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室内分布系统(也称为室内覆盖系统)利用分布式天线系统将基站信号尽可能均匀地分布在室内每个角落,满足室内通信需求。
室内分布系统由信号源部分和信号分布系统两部分组成,如下图所示。
根据室内用户数量的多少,信号源可以是微蜂窝基站,也可以是直放站。
图1室内分布/覆盖系统组成
有源馈线式室内分布系统示意图如下:
图2室内覆盖与室内分布系统示意图
19.2.2信号源部分
信源接入方式
室内分布系统的信号源有以下几种接入方式:
(1)宏蜂窝作信源接入信号分布系统;
(2)微蜂窝作信源接入信号分布系统;
(3)直放站作信源接入信号分布系统。
(1)宏蜂窝作信源接入信号分布系统
是以宏蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。
宏蜂窝作信号源容量大、覆盖范围广、信号质量好、容易实现无源分布、网络优化简单,是室内分布系统最好的接入方式。
但宏蜂窝成本较为昂贵,且需有光纤传输通路,建设周期长。
图宏蜂窝作信源接入信号分布系统示意图
(2)微蜂窝作信源接入信号分布系统
是以微蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。
由于微蜂窝本身功率较小,只适用于较小面积的室内覆盖,若要实现较大区域的覆盖,就必须增加微蜂窝功放。
与宏蜂窝相比微蜂窝成本较低、对环境要求不高、施工方便等,所以微蜂窝作信号源使用也较为广泛。
图微蜂窝+功放接入信号分布系统示意图
(3)直放站作信源接入信号分布系统
是利用施主天线空间耦合或利用耦合器件直接耦合存在富余容量的基站信号,再利用直放站设备对接收到的信号进行放大为信号分布系统提供信号源。
直放站以其灵活简易的特点成为解决小容量室内分布系统的重要方式。
直放站不需要基站设备和传输设备,安装简便灵活,设备型号也丰富多样,在移动通信直放站中也扮演着重要的角色。
直放站作信源接入信号分布系统有以下应用方式:
1)通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号
图?
?
2)用耦合器从附近基站耦合部分信号通过光纤传送到欲覆盖区的直放站
3)用耦合器从附近基站耦合部分信号通过电缆传送到欲覆盖区的直放站
图?
信源选取
室内分布系统的信源的选取应综合权衡系统容量、频率资源、预期收益、投入成本、预期效果等多方面因素才能定夺。
系统容量直接决定室内分布系统的网络质量,如容量太小将直接导致覆盖区内的信道堵塞、呼损率大幅提高、接通困难、掉话严重等一系列的严重问题。
容量太大又会造成本过高和资源的巨大浪费,因此配置合理的室内分布系统的容量非常重要。
以下提供工程设计中的经验值:
²
平均每用户忙时话务量:
0.02Erl
用户呼损率:
2%
直放站覆盖区域的话务量不超过其施主基站话务量的40%
当直放站覆盖区域的话务量超过其施主基站话务量的40%时,应改换宏蜂窝或微蜂窝基站作信源。
表室内分布系统信源选择的比较
使用基站
使用直放站
1.是否增加容量
根据需要增加容量
不能增加容量
2.信号质量
好
一般
3.对网络的影响
小
控制不好影响很大
4.是否需要传输设备
需要
不需要
5.是否需要重新频率规划
6.是否需要调整参数
支持
7.是否支持容量动态分配
不支持(容量预分配)
8.是否支持多运营商
不支持
9.安装时间
较长
较短
10.投资
较多
较少
19.2.3信号分布系统组成
信号分布系统主要由信号分/合路器、功率分配器件、馈线、室内天线等组成,是将基站或直放站的信号均匀的覆盖到室内的每个角落。
如下图:
信号分布方式
(1)射频无源分布系统
无源系统主要由分/合路器、功分器、耦合器、馈线、天线组成。
无源系统没有有源设备故所以障率低、可靠性高、几乎不需要维护、且容易扩展。
但信号在馈线及各器件中传递时产生的损耗无法得到补偿,因此覆盖范围受信源输出功率影响较大。
信源输出功率大时,无源系统可应用于大型室内覆盖工程,如大型写字楼、商场、会展中心等;
信源功率较小时,无源系统仅应于小范围区域覆盖,如小的地下室、超市等。
(2)射频有源分布系统
有源系统主要由干线放大器、功分器、耦合器、馈线、天线组成。
有源系统中的有源设备可以有效补偿信号在传输中的损耗,从而延伸覆盖范围,受信号源输出功率影响较小。
有源系统广泛应用于各种大中型室内覆盖系统工程。
(3)光纤分布方式
光纤分布系统是采用光纤作为传输介质,由覆盖端机(主单元、接口单元)、远端覆盖单元、天线、光分/合路器件组成。
