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摘要：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。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。本文从一些工程经验出发，分析室内覆盖系统的组成，根据目前多网融合的业务发展背景，提出了多网融合室内覆盖系统的建设原则，实现了为移动通信室内覆盖系统的建设提供通信技术支撑的目标。
关键词：移动通信；室内覆盖
1.室内覆盖系统的组成
室内分布系统即针对建筑物内的移动用户，解决其通信网络覆盖的一种方案。利用室内分布系统将基站信号均匀地覆盖到室内盲区，以保证室内区域都拥有理想的信号覆盖。图1是通过无线同频直放站引入信号源，再由耦合器、功分器、干线放大器、室内分布式天线等组成的室内分布系统的示意图。
图1直放站的室内分布系统示意图
室内分布系统主要由信号源,信号的传输和分布系统以及干线放大器、功分器、耦合器、室内天线等部分组成。按照信号源的不同可以分为宏蜂窝、微蜂窝、直放站、射频拉远等。传输介质有光纤、同轴电缆和泄漏电缆等。
2.传输介质和分布系统
传输介质和分布系统作为室内覆盖系统的重要组成部分，主要有同轴电缆，光纤和泄漏电缆三种。
(1)、同轴电缆是最为常用的材料，其优点是性能稳定、造价便宜、设计方案灵活、易于维护和进行线路调整、工作频段合适、可以兼容多种制式的系统，但覆盖范围受同轴电缆的传输损耗的限制，传输保密性差。大型同轴电缆室内分布系统通常需要多个干线放大器作为信号的放大接力。
(2)、光纤的路损较小，不加干线放大器也可以将信号送到多个区域，保证足够的信号强度，性能稳定可靠，传输容量较大，易于设计和安装，可兼容多种移动通信系统。但是在建设的过程中需要增加专门的电转光，光转电设备，且依赖于远端供电。
(3)、泄漏电缆由导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体组成。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可以通过槽孔感应到泄漏电缆内部并送到接收端。
2.1元器件和天线
除了信号源，传输介质和分布系统之外，室内分布系统还需要功分器，耦合器，干线放大器和天线等器件。
2.1.1功分器和耦合器
主要有无源和有源(功分器和耦合器)两种器件，工作频段合适可以兼容多种制式的系统。采用无源器件的系统设备性能稳定，安全性高，维护简单，信号经过功分器，耦合器和线路损耗后，到达天线处的强度不同，覆盖的效果也不同。
2.1.2干线放大器
信号的传输会有一定的损耗，为了保证覆盖的效果，需要在传输过程中进行放大，这时就需要干线放大器。GSM900MHZ系统、GSM1800MHZ系统与TD-SCDMA和TD-LTE使用其相应的干线放大器。在多系统融合后对信号进行放大时需要分别放大，然后再经合路后传输。在TD-SCDMA和TD-LTE系统中，上下行工作于同一频段，应该避免上下行链路的自激干扰问题；另外，对于多种制式共用室内分布系统，不同频段的信号在此前的路损可能不同，应均衡各频段信号的放大率，以达到最佳的覆盖效果。
2.1.3天线
室内覆盖的天线主要有全向天线和定向天线两种，根据具体场景的需求合理选择。通常以吸顶天线为主，它主要有3dBi天线和5dBi天线，在水平方向全向发射。两种天线在垂直方向信号能量集中角度上有区别，3dBi天线适合开阔空间的覆盖，如会议厅；5dBi天线的垂直发射角度对于前者要小，能量更加集中，适合于楼层间的覆盖。为了防止室内信号泄漏对室外信号产生干扰等情况，采用定向天线向室内需求方向覆盖。
综上所述，信号的传输介质和分布系统以及功分器，耦合器，干线放大器，天线等器件共同组成了室内分布系统。根据具体的情况选取适合的器件，其中一些器件可以不用，如干线放大器等。
3.室内覆盖系统的规划与设计
3.1室内传播模型
室内无线信道和传统的无线信道相比具有两个显著的特点：其一，室内覆盖的面积小的多；其次，室内传播环境变化更大。研究表明，影响室内传播的因素主要是建筑物的布局、建筑材料和建筑类型等。
3.2室内覆盖场强预测方法
在室内覆盖系统中，对于下行链路而言，吸顶天线的入口功率比较小，一般在10-15dBm,而对上行链路来说，手机最大发射功率为24dBm，远高于下行天线口功率，由此可知，在室内分布系统中，下行覆盖小于上行覆盖。室内环境下的接收信号场强可按下式计算：
