【文章內(nèi)容簡介】 的不斷擴(kuò)大，基站也越來越密集。在大城市，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了室外的無縫覆蓋，但是室內(nèi)覆蓋的問題一直都沒有得到很好的解決，主要原因是現(xiàn)代化大規(guī)模建筑物穿透損耗的影響比較大。無線電波在傳播過程中，由于受地形、地物或建筑物的影響，會存在陰影效應(yīng)、多徑干擾等情況，從而造成信號衰落，在其覆蓋范圍內(nèi)出現(xiàn)信號弱或無信號的盲區(qū)，典型的如電梯、高層建筑物內(nèi)部、車庫和地下通道等。為解決上述室內(nèi)信號覆蓋不理想的問題，目前最有效的解決方法是在建筑 物內(nèi)安裝室內(nèi)分布系統(tǒng)。該系統(tǒng)就是將基站的信號通過有線方式直接引入到室內(nèi)的每一個(gè)區(qū)域，再通過小型天線將基站信號發(fā)送出去，從而達(dá)到消除室內(nèi)覆蓋盲區(qū)、抑制干擾的目的，它不僅能夠解決宏蜂窩中的覆蓋問題，分擔(dān)宏蜂窩的話務(wù)量，為樓內(nèi)的移動通信用戶提供穩(wěn)定、可靠的室內(nèi)信號，使用戶在室內(nèi)也能享受高質(zhì)量的移動通信服務(wù)。而且選址靈活、安裝維護(hù)簡單方便，因而得到日益廣泛的應(yīng)用。 GSM 系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，主要矛盾是覆蓋問題；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中期，主要矛盾是容量問題；網(wǎng)絡(luò)發(fā)展后期，質(zhì)量就成為主要矛盾。 GSM 系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn) 在，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量己成為運(yùn)營商之間競爭的關(guān)鍵，只有不斷地提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，才能吸引更多的客戶。而改善室內(nèi)覆蓋則可以大大地改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，提高尋呼成功率，吸收更多的話務(wù)量。分析表明，有三種地方是室內(nèi)覆蓋的重點(diǎn) : ①高層建筑。這些地方由于信號較雜亂，受到的干擾比較嚴(yán)重，因此，雖然手機(jī)的信號有時(shí)候很強(qiáng)，但不穩(wěn)定。在 10 層以上的高層建筑及地勢較高的市區(qū)，由于孤島效應(yīng)和受同頻或鄰頻干擾的影響，會產(chǎn)生乒乓切換 (高切換點(diǎn) )及掉話。改善這些地區(qū)的覆蓋，可以提高接通率，減少掉話率。 ②建筑物內(nèi)部和陰影處。在地下場所存在信號盲點(diǎn)，特別是因 建筑物的屏蔽，樓層、隔墻的阻擋，會使信號有 5dBm—— 20dBm，甚至 20dBm 以上的衰耗，使手機(jī)無法上網(wǎng)。 ③話務(wù)密集地區(qū)，如會場、商場、體育館等。話務(wù)量非常高，在繁華的商業(yè)街、露天集體活動場所、批發(fā)市場及展覽館內(nèi)，會出現(xiàn)手機(jī)的密集點(diǎn) (熱點(diǎn) )等等，常會使其周圍基站信道堵塞率上升。在這些地方安裝室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)可以吸收話務(wù)，減少網(wǎng)絡(luò)的擁塞率，提高接通率。因此城市蜂窩網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)由室外向室內(nèi)、由二維平面向三維立體覆蓋的方向轉(zhuǎn)化。而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)化的最佳方案就是采用微蜂窩或直放站以及與之配套的室內(nèi)分布系統(tǒng)。 