北京现代音乐学院GSMWCDMA室内联通信号覆盖系统设计.doc
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1、北京现代音乐学院GSM&WCDMA室内联通信号覆盖系统设计北京现代音乐学院GSM&WCDMA室内联通信号覆盖系统设计作 者: 学 号:101110133100309专 业:通信工程班 级:10级通信工程(3)班指导教师: 答辩时间:2012年5月15日 摘 要北京现代音乐学院GSM&WCDMA的室内覆盖是针对室内用户群,用于改善北京现代音乐学院内联通通信环境的一种设计方案。该设计是利用室内天线分布系统将联通基站的GSM&WCDMA信号均匀分布在室内每个角落,以保证北京现代音乐学院室内区域拥有理想的信号覆盖。分析了室内覆盖系统的组成和应用范围,并对GSM和WCDMA室内分布系统的共建问题进行了讨
2、论。通过对北京现代音乐学院内部结构的考察和用途的分析,并考虑到各器件的特性,提出了一种关于北京现代音乐学院GSM&WCDMA室内覆盖的方案,并对方案的各个方面进行了详细的说明。关键词:GSM;WCDMA;室内覆盖; 分布系统目录第1章 概述11.1 背景11.2 WCDMA标准的形成11.3 室内覆盖基本概念2第2章 室内覆盖技术32.1 室内覆盖系统的引入32.1.1 引入室内覆盖系统的原因42.1.2 室内覆盖应用范围42.2 室内覆盖系统组成42.2.1 信源42.2.2 合路器52.2.3 功分器62.2.4 耦合器62.2.5 干线放大器62.2.6 天线72.2.7 馈线72.3
3、室内覆盖信号覆盖方式8第3章 GSM&WCDMA室内覆盖系统设计要点分析113.1 室内覆盖规划流程113.1.1 站点初步查看/预规划123.1.2 详细设计133.1.3 设计批准与站点的安装153.1.4 优化验收173.2 室内覆盖传播模型173.3 GSM和WCDMA室内分布系统共建方案分析183.3.1 室内分布系统的建设与改造183.3.2 无源器件的使用和改造193.3.3 有源器件的使用和改造20第4章 方案的分析与选择214.1 北京现代音乐学院地理位置及功用说明214.2 GSM当前信号覆盖情况说明214.3 设计指标214.3.1 GSM网络设计指标224.3.2 WC
4、DMA网络设计指标224.4 覆盖区域说明与设计方案选择234.4.1 覆盖区域说明234.4.2 室内分布系统设计要素的分析与选择234.4.3 方案的选择与分析27第5章 设计方案的分析与说明265.1 总体规划说明265.1.1 组网方式265.1.2 BBU与RRU的连接方式及安装位置的选取275.1.3 容量计算275.1.4 GPS安装位置选取275.2 总体建设思路275.3 WCDMA覆盖方案说明285.3.1 边缘场强分析285.3.2 平层覆盖说明295.4 切换区设置295.5 泄漏分析及影响295.6 扩容分析295.7 BBU+RUU供电系统305.8 GSM覆盖方案
5、说明305.8.1 总体组网说明305.8.2 覆盖分析305.8.3 切换分析305.8.4 泄漏分析及影响31总 结32参考文献34第1章 概述由于国内3G牌照发放,3G网络和目前网通公司现有网络的融合也就成了我们目前研究的重要课题。如何有效的利用现有的GSM室内覆盖系统来实现GSM&WCDMA公用的室内覆盖是摆在我们面前的难题。本章首先介绍GSM室内覆盖进行WCDMA改造的背景以及WCDMA标准的形成和室内覆盖的基本概念。1.1 背景通州区房地产业的发展,私有住宅、小区、写字楼如雨后春笋般拔地而起,人们在室内活动的时间远远超过户外活动的时间,致使室内联通通信的通话时长激增,同时也给联通通
6、信室内覆盖系统提出了更高的要求。2.5G ,3 G联通通信技术的兴起,使人们不仅仅满足于语音通话的要求,数据业务将成为信息社会人们沟通方式更为便捷、传送信息量更大的沟通渠道。随着人们对联通多媒体业务的需求,第三代联通通信技术迅猛发展,其以能够为广大用户能提供类型多、质量高的多媒体业务而备受青睐。对于联通运营商来说,如何能够迅速搭建起高质量的3G网络,是在激烈市场竞争中获胜的关键。在2G时期,对于室外宏蜂窝无法有效解决的楼宇内的盲区、频繁切换区、高话务量区,联通运营商已经搭建了室内覆盖系统予以解决。本文研究的是,联通运营商如何利用己经存在的GSM室内覆盖系统进行WCDMA室内覆盖系统的改造。本文