Pr=Pt+Gt-PL+Gr (dBm)
其中，
Pt：天线入口功率，Gt：发射天线增益，PL：路径损耗，Gr：接收天线增益，按公式可以计算得出；由上式可得路径损耗L为：
PL= Pt+Gt-Pr+Gr (dB)
3.3不同场景室内覆盖系统设计
3.3.1酒店客房类场景
结构特点：结构复杂，卫生间基本在走廊侧，房间结构基本为背对背建设。覆盖要点：由于卫生间部分大部分墙体结构较厚，装修豪华，墙体的信号衰减较大，基本从走廊到房间内部必须要穿透两堵墙。对于无线信号，若天线安装在走廊内卫生间侧基本无法保证覆盖。且由于走廊相对较窄，天线距离卫生间距离有限，无法保证信号的有效绕射，信号的衰减较严重。因此，对于宾馆式结构楼层的覆盖，天线的布放要求尽量避开卫生间一侧，最佳安位置应在两房间对应的门口。
具体覆盖方式：
(1)、对于对称客房，一般四个客房门口对应，即两侧四个房间门口相对应，卫生间部分相对应。对于此类结构的客房楼层可采取如下方式进行覆盖：四个房间门口共用一副全向吸顶天线，能够很好的兼顾四个客房的覆盖。考虑到有效覆盖距离内信号穿透最多不多于一堵墙。天线的间距基本在10m之内。天线口PCCPCH功率基本可控制在4dBm左右。
(2)、对于一侧为客房的楼层，可考虑采用一些定向吸顶天线，定向吸顶天线即可降低走廊另一侧的信号泄漏，又可通过定向吸顶天线增益高的特性，适当降低天线口的PCCPCH功率，建议若采用下图覆盖方式的话，PCCPCH功率可控制在2dBm左右。天线可采用120度定向吸顶天线。
3.3.2办公类场景
结构特点：楼层相对较高，天花板相对较高，房间到走廊基本是一堵墙体阻隔，办公楼层房间的隔断，由于墙体结构不同有多种形式，如石膏板结构、木板结构、砖体结构、混凝土墙结构等。
覆盖要点：办公楼层的覆盖的关键是隔断的具体结构，不同隔断结构具有不同的覆盖方式，即天线的布局（单副有效覆盖面积）也不尽相同，一般情况下，天线间距可控制在10-15m之间，但对于混凝土结构的隔断楼层，建议天线有效覆盖范围内不超过一堵墙体，对于如木板、石膏板等衰减较小物质隔断的楼层，天线的间距可适当放大一些。天线口PCCPCH功率基本控制在0-5dBm。对于楼层较高如4-5m的楼层，天线口PCCPCH功率最大不超过8dBm。
具体覆盖方式：
(1)、对称结构的楼层覆盖，对于对称结构的楼层，一般采用全向吸顶天线进行信号覆盖，对于混凝土墙隔断的办公室，建议单副天线有效覆盖距离不超过一堵墙，对于木板、石膏板隔断的办公楼层，天线的密度可适当降低，天线的有效覆盖距离建议控制在15m之内。根据要求合理控制泄漏。
(2)、非对称结构的办公楼层，可考虑采用一些定向吸顶天线来覆盖，一般定向吸顶天线的增益都较全向吸顶天线增益大3dB左右。因此，若采用定向吸顶天线，天线口PCCPCH功率可控制在0~-3dBm。具体要根据实际结构作一些相应调整。
(3)、大型办公区域，大型办公区域中间基本无隔断，平层面积较大，楼层较高，吊顶基本在3m左右。由于面积较大，天线布放在走廊将难以满足边缘覆盖强度要求。因此，在天线布放时，建议天线安装其内部，最好距离走廊墙体近一些，走廊部分可通过房间内的天线穿透一堵墙体来满足覆盖。
图2 大型办公室覆盖实景图
对于办公结构的楼层，由于隔断结构不同，采用的覆盖方式也不尽相同，对于砖墙或混凝土结构的隔断，建议在天线布放时，尽量不超过一堵墙体隔断，对于属承重墙部分，要满足覆盖要求，切记不超过一堵墙。
结束语：本文从实际工程经验出发，详细分析室内覆盖系统设计的特点，总结了各类室内场景的建设思路方案，并对多网融合室内覆盖系统提出了一些指导性意见和解决方案，实现了为移动通信室内覆盖系统的建设提供通信技术支撑的目标。
参考文献
[1]许宏敏--TDSCDMA无线网络优化原理及方法--人民邮电出版社--2016
[2]王立宁--无线接入网原理与实践--人民邮电出版社--2014
[3]莫伊--无线网络和无线局域网的设计与性能--科学出版社--2015
论文作者:林正梅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月下
论文发表时间:2017/6/14
标签：天线论文; td-scdma论文; 室内论文; 系统论文; 信号论文; 楼层论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月下论文;