但是卻面臨 2 個(gè)主要問題： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 ①技術(shù)問題 :當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、用戶數(shù)、話務(wù)量達(dá)到一定程度時(shí)，宏蜂窩已無法滿足高話務(wù)區(qū)域需求；室內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在大量盲區(qū)；市內(nèi)高樓林立、信號復(fù)雜、產(chǎn)生乒乓效應(yīng)；來自樓內(nèi)、室內(nèi)的話務(wù)量持續(xù)增加；分擔(dān)宏蜂窩話務(wù)量，減輕網(wǎng)絡(luò)壓力。 ②商業(yè)問題 :當(dāng)移動運(yùn)營商之間競爭達(dá)到一定程度時(shí)，移動信號要求無縫覆蓋；話費(fèi)收入是運(yùn)營商最主要的收入來源；要求盡可能高的通信質(zhì)量（包括接通率、掉話率、話音質(zhì)量）；低成本的投入，完善和優(yōu)化室內(nèi)信號的覆蓋。 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)正是在這種背景之下產(chǎn)生的。 第 三 節(jié) 本章的主要工作 本章 主要介紹了室內(nèi)分布系統(tǒng)的意義及現(xiàn)狀，從 GSM 網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)分布系統(tǒng)概述及產(chǎn)生的背景，存在的問題和典型的解決方案入手，介紹了室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)的必要性、系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)。 室內(nèi)覆蓋既可延伸網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域，改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，提高運(yùn)營商的信譽(yù)，又能增加運(yùn)營商的收益，可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但必須強(qiáng)調(diào)的是，室內(nèi)覆蓋，尤其是無線方式的室內(nèi)覆蓋，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組成部分，因此，進(jìn)行室內(nèi)覆蓋設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從全網(wǎng)的角度進(jìn)行全面的考慮，不能因?yàn)槟硞€(gè)室內(nèi)覆蓋站影響了全網(wǎng)的質(zhì)量。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 二 章 GSM 移動網(wǎng)絡(luò) 室內(nèi)分 布系統(tǒng) 概述 第一節(jié) 概念 室內(nèi)分布系統(tǒng)也叫室內(nèi)覆蓋系統(tǒng) (IDS)。室內(nèi)覆蓋是針對室內(nèi)用戶群，用于改善建筑物內(nèi)移動通信環(huán)境的一種實(shí)施方案，近幾年在移動通信運(yùn)營商中得到了廣泛應(yīng)用 。 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的原理是利用室內(nèi)分布系統(tǒng)將移動基站的信號均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號覆蓋，以達(dá)到改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高通話質(zhì)量的目的。 室內(nèi)分布系統(tǒng)主要由以下部分組成 :信號源（系統(tǒng)按信號源可分為蜂窩系統(tǒng)、直放站系統(tǒng)）；分布系統(tǒng)，包括同軸電纜布線、光纖布線和泄漏電纜布線，各種發(fā)射天線 (隱型天線、顯型天線 )，功分器 (二功分、四功分等 )，必要時(shí)還需要添加干線放大器 (當(dāng)信號源距離天線過長，信號衰減過多時(shí) )。 