室分设计基础

室分设计基础

王转红

2011年9月

随着城市里移动用户的飞速增加以及高层建筑越来越多，话务密度和覆盖要求也不断上升。这些建筑物规模大、质量好，对移动电话信号有很强的屏蔽作用。在大型建筑物的低层、地下商场、地下停车场等环境下，移动通信信号弱，手机无法正常使用，形成了移动通信的盲区和阴影区；在中间楼层，由于来自周围不同基站信号的重叠，产生乒乓效应，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，由于受基站天线的高度限制，无法正常覆盖，也是移动通信的盲区。另外，在有些建筑物内，虽然手机能够正常通话，但是用户密度大，基站信道拥挤，手机上线困难。

特别是移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商获取竞争优势的关键因素。网络覆盖、网络容量、网络质量从根本上体现了移动网络的服务水平，是所有移动网络优化工作的主题。

室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的

室内覆盖系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域；同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。

本文包括室分器件简介、常用室分系统、室分设计流程和不同场所设计思路几个方面，对室分设计要掌握的基础知识进行阐述。

一、室分器件简介

在室内分布系统中，经常使用的器件可分为两类，一是无源器件，包括射频电缆、功分器、定向耦合器、合路器、天线；二是有源器件，包括直放站、干线放大器、微蜂窝等。

1、射频电缆

射频电缆用作室内分布系统中射频信号的传输，其特点是比较柔软，可以有较大的弯折度，适合室内的穿插走线，如1/2,7/8 等型号。如图所示：

编织外导体射频同轴电缆皱纹铜管外导体射频同轴电缆

2、功分器

功率分配器（简称功分器），功分器的主要功能是将信号平均分配到多条支路，常用的功分器有二功分、三功分和四功分。使用功分器时，若某一输出口不接基站输出信号，则必须接匹配负载（即负载电阻），不应空载。外形如下图所示：

二功分器三功分器

3、耦合器

耦合器是一种低损耗器件，它接受一个输入信号而输出两个在理论上具有下列特性

的信号。

1）．输出的幅度不相等。

主线输出端为较大的信号，基本上可以看做直通，耦合线输出端为较小的信号，耦合线上较小信号对主线信号幅度之比叫做“耦合度”，用dB 表示。

耦合端口功率＝输入功率－耦合度

例如一个10dB 的定向耦合器，输入功率为30dBm（1W），那么它的输出端输出功率为30dBm，耦合端的输出功率为20dBm。表面上看好象违背了功率守恒的原则，实质上功率是守恒的。引起误解是由于功率瓦与分贝之间的换算有时不清晰所造成。

2）．主线上的理论损耗决定于耦合线的信号电平，即决定于耦合度。

3）．主线和耦合线之间高度隔离。

耦合器的外形如下图所示：

4、合路器

合路器主要用作将多系统信号合路到一套室内分布系统。外形如下图所示：

5、电桥

电桥常用来将两个无线载频合路后馈入天线或分布系统，通常为Rx 和Tx，其LOAD 端接50Ω负载，信号合路后有3dB 损耗。在室内分布应用中，有时两个输出端口都要用到，这时就不需要负载，也无3dB 损耗。外形如下图所示：

6、天线

室分系统常用的天线有：吸顶天线，特点是水平方向全向天线；壁挂天线，适合覆盖长形走廊；八木天线，方向性较好，适用做施主天线，或电梯的覆盖；抛物面天线，方向性好，增益高，对于信号源的选择性很强，适用做施主天线。

吸顶天线壁挂天线八木天线抛物面天线为了适应环境需求，有多种美化天线，如路灯天线、盆景天线等。

另外，泄漏电缆是由同轴电缆上分装多路天线演变出来的连续天线，适用于狭长型区域如地铁、隧道及高楼大厦的电梯。主要有分段泄漏型、放射型和耦合型。

7、直放站

直放站的基本功能就是一个射频信号功率增强器。直放站在下行链路中，由施主天线现有的覆盖区域中拾取信号，通过带通滤波器对带通外的信号进行隔离，将滤波的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。在上行链接路径中，覆盖区域内的移动台手机的信号以同样的工作方式由上行放大链路处理后发射到相应基站，从而达到基地站与手机的信号传递。

主要有无线直放站和光纤直放站。二者最大区别在于施主基站信号的传输方式上，无线直放站通过接收空间传播的无线信号进行放大，从而扩大基站的覆盖范围。光纤直放站是通过光纤进行传输，采用光信号接收器和转换器连接偏远的区域。