由于光纤损耗小,适合于长距离传输,该系统广泛应用于大型写字楼、酒店、地下隧道、居民楼等室内覆盖系统的建设。
(4)泄露电缆分布方式
信号源通过泄漏电缆传输信号,并通过电缆外导体的一系列开口,在外导体上产生表面电流,从而在电缆开口处横截面上形成电磁场,这些开口就相当于一系列的天线起到信号的发射和接收作用。
它适用于隧道、地铁、长廊等地形。
表几种信号分布方式的比较
优点
缺点
1.无源天馈分布方式
成本低、无源器件,故障率低、无需供电,安装方便、无噪声累积、宽频带
系统设计较为复杂、信号损耗较大时需加干放
2.有源分布方式
设计简单,布线灵活,场强均匀
频段窄,多系统兼容困难;
需要供电,故障率高、有噪声积累,造价高
3.光纤分布方式
传输距离远,布线方便,性和传输质量好。
造价高
4.泄漏电缆分布方式
场强分布均匀,可靠性高;
频段宽,多系统兼容性好。
造价高,覆盖半径小。
确定了室内分布系统的信源的接入方式和信号的分布方式即完成室内分布系统的组网方案。
19.3室内分布系统的技术要求
19.3.1系统技术指标
前向/反向业务信道误侦率:
FER=1%(EB/No=6~7dB)
信道编码:
9.6Kb/S
话音激活系数:
40%
小区负载:
50%
无线信道呼损率:
2%
每用户忙时话务量:
覆盖区内无线接通率要求在无线覆盖区内95%的位置,99%的时间移动台可接入网络。
话务量吸收:
楼内90%以上的话务量由微蜂窝承担
覆盖区域:
楼内95%以上的面积由分布系统覆盖
导频Ec/Io最低门限:
-12dB
场强强度:
95%以上的区域场强应≥-85dBm(电梯为-85dBm,地下停车场边缘场强≥-90dBm
统计指标:
掉话率<1%,呼叫建立成功率>95%
兼容性:
分布系统应能同时支持CDMA、GSM900、DCS1800;
19.3.2天馈线及无源器件技术指标
频率范围要求:
800~2500MHz
天线类型:
全向天线和定向天线,垂直极化;
天线适用频段:
800~2500MHz;
系统中所有无源器件适用频段:
光缆性能要求参见通信行业标准;
分布系统应有完善的单机及系统远程、本端告警功能。
19.4室内分布系统的相关技术
19.4.1室内电磁传播模型
在室内电磁波传播受响的因素很多,在有限的空间内环境变化大,墙、顶、地、人和室内物体等都会引起电磁的反射、折射、散射和吸收,电磁场分布十分复杂,电波传播模型相应多种多样。
本文着重介绍在测试的基础上总结出来的三种传播模型,可供移动通信室内覆盖预测参考用。
1)室内小尺度路径损耗
d
d0
室内小尺度路径损耗是指短距离、短时间内快速衰落(衰落深度达20∽40dB),其传播模型表达式为:
PL(d)=PL(d0)+10·
n·
log()+Xδ(dB)(式1)
式中:
PL(d)表示路径d的总损耗值;
PL(d0)表示近地参考距离(d0=3∽10λ)时,自由空间衷减值;
Xδ表示标准偏差δ(3∽14)的正态随机变量。
2)室内路径损耗因子模型
这一模型灵活性很强,预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB,衰减因子模型表达式为:
PL(d)=PL(d0)+10·
nSF·
log( )+FAF(dB)(式2)
nSF表示同层损耗因子(1.6∽3.3);
FAF表示不同层路径损耗附加值(10∽20dB)。
3)室内自由空间路径损耗附加因子模型
在室内可以认为是自由空间受限的传播路径,这一模型灵活性很强,预测路径损耗与测量值的标准偏差为4dB,其传播模型表达式为:
PL(d)=PL(d0)+20log( )+β×
d(dB) (式3)
β路径损耗因子(-0.2∽1.6dB/m)。
4)室内场强预测举例
由于式1中Xδ与δ正态随机变量关系式复杂,因此,实际工程采用式2和式3较多,本文举出二例供工程设计参考用。
例1:
假设本工程为某一宾馆的室内分布系统工程,天线输入口功率Pt=5dBm,吸顶天线增益为Gm=2.1dBi,同层预测距离d=15米,d0
15
1
设定为1米。
PL(d0)=31.5dB(f=900MHz),采用2式,其中nSF为2.8代入式2得:
PL(15m)=PL(1m)+10×
2.8log( )+0
=31.5+32.9
=64.4dB
预测出距离信号源15米处的场强(设衰减储备R为10dB):
PdBm=Pt+Gm-PL(15m)-R
=5dBm+2.1d
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