第二節(jié) IDS 的類型及其特點(diǎn) 一、信號源的分類和特點(diǎn) 按信號源的不同，可分為下述兩類室內(nèi)分布系統(tǒng)。 （一）蜂窩系統(tǒng) (包括微蜂窩和宏蜂窩 ) 優(yōu)點(diǎn)是信號穩(wěn)定、可靠，通過質(zhì)量好 ； 缺點(diǎn)是建設(shè)周期較長，一次性投資大，還需支付傳輸線路的租建費(fèi)用 。 （二）直放站系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)是投資省、安裝方便快捷，可以很快解決信號弱和盲區(qū)問題 ； 缺點(diǎn)是通過定向天線難以取得單一純凈的信號，系統(tǒng)的話音質(zhì)量相對蜂窩系統(tǒng)較差，且易造成對其他基站的干擾 ［ 9］ 。 （三）信號源的選擇 ①在有光纖資源可利用、并且用戶容量不大的地方，應(yīng)優(yōu)先考慮使用光纖直放站作為重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 信號源。 ②如果用戶容量較大且本建筑物上有宏蜂窩基站，可以通過耦合器或功分器將宏蜂窩基站輸出信號的一部分引入室內(nèi)。如果本建筑物上沒有宏蜂窩基站或宏蜂窩基站沒有空閑容量，則可以采用微蜂窩作為信號源 [11]。如果用戶容量非常大，也可以采用宏蜂窩基站作為信號源。 表 各類信號源分析比較 信號源 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 無線同頻直放站 [12] 不需鋪設(shè)傳輸線路，設(shè)備造價(jià)低，配置簡單 不能提高容量，對無線環(huán)境要求高，對施主基站需要嚴(yán)格選擇，對室內(nèi)信號要嚴(yán)格控制 無線移頻直放站 不需鋪設(shè)傳輸線路，對空間隔離度要求不高，信號相對純凈和穩(wěn)定 不能提高容量，配置復(fù)雜，造價(jià)較高 光纖直放站 對無線環(huán)境要求低，信號純凈和穩(wěn)定 不能提高容量，設(shè)備造價(jià)較高，對施主基站仍有反向干擾，而且需要提供傳輸電路 宏蜂窩基站 (己有 ) 結(jié)構(gòu)簡單，投入小 對原基站的噪聲和容量有一定的影響 微蜂窩或宏蜂窩 基站 (新建 ) 增加了系統(tǒng)容量，不需要從其他基站引用信號，使用方便靈活 設(shè)備和機(jī)房投資較大，需要增加傳輸電路，對于 GSM 需要頻率規(guī)劃，對CDMA 需要 PN 規(guī)劃和安裝 GPS ③在沒有光纖資源可利用或光纖很難到達(dá)、并且用戶容量不大的地方，可以采用無線直放站作為信號源，但對于無線同頻直放站必須嚴(yán)格控制干擾。由于高層建筑主要分布在城市的繁華地段，基站分布很密，直放站系統(tǒng)容易造成對其他基站的干擾，并且沒有從根本上解決吸收話務(wù)量的問題，所以在城市應(yīng)當(dāng)首選蜂窩室內(nèi)分布系統(tǒng)。 二、分布系統(tǒng)的分類和特點(diǎn) 按所采用設(shè)備的不同，分布系統(tǒng)可分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。 (一）無源系統(tǒng) 主要由無源器件組成。設(shè)備性能穩(wěn)定、安全性高、無噪聲累積、維護(hù)簡單、成本低。信號經(jīng)過功分 器、耦合器和線路衰耗后，均勻分布到各個(gè)天線，覆蓋效果較好。但系統(tǒng)設(shè)重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 計(jì)較為復(fù)雜，靈活性差。當(dāng)功率損耗較大時(shí)需加干線放大器。 (二）有源系統(tǒng) 信號經(jīng)過各級衰耗后，到達(dá)末端時(shí)可被放大器放大，達(dá)到理想的強(qiáng)度。增益自動校驗(yàn)，無須調(diào)節(jié)，場強(qiáng)分布均勻，可保證覆蓋效果。但建設(shè)和維護(hù)復(fù)雜，近端和所有遠(yuǎn)端設(shè)備都需要電源，有源設(shè)備易損壞，系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性較差。 考慮到設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性以及工程造價(jià)，無源系統(tǒng)在實(shí)際工程中采用更多。 