直放站外形如下图所示：

8、干线放大器

干线放大器一般主要用于配合微蜂窝基站或直放站解决室内信号盲区的设备，干线放大器采用双端口全双工设计，内置电源，安装方便，可靠性高，数字与模拟系统兼容。外形如

下图所示：

二、常用室分系统

室分覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成。

1、信源

信源的接入有三种方式：微蜂窝基站接入、宏蜂窝基站接入、无线接入（选取周围小区的信号）。用直放站作信号源时，可通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号，或者用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤或电缆传送到盲区内的直放站。也可以用微蜂窝加直放站作信号源。

用直放站直接从附近基站提取信号用耦合器从附近基站耦合信号用光纤送到直放站

用耦合器从附近基站耦合信号用电缆送到直放站微蜂窝加直放站作信源

2、室内分布系统

1）无源射频分布系统

信源与耦合方式：直接耦合微蜂窝或宏蜂窝信号，或用中继设备空间耦合宏蜂窝信号。

分布系统组成：天线、耦合器、功分器、馈线。

中继设备：直放站。

应用范围：电梯、地下停车场等建筑物盲区或客流较大的中小范围公共场所。

无源射频分布系统选取不同耦合比的耦合器、功分器，经由馈线将信号送达建筑物内的各个区域。通过天馈系统的分布，使信号得到均匀的覆盖。适合于覆盖1000~15000m2左右的建筑。

空间耦合无线射频分布系统

直接耦合无线射频系统

案例：覆盖范围：某商场。

信源及耦合方式：直接耦合微蜂窝信号。

分布系统组成：天线、耦合器、功分器、馈线。

设计图如下所示：

2）、干线放大器加无源射频分布系统

信源及耦合方式：直接耦合微蜂窝或宏蜂窝信号；用中继设备空间耦合宏蜂窝信号。

分布系统组成：干线放大器、天线、耦合/功分器、馈线。

中继设备：直放站。

应用范围：电梯、地下停车场等建筑物盲区或客流较大的中大范围公共场所。

因为无源射频分布系统适合于一个微蜂窝覆盖十几层楼左右，建筑面积约8,000~15,000m2；一个室内直放机覆盖800~3000m2的面积。若更大的面积，一般无源射频分布系统很难满足覆盖需要。因此，对于较大型的建筑覆盖，需增加干线放大器（中继），以补偿信号在传输过程中的损耗。

案例：覆盖范围：某写字楼-3~28层（含电梯）。

信源及耦合方式：用直接耦合微蜂窝信号。

分布系统组成：干线放大器、天线、耦合器、功分器、馈线。

设计图如下图所示：

3）、光纤分布系统

主要利用光纤来进行信号分布。适合于大型和分散型室内环境的主路信号的传输。主要用于大型写字楼、高层酒店、地下隧道的信号覆盖。

多频覆盖时光纤分布与射频分布系统比较，有以下优点：

a)、减少信号在主干线上的传输损耗；

b）、减少信号在传输线上的分合路损耗；

c）、充分利用光纤的带宽，确保多频信号到达天线时的差异；

d )、光纤尽量到远端，便于新系统、多系统的接入；

e )、光纤的分合路比较容易，利于系统调整覆盖范围；

f )、光纤分布使小区分裂、信源组合和频率复用得以实现。

系统图如下所示：

三种系统的比较如下：

总的来说，信号分布系统根据覆盖区域的具体情况，组合三种分布系统，进行综合性的分析。

一个完备的室内分布系统应能够通过一个特定的接口，取得基站的下行信号，均匀地分布到指定场所的每一处。同时，又将这场所的每一处的基站上行信号收集到后，均匀地送达特定的接口。

构成室内分布系统的主要设备是：馈线、天线、干线放大器、延长放大器以及耦合、功分等无源器件。在系统设计上主要考虑的是能量分配的问题。

三、室内分布勘测与设计流程

室分设计工作流程如下

下面阐述其中的一些关键步骤及需要注意的问题。

1、现场勘测

要求了解覆盖区当前覆盖现状及客户要求，现场进行当前覆盖现状测试，确认覆盖区域及覆盖需解决的问题（盲区覆盖、吸纳话务、孤岛效应和乒乓效应）并征得客户确认。

工程勘测注意事项

1）机房必须查看，并记录下尺寸及面积，拍下现场环境照片；

2）平面结构图纸完整核对一遍（包含楼宇栋数、楼宇层数、电梯数目、电梯运行区间等），特殊区域，需用相机记录下来（譬如:无吊顶需走明线区域、有防火门无法走线的区域等）；