7、对北京现代音乐学院GSM&WCDMA的室内覆盖进行系统规划,并且将原有室内覆盖进行3G改造的思路、方法及关键技术进行了详细进行了阐述1。 1.2 WCDMA标准的形成W-CDMA(宽带码分多址)是一个ITU(国际电信联盟)标准,它是从码分多址(CDMA)演变来的,从官方看被认为是IMT-2000的直接扩展,与现在市场上通常提供的技术相比,它能够为移动和手提无线设备提供更高的数据速率。WCDMA采用直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)、频分双工(FDD)方式,码片速率为3.84Mcps,载波带宽为5MHz.基于Release 99/ Release 4版本,可在5MHz的带宽内,提供最高384
8、kbps的用户数据传输速率。W-CDMA能够支持移动/手提设备之间的语音、图象、数据以及视频通信,速率可达2Mb/s(对于局域网而言)或者384Kb/s(对于宽带网而言)。输入信号先被数字化,然后在一个较宽的频谱范围内以编码的扩频模式进行传输。窄带CDMA使用的是200KHz宽度的载频,而W-CDMA使用的则是一个5MHz宽度的载频。 W-CDMA由ETSI NTT DoCoMo作为无线介面为他们的3G网路FOMA开发。后来NTTDocomo提交给ITU一个详细规范作为一个象IMT-2000一样作为一个候选的国际3G标准。国际电信联盟(ITU) 最终接受W-CDMA作为IMT-2000家族3G
9、标准的一部分。后来W-CDMA被选作UMTS的无线介面,作为继承GSM的3G技术或者方案。误解尽管名字跟CDMA很相近,但是W-CDMA跟CDMA关系不大。多大多小要看不同人的立足点。在行动电话领域,术语CDMA 可以代指码分多址扩频复用技术,也可以指美国高通(Qualcomm)开发的包括IS-95/CDMA1X和CDMA2000(IS-2000)的CDMA标准族。1.3 室内覆盖基本概念 室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内联通通信环境的一种成功的方案,近几年在全国各地的联通通信运营商中得到了广泛应用。 室内覆盖系统为上述问题提供了较佳的解决方案。其原理是利用室内天线分布系统将联通基站
10、的信号均匀分布在室内每个角落,从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖3。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,提高联通电话接通率,开辟出高质量的室内联通通信区域;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,从整体上提高联通网络的服务水平。第2章 室内覆盖技术实现室内覆盖是联通通信网络发展的目标之一,但是单纯地追求广覆盖还远远不能满足业务需求,因为不同区域的用户需求和业务价值不同,必须区别对待,例如在人口密集的城镇的基站密度就远远高于地广人稀的农村,室内的覆盖面积只占联通通信覆盖区域的总面积的20%左右,用于解决室内覆盖的基站数量只占总基站数目的25%左右,但在室内
11、且产生了所有覆盖区域的业务量的70%。据分析,室内用户分布密度一般大于室外用户两倍以上,高价值商务用户一般集中在室内,室内静止用户更有可能使用3G丰富多彩的数据业务,因此预计未来3G业务中将有90%的数据业务发生在室内,可以说保证网络良好的室内覆盖,是提高服务等级、发展客户的关键,是决定3G成败的重要因素。本章重点介绍室内覆盖的组成。2.1 室内覆盖系统的引入2.1.1 引入室内覆盖系统的原因4随着城市里联通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,对联通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,联通通信信号弱