此外，如果按布線材料的不同，室內(nèi)分布系統(tǒng)還可以分為同軸電纜系統(tǒng)、光纖系統(tǒng)泄漏電纜系統(tǒng)和光電混合 系統(tǒng)等 。 ①同軸電纜是最常用的材料，性能穩(wěn)定、造價(jià)便宜，但線路損耗大。大型同軸電纜室內(nèi)分布系統(tǒng)通常需要多個(gè)干線放大器作信號放大接力。同軸電纜系統(tǒng)由于造價(jià)便宜，安裝方便，在實(shí)際工程中大量采用。適用于樓層不是很高、分布天線數(shù)量較少的室內(nèi)分布系統(tǒng)中。這種方式主要使用功分器和耦合器等無源器件將功率分配至各個(gè)天線，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可以增加干線放大器來提高信號強(qiáng)度 。 ②光纖線路損耗小，不加干線放大器也可將信號送到多個(gè)區(qū)域，能保證足夠的信號強(qiáng)度，性能穩(wěn)定可靠 。 對于大型的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，分布天線會達(dá)到幾百副。如果使用功分器和耦合 器，隨著距離增長，損耗將不斷加大，在遠(yuǎn)端的天線的發(fā)射功率也將會非常低，因此使用光纖系統(tǒng)進(jìn)行功率分配就成為理想方案，它充分利用了光纖傳輸距離遠(yuǎn)和損耗小的優(yōu)勢。在建設(shè)光纖分配系統(tǒng)時(shí)需要注意的問題主要有 :要嚴(yán)格控制光端機(jī)的輸入功率，防止光轉(zhuǎn)換器輸入過載，一般要在光電轉(zhuǎn)換之前加合適的假負(fù)載 ； 由于上行和下行信號的傳輸都要經(jīng)過電 /光和光 /電轉(zhuǎn)換，如果調(diào)試不好，信號會發(fā)生畸變，嚴(yán)重影響信號質(zhì)量 :光纖比較脆弱，在安裝和維護(hù)過程中容易被損壞，經(jīng)常會出現(xiàn)光纖損壞、傳輸中斷的情況，在維護(hù)時(shí)要多加注意。 與射頻電纜系統(tǒng)相比，光纖室 內(nèi)分布天線系統(tǒng)由于使用了光端機(jī)，因此增加了很多有源模塊，在投入成本上相對要高一些。但在近端和遠(yuǎn)端都需要增加光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，系統(tǒng)造價(jià)高。光纖分布系統(tǒng)信號傳輸距離遠(yuǎn)，適用于超大型建筑及距離較遠(yuǎn)的樓群 。 ③泄漏電纜系統(tǒng)不需要室內(nèi)天線，在電纜通過的地方，信號即可泄漏出來，完成覆蓋。在一些結(jié)構(gòu)狹窄、拐彎較多的地方，如地鐵或隧道里面，若使用天線進(jìn)行覆蓋，天線的覆蓋范圍明顯會受到地形的限制，在這種情況下，就可以使用泄漏電纜進(jìn)行覆蓋。但是由于泄漏電纜的損耗大，因此信號源的發(fā)射功率也比較大，或者在短距離內(nèi)就需要增加放大器，因此 考慮到上行噪聲的影響，放大器一般不能級聯(lián)。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 另外泄漏電纜造價(jià)昂貴也是制約這種天線系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的因素。 ④光電混合室內(nèi)分布天線系統(tǒng)。實(shí)際上，不管是射頻電纜室內(nèi)分布天線系統(tǒng)還是光纖室內(nèi)分布天線系統(tǒng)，其末端的天線都是通過電纜來連接的，這里所說的光 電混合室內(nèi)分布天線系統(tǒng)，是在一個(gè)建筑物中，部分樓層使用射頻電纜分布天線系統(tǒng)，部分使用光纖分布天線系統(tǒng)，在近距離范圍內(nèi)通過射頻電纜充分利用微蜂窩或者直放站的功率，再通過耦合器耦合出很小的一部分能量輸入到電光轉(zhuǎn)換器，最后利用光纖將微弱信號傳送至遠(yuǎn)端。這種方式可充分發(fā)揮兩者各 自的優(yōu)勢。 綜上所述 ，實(shí)際工程中由于性價(jià)比等原因，無源室內(nèi)分布系統(tǒng)應(yīng)用最多、最廣，設(shè)計(jì)也最復(fù)雜。 