚至会启用应急通信车。

3.5.2覆盖方式

会议中心一般装修较好,建筑内部分割较多。

信号衰减较大,天线布放以房间内布放为宜。

会议室中天线的规划要在满足整个覆盖区信号电平的前提下,天线位置偏向于窗户侧,使得天线信号到达窗户位置电平高于室外信号5dB为宜。

如下图。

图14会议室等结构天线分布参考图

大型会展中心/大型体育场馆与机场等场景相似,都是平层面积极大。

因此对于此类场景小区的划分比较关键。

此类场景因为一般采用中空结构,因此各小区之间容易产生交叉覆盖,对于这一点应当特别关注。

建议采用定向性较好的定向板状天线进行覆盖。

小区划分以沈阳奥体中心体育场为例,沈阳奥体中心体育场建筑面积10.4万平M,用地面积25.4万平M,长278M,宽235M。

建筑高度82M,地上6层。

看台分为上、下两层,奥运会净容量6万人。

效果示意如下图示。

图15沈阳奥体中心

沈阳奥体中兴体育场的多小区划分采用垂直分区的方式,因此需要合理控制平层多小区之间的切换区域。

其GSM的小区分布如下图所示:

图16GSM8小区组网方案

UMTS系统的小区分布建议如下:

图17UMTS的4小区组网方案

3.6学校/大型小区/城中村

3.6.1场景特点

此类场景的特点是楼宇众多建筑密集,结构简单,用户巨大。

3.6.2覆盖方式

大型生活小区/学校/城中村由多栋楼宇组成,单纯通过目前的室外宏站完全覆盖住宅小区是难以实现的,有必要引入园区分布系统,测试结果同时证明,分布系统采用了“多天线,小功率”的设计思想,可以充分满足住宅小区室外环境和居民楼1-6层的覆盖。

每栋建筑均可以直视到分布系统覆盖天线,保证UMTS信号只需经过一次穿透即可到达居民楼室内,减小天线的功率,并能满足居民楼室内覆盖。

如下图。

图18小区天线布放

对于这些居民集中区域的天线布放可以采用美化天线进行安装以减少物业压力。

典型美化天线如下图:

图19草坪灯全向天线

图20路灯天线

图21射灯天线

图22标识牌天线

图23变色龙天线

图24空调天线

为了减少小区数量,建议生活小区内相近的几栋楼作为1个小区。

大型生活小区的划分示意图如下所示:

图25大型生活小区的多小区划分示意图<图中不同颜色的封闭曲线分别表示不同小区)

3.7娱乐餐饮场所

3.7.1场景特点

在大中型城市,娱乐、餐饮场所,主要集中在楼宇底层,少部分位于地下。

场所数量众多且分散,室内面积小,用户多,话务需求不高。

因为建筑物墙体、娱乐餐饮场所内复杂的隔档结构影响,一般都需要加装室内分布系统以提供良好的业务质量需求。

3.7.2覆盖方式

因为该类场景包房分割较多因此建

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