3）典型区域必须测试，并记下几个主要扇区的相关信息，填写测试记录表；

4）典型区域包含：楼宇主要出入口、楼宇低层、楼宇中层、楼宇高层、电梯间及低层楼梯间、窗边等。

2、传播模型

信号源的输出功率应按照指导意见来取定。无线电波室内传播模型Keean-Motley模型Lindoor= Lr+k×F(k)+P×F(p)+W+ Ld

3、信号源及分布系统的选取

在确定信号源及分布系统前，设计人员需熟知指导意见，根据指导意见，再考虑大楼内的已有的客户量以及潜在的客户量，来确定信源及分布系统的配置。目前的选取原则如下：

4、覆盖分区

覆盖分区通常分为纵向分区和横向分区两种，如下图所示：

但是出于切换，干扰等方面的影响，一般不建议采用横向分区，在采用横向分区的时候，需利用建筑内平层的阻隔，来降低两个小区间的相互影响；而水平分区的时候，楼层之间有天然的阻隔。

5、天线的布放位置

几个典型区域的天线布放原则

地下室的布线原则：有阻挡区域重点覆盖（如楼梯间、电梯间、设备机房、办公室等）；空旷区域补盲覆盖为主；由于该区域大多为盲区，网络较纯净，只需要室内信号强度达到边缘场强即可，天线入口电平一般控制在7dBm左右；

低层布线原则：考虑信号泄露，在临近道路的玻璃幕墙及窗子附近尽可能不放天线或者布放定向吸顶天线；同时又要保证重点区域的覆盖（楼梯间、电梯间、卫生间等）；

中高层布线原则：要考虑干扰、导频污染的影响，尽可能增大天线密度，根据网络状况适当增强天线入口电平；酒店套房、大会议室，天线要进房间；保证全面覆盖；

对于有WLAN需求的地方，考虑到WLAN的频段较高，空间损耗大，布放天线时需增大天线密度。

6、切换设计

切换的设计重点就是在边界区，明确主信号，留有足够的信号重叠区。切换容易发生问题的地方有：

1）、各个楼层的窗口处

窗口切换是切换设计中难点中的难点。窗口切换设计有以下几点原则：

a）在覆盖规划中，尽可能的加强窗口的室内信号强度，确立室内主导小区；

b）在邻区规划中：只有在室外信号比较强且比较稳定的情况下，室内和室外才定义成双向邻区；

对于其他小区，都只定义室外-室内的单向邻区关系；

c）在参数规划中：调整重选和切换参数，使室外小区更容易向室内小区重选和切换；

通过提高电平门限设置和时延设置防止乒乓切换；

2)、大堂/车库出入口

a）建议室内信号在大堂门口外延5-7米，形成一个切换带，在大堂门口完成室内外信号的切换；

b）如果大堂靠近马路，要防止在马路上形成固定的切换带；

c）车库出入口同大堂出入口；

3）、电梯口和电梯间

电梯的切换一般分为电梯运行期间的切换和进出电梯的切换；

a）电梯运行中的切换：整体原则是电梯间设成一个小区。若楼层较高，电梯小区分段和楼层小区分段应一致；

b）进出电梯的切换：尽可能将电梯内和电梯厅设成同一个小区，若条件不允许，那么也尽量将切换区域设在电梯厅。若电梯厅室外信号和室内信号都强，要缩短切换判断和切换时间确保在用户进入电梯前完成室外-室内的切换；

7、室内外干扰的控制

1）高层楼宇中靠近窗户区域，室外信号对室内的干扰；

主要原因和影响：室外信号进入室内后信号仍比较强，但又不稳定，容易引起乒乓切换；当室内和室外有邻频和同频时，飘进来的室外信号会对室内信号造成干扰；

主要措施：控制室外信号的覆盖；增强室内信号的覆盖，确保室内信号对室外信号要高8dB以上；优化频率规划。

2）室内信号泄露到室外，造成干扰；

主要原因：当室内和室外有邻频和同频时，室内信号外泄到室外会对室外信号造成干扰；同时，当手机占上外泄信号时，由于快衰或者邻区、参数配置不匹配增加掉话风险；

主要措施：采用小功率多天线设计来抑制外泄；在窗口采用定向天线来抑制外泄；

8、功率分配

功率的分配就遵循以下原则

1）先平层后主干

2）馈线最短原则

3）器件最少原则

4）无源器件损耗和馈线损耗相匹配，因为每条天线链路的馈线损耗都不相同，因此要均匀每个天线口功率，就需要调整每条链路上无源器件的总损耗

5）功率分配损耗满足链路损耗要求

四、不同场景的设计思路

1、高层楼宇

1）网络状况：高层建筑由于自身结构特点，其室内移动通信信号非常复杂，室内接收的无线信号多，杂，不稳定；

2）用户通信感受：信号不稳、通话质量差、掉话率高、接续困难，在室内临窗区域尤为突出。

3）通过专业的路测工具测试显示：随着楼层的升高，手机接收到的信号越来越多，普遍缺少主服务小区。

4）解决思路：

a）采用立体扇区：根据目标楼宇结构以及和站点的相对位置来规划扇区，扇区有可能上倾，也可能采用大下倾覆盖；

b）精简邻区关系：尽量少的设置邻区，但要注意与其他宏站的关系，避免由于邻区关系过少，楼外某些区域的切换掉话；

c）天线选择：根据覆盖目标的高度、大小、形状等来对天线进行选择，一般来讲，为了对室内进行良好的覆盖，会选用垂直半功率角较大的天线，满足覆盖要求的情况下，尽量选择小增益天线，以控制干扰；