如下表 ： 表 信號分布系統(tǒng)分類比較 信號分布系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 無源電分布 成本低、故障率低、安裝方便、無噪聲積累、工作頻帶寬 由于信號源功率有限和傳輸損耗，無源系統(tǒng)有效覆蓋范圍不大 有源電分布 設(shè)計(jì)簡單、布線靈活、信號調(diào)整方便，覆蓋范圍較大 成本高、故障率高、有噪聲積累、工作頻帶窄 光電分布 結(jié)合了電分布和光纖分布的優(yōu)點(diǎn)，覆蓋范圍大 需要光一電轉(zhuǎn) 換 泄漏電纜分布 安裝方便、信號均勻、引入噪聲小 造價(jià)昂貴 關(guān)于信號分布系統(tǒng)選擇問題 : ①對于小型室內(nèi)覆蓋，一般指覆蓋面積在 1萬平方米以下，應(yīng)采用無源電分布系統(tǒng)。 ②對于中大型室內(nèi)覆蓋，一般指覆蓋面積在 5萬平方米以下，通過加干線放大器的電分布系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)覆蓋。加入干線放大器會引起噪聲惡化和插損，所以要仔細(xì)地測量和計(jì)算。在滿足覆蓋指標(biāo)的條件下盡量少用干線放大器，最好不超過 4個(gè)，另外干線放大器的級聯(lián)會形成噪聲積累，一般不采用級聯(lián)方式。 ③對大型建筑物或離散型區(qū)域進(jìn)行室內(nèi)覆蓋時(shí)，可以采用光 電綜合分布的方式，把 電信號轉(zhuǎn)換為光信號后通過光纖傳輸?shù)酱笮徒ㄖ锏姆謱踊蚋鱾€(gè)離散區(qū)域，然后通過光 電轉(zhuǎn)換進(jìn)入到室內(nèi)的信號分布系統(tǒng)中。 ④漏纜分布作為一種特殊的電分布方式，用于普通天饋系統(tǒng)難以發(fā)揮作用而又必須覆重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 蓋的特殊區(qū)域，如隧道、地鐵等 。 三、 IDS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 室內(nèi)分布系統(tǒng)一般由信號源和信號分布系統(tǒng)兩部分組成，使用光纖直放站引入遠(yuǎn)端基站信號和在建筑物內(nèi)新建基站時(shí)，還需要建設(shè)配套傳輸電路。一般的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以概括為 : 宏蜂窩為主，兼顧室內(nèi)覆蓋 :通過功分器，將基站輸出信號分配到多個(gè)天線，這些天線可以包括室內(nèi)和室外，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)和室外的同 時(shí)覆蓋，特點(diǎn) : ①室內(nèi)覆蓋要求，容量要求不是很大 ； ②由于使用了功分器，室外范圍受到一定影響 ； ③宏蜂窩站站址選擇要適合室內(nèi)和室外兩方面覆蓋的需求 ； ④結(jié)構(gòu)簡單，投入小，不需要單獨(dú)的微蜂窩基站設(shè)備。 圖 室內(nèi)站與室外站共同覆蓋 如圖 ，給出了一個(gè)三扇區(qū)基站，其中一個(gè)扇區(qū)的信號有一部分被引入室內(nèi)。這種方式可應(yīng)用于室內(nèi)結(jié)構(gòu)比較簡單，需要分別覆蓋的區(qū)域數(shù)目不大。針對現(xiàn)在許多中等城市的情況，不少重要建筑同時(shí)就是宏蜂窩站址，而且這些建筑需要重點(diǎn) 覆蓋的室內(nèi)區(qū)域也不是很復(fù)雜，所以這種結(jié)構(gòu)有一定的代表性。 復(fù)雜環(huán)境的室內(nèi)覆蓋 :對于話務(wù)集中，容量要求高的大型展覽中心和商業(yè)中心，需要建設(shè)單獨(dú)的微蜂窩。建設(shè)的重點(diǎn)在于天線安位置的選擇、以裝點(diǎn)的選擇。由于室內(nèi)覆蓋的預(yù)測很困難，所以天線類型的選擇、天線安裝及功率分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將是工作的重點(diǎn)。圖 是一個(gè)八層商業(yè)中心的室內(nèi)覆蓋設(shè)計(jì)圖 (功率分配系統(tǒng) )，應(yīng)用了不同類型的功分器和天線。室內(nèi) 室外