12、,手机无法正常使用,形成了联通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,也是联通通信的盲区。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。 特别是联通通信的网络覆盖、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联通网络的服务水平,是所有联通网络优化工作的主题。总之,室内覆盖系统正是在这种背景之下产生的。进行室内覆盖系统建设的直接原因是:(1)覆盖方面:由于建筑物自身的屏蔽和
13、吸收作用,造成了无线电波较大的传输衰耗,形成了联通信号的弱场强区甚至盲区;(2)容量方面:建筑物诸如大型购物商场、会议中心,由于联通电话使用密度过大,局部网络容量不能满足用户需求,无线信道发生拥塞现象;(3)质量方面:建筑物高层空间极易存在无线频率干扰,服务小区信号不稳定,出现乒乓切换效应,话音质量难以保证,并出现掉话现象。2.1.2 室内覆盖应用范围室内覆盖系统的应用范围主要为(1) 室内盲区;(2) 新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等;(3) 话务量高的大型室内场所;(4) 车站、机场、商场、体育馆、购物中心等; (5) 发生频繁切换的室内场所;(6) 高层建筑的中、高部,由于收到
14、多个基站的电平近似的信号,导致没有主服务小区而产生“乒乓效应”。2.2 室内覆盖系统组成室内覆盖系统由信源、合路器、功分器、耦合器、干放、天线及馈线等部分组成,其组成示意图如图2.1所示,下面对各个部分进行详细的说明5。图2.1 室内分布系统组成示意图2.2.1 信源在进行室内分布系统方案设计时,首先需要考虑信号源的选取。能够为室内分布系统提供信号源的设备有:宏基站、微蜂窝、“BBU+RRU”和直放站等,每种信号源的特点和应用场景有所不同,需要结合实际场景来决定使用哪种信号源。对于室内分布系统虽然不适合应用智能天线技术,但由于可以应用智能天线的多通道的特性,来针对一些场所采用相应的解决方案,提
15、高系统的整体性能;下面对每种信号源进行分析:(1)宏蜂窝宏蜂窝信源的话务容量较大,扩容方便,输出端口在应用中可以选择使用单通道和多通道两种解决方案,一般微蜂窝对机房及电源环境要求较高,建设周期较长,成本高。主要应用在话务量高、覆盖区域大、具备机房条件的高档写字楼、大型商场、星级酒店等重要建筑物。(2) 射频拉远单元BBU信源话务容量大,组网灵活,能将富裕话务容量进行拉远,有效利用资源,由于光纤损耗小,大大减少干放等设备的使用。BBU方案需要传输光纤资源,对机房及电源要求不高,主要应用在话务量较高的写字楼、商场、酒店等重要建筑物,尤其适合建筑群和大型场馆的使用。BBU信源在一定程度上可以实现基带
16、资源共享,适合距离较近,早晚话务忙时互补地区共享部分冗余基带资源,但由于基带资源大量集中,一旦BBU发生问题,有可能导致大范围的影响。(3) 微蜂窝微蜂窝信源安装简单,不需要单独的机房,可以直接挂墙,工作稳定,覆盖效果好,与2G室内分布系统设计基本一样,便于与其它系统进行合路;能提供话务容量,但容量相对较小,一般只能提供单个端口,需要传输资源,对机房及电源要求不高,投资比较少,建设周期短。微蜂窝信源一般应用在中等话务量、中小型建筑物。在信源功率不够时,可以采用射频分布系统加干放的方式,或者采用中频分布系统的方式。(4) 直放站直放站信源对安装环境和电源要求低,建设周期短,投资少,但直放站不能新
17、增话务容量,同时会对基站带来一定的噪声抬升,主要应用在覆盖区域分散的小区,补盲覆盖的电梯、地下室等场所。2.2.2 合路器(1)作用:合路器的主要作用是将几路信号合成起来,其外观图如图2.2所示图2.2 合路器外观图(2)种类:合路器分为双频合路器和电桥合路器等多种。双频合路器分为GSM/CDMA两网合路器和GSM/DCS两网合路器。(3)工作机理:双频合路器的工作原理类似于双工器,但要求被合成的信号不在同一频段范围内,比如G网和C网、G网和D网、C网和D网。而且双频合路器具有插损低(有的只有零点几dB)和隔离度大(大于7090dB) 等特点。由于C网二次谐波落在D网内,因此,C网和D网的隔离