d）采用专门频点：降低对周围宏小区的干扰：对于室外覆盖室内，很难保证能量都用于覆盖室内，可能会泄露到别处，特别是上倾的扇区和站点较高的地方，需要使用专门的覆盖频点，以降低和周围小区的相互影响，提高通信质量。合理的参数设置；

高层楼宇分层覆盖示例

2、大型住宅小区

1）普遍存在的问题：高密集建筑群存在局部底层盲区，受楼层高度及楼间距的影响，小区内极易产生较多阴影区；同时居民环保意识增强，人们对电磁辐射也越来越关注，在住宅区找到合适的站址很困难，基站的建设难度增大；

2）用户通信感受：通话时断时续，话音不清，可懂度低，严重影响用户正常通信。

3）解决思路：住宅小区的深度覆盖，除了要解决地下车库及电梯内盲区的问题外，还需要解决房间内的信号问题，目前最有效的方式还是通过光纤直放站连接小区美化天线的覆盖方式，既起到针对性的覆盖效果，又能解决业主关于辐射问题的投诉。

3、大型体育场馆

1）普遍存在的问题：体育场内话务量需求复杂，规模较大的一般为足球体育场，这类体育场可举行足球、田径等多类赛事，规模可达4～8万坐席。随着体育场馆的商业化运作，越来越多的体育场馆室内兼有大众健身、商场、大型会议等其他功能；室外能举行大型演唱会等娱乐活动，这使得体育场馆在非赛事阶段也有突发话务需求和日常话务需求；

2）用户通信感受：进、出场或中场休息时，无法拨出电话。

3）解决思路：大型比赛阶段，移动通信话务需求呈现一定规律性，同时话务突发也较为严重。此阶段体育场馆内的观众规模可能达到体育场馆的设计能力，以足球赛事为例，体育比赛中移动通信话务需求高峰主要出现在入场阶段、中场休息阶段和退场阶段，在比赛进行阶段话务需求不高。

用户活动区域主要是看台、过道、室内小范围区域（如吸烟室、卫生间、距离看台室内出入口较近的商场)和周边停车场等都有可能产生局部高话务需求。由于体育场馆内聚集了很多的观众，所以在短时间内都有移动话务需求，其通信量将是十分巨大的。因此，要针对不同阶段进行对应的移动通信网络规划，以满足移动通信的业务需求。

在有大型活动时，场馆内外话务由室内分布系统+应急通信来保障；而在非赛事阶段，通信需求一般为商业设施人流、大众健身场所活动人群的移动通信需求，室外主要为一般小型赛事或者日常体育训练的移动通信需求，这些需求往往还是通过室内覆盖来解决。对于场馆的覆盖，我们一般遵循下面一些原则：

a）根据看台和室内的联系情况，宜把整个体育场馆竖切为几个区（如看台及看台下室内分为6个区)，每个区共享信号源，保证中场休息时看台及室内（卫生间、吸烟室、室内商场)的高话务需求；

b）综合考虑2G网络、3G网络和WLAN的接入需求，如有多运营商接入的还需考虑POI系统的建设，重点从解决不同网络的覆盖需求和干扰隔离问题；

c）建议选取光电混合型的分布系统，在主通信机房和设备竖井间采用光纤，本层天线接引时采用1/2线径以上的电缆（根据体育场馆进行具体分析）；

d）看台覆盖、场地覆盖设计时必须结合频率规划综合考虑，保证频率复用间隔；

e）在初始设计阶段考虑未来资源有效利用问题，贯彻资源池概念；在非突发话务时段，拆除部分资源用于其他区域，动态调配资源，解决周边业务需求，突发话务需求来临时，只需增加资源或者动态调配回体育场馆即可满足突发话务时的移动通信需求。

如图：看台分为3层，1、2层看台和2、3层看台之间存在错层。并且由于各层看台的倾角不同，因此单面天线无法对全部看台进行覆盖，可通过下图中采用3付定向天线分层覆盖，达到全面覆盖的效果。

如图：顶棚辐射式覆盖方式，采用在看台的顶棚钢架上安装室外高增益定向平板天线向看台进行覆盖，能很好的完成对看台的信号覆盖覆盖。