18、度比其他种类的小约10 dB。当被合路的信号在同一频段内是就只能采用电桥合路器了,电桥合路器有合路损耗,比如2合1有3dB的合路损耗,而且电桥合路器的隔离度远远低于双工合路器,一般只有20dB左右。2.2.3 功分器(1)功分器的作用:是将功率信号平均地分成几份,给不同的覆盖区使用。其外观图如图2.3所示 图2.3 二功分和三功分外观图(2)种类:功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。功分器从结构上分一般分为:微带和腔体2种。腔体功分器内部是一条直径由粗到细成多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换。(3)主要指标:包括分配损耗、插入
19、损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度、输入阻抗。2.2.4 耦合器(1)耦合器的作用是将信号不均匀地分成2部分(称为主干端和耦合端,也有的称为直通端和耦合端),其外观图如图2.4所示。耦合端输入端直通端(主干端) 图2.4 腔体耦合器照片(2)种类:耦合器型号较多如5 dB、10 dB、15 dB、20 dB、25 dB、30 dB等。从结构上一般分为:微带和腔体2种。腔体耦合器内部是2条金属杆,组成的腔体耦合器、微带耦合器内部是2条微带线,组成的一个类似于多级耦合的网络。(3)主要指标:耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度、
20、输入阻抗。2.2.5 干线放大器(1)作用:干线放大器简称干放。作用是在室内覆盖信号源功率不够的主干末端对信号功率进行放大,以满足覆盖的要求.(2)种类:根据运用在不同的网络分为GSM和DCS干线放大器,其内部结构相同于直放站。根据不同的功率主要分为2W和5W直放站。(3)技术指标:类似宽带直放站,可参照国家有关部门颁发室内宽带直放站的技术指标要求。由于在主干上使用的所以输入电平比较高,一般在-15+15dBm左右,增益根据输出功率的不同有所不同,例如2W干放一般增益为3040dB。2.2.6 天线分布式天线系统中使用的天线,一般增益较小,对波束的半功率宽度也没有具体要求,这是由室内覆盖的特点
21、决定的,部分室内天线如图2.5所示,室内覆盖的天线主要有全向天线和定向天线两种,应根据具体场景的要求合理选择。 图2.5 部分室内分布天线示意图定向平板天线和全向吸顶天线通常被用于办公室、宾馆、居住楼、展览馆和走廊等地方,对于一般单根天线覆盖区域较小的场合,建议使用双频段全向天线,如果是覆盖比较空旷的狭长区域,则建议采用定向天线。2.2.7 馈线室内覆盖用的馈线基本上只有3种7/8(普通)、1/2英寸(普通)和1/2(超柔),它们都是同轴电缆,由于微波信号只在同轴电缆的外导体的内表面与内导体的外表面上传导,所以7/8英寸的电缆由于内导体较粗,而且都是空心的,而1/2的内导体由于较细,所以就是铝
22、的,并在内导体上镀一层铜,有利于信号传递。根据表皮的不同材料有阻燃和普通2种。 图2.6 1/2馈线和7/8馈线图例2.3 室内覆盖信号覆盖方式室内覆盖方案需要在室内布线及安装天线(或泄漏电缆),即在建筑物里面需要覆盖或解决话务的地方,安装一定数量的小型天线,每个天线的EIRP电平较低,覆盖很小的范围(一般在几百平方米),使信号均匀的分布在建筑物的每一个角落,同时又尽可能的减少每幅天线的覆盖重迭区,信号源(基站、微蜂窝、直放站)直接引入到分布系统中,设计时一般信号不外泄到建筑物外面以避免引起过多的切换和同频干扰。常用的有分布天线,泄漏电缆和混合方式等几种方式6。 (1) 分布天线方式 与传统单
23、天线解决室内覆盖方式相比,分布天线的方式在于“分布”,通过将大量的低功率天线分散安装在建筑物里面,全面解决室内覆盖的覆盖问题。单天线如微蜂窝内置天线方式,一般用于大会堂,体育馆等空旷的场所,天线可安装的离人体较远的地方,室内阻挡不大,安装简单方便,对于大型建筑物,单天线方式只覆盖大型建筑物的一部分,达不到完全覆盖,而分布天线方式可以做到,分布天线方式可分为无源分布、有源分布和光纤分布。 无源天线分布方式 信号源通过耦合器和功分器,尽可能地分配到每幅天线上,这是主要的使用方法。它的特点是器件可以找到,造价较低,成本主要为耦合器和馈线,为克制馈线的损耗,一般采用较粗的馈线(主干一般为7/8英寸或5
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