毕业设计论文高层楼宇TD室内信号的覆盖.doc
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1、装订线毕业项目报告纸摘要3G的魅力在于高速数据与多媒体业务,而视频电话、视频流、游戏等高速数据业务一般都发生在舒适的室内环境中,这些业务功能需要较大的系统容量和良好的网络质量。对运营商而言,大量使用室内覆盖系统,可以争夺室内的话务量。室内覆盖还可以分散过密地区的网络压力,解决高端用户密集城区覆盖问题,减少室外基站的数量和配置,降低室外网络的整体干扰水平,从而提高整个系统的容量,更好地满足用户对信号质量的要求。解决室内覆盖的主要方法是建设室内覆盖分布系统,室内分布系统的基本原理是将室外信号通过有线方式引入到室内,再通过小型天线将信号发送出去,从而提高室内覆盖水平。TD-SCDMA是3G三大主流技
2、术之一,TD-SCDMA室内分布系统将是TD- SCDMA整个网络建设的重点之一。本项目报告介绍了实习期间所做的室内覆盖设计方案,并就案例进行分析,总结出TD-SCDMA室内分布系统设计的特点,介绍一些设计方法和技巧。关键词:3G TD-SCDMA 室内分布系统Abstracts:The charm of 3G lies in the high-speed data and multimedia services, while high-speed data services such as video telephony, video streaming, gaming are usuall
3、y occurred in comfort of the indoor environment, these business features require larger system capacity network with good quality. To the operators, extensively using indoor coverage system can compete for the indoor telephone traffic. Indoor coverage area can also be spread through close network of
4、 pressure to address the issue of high-end users dense urban coverage and reduce the number of outdoor base stations and configured to reduce the over all interference level outside the network, thereby enhancing the capacity of the entire system to better meet users need for signal quality.The main
5、 way to solve indoor coverage is to build indoor coverage distribution system, the basic principles of indoor distribution system is to bring outdoor signal through wire introduced into the room, then through a small antenna to send out the signal so as to enhance the level of indoor coverage. 3G TD
6、-SCDMA is one of the three mainstream technology, TD-SCDMA indoor distribution system will be one of the major construction of the entire TD-SCDMA network. This report describes the internship project done during the indoor coverage design. Which will also analyze the case of a typical project, sum
7、up the design features of TD-SCDMA indoor distribution system and introduce some design methods and techniques. Keywords: 3G TD-SCDMA indoor distribution system目录摘要1绪论41 TD-SCDMA室内分布系统组成51.1信号源51.2传输介质和分布系统61.3元器件和天线62局部覆盖系统设计82.1室内传播模型82.2室内覆盖场强预测方法82.3室内覆盖典型环境单天线覆盖能力92.4天线功率需求及布放原则92.5天线布放参考102.5.
8、1客房楼层天线的布放102.5.2办公楼层的覆盖132.5.3大型办公区域的覆盖152.5.4地下停车库的覆盖152.5.5 娱乐场所的覆盖162.5.6电梯的覆盖162.5.7卫生间的覆盖173典型案例分析193.1勘测203.2设计233.2.1辅楼研发楼233.2.2辅楼中试车间233.2.3主楼244施工与验收284.1施工284.2验收28结 论29致 谢30参考文献31绪论随着移动通信的迅速发展和普及,城市规模的不断扩大,摩天大楼和地下设施的大量涌现,室内吸收了大部分的话务量。NTTDoCoMo的3G商用网络的最新业务统计数据显示,在3G网络中室外的业务量(语音和数据)仅占整个网络
9、业务的30.3%,而室内业务占整个网络业务的69.7%,这些场所主要是办公楼29%、车站26%、家庭25%,20%分别在购物广场、娱乐场所、地下室、餐厅等。 针对现在许多大城市高楼密集和建筑物内的移动用户较多的现状,单依靠室外宏蜂窝基站对其覆盖已经不能满足网络覆盖、容量和质量的要求。主要存在以下一些问题。覆盖方面:3G工作在超短波频段,而且电波的绕射能力差,穿透损耗较大,导致网络的深层次覆盖存在着缺陷,产生信号的弱区或盲区,如在建筑物电梯间、地下停车场和地铁等。容量方面:一些建筑物如超市、会议中心等,由于用户密度过大,CDMA网络用户底部噪声大大抬高,GSM拥塞严重,导致容量有限。质量方面:由
10、于频率干扰、导频污染和乒乓效应等导致小区的信号不稳定,话音质量难以保证,甚至发生掉话。对运营商而言,大量使用室内覆盖系统,可以争夺室内的话务量,开拓新的话务量。据DoCoMo的统计,实施室内覆盖的建筑物内话务量增大了1.43倍。同时室内覆盖还可以用于分散过密地区的网络压力,解决高端用户密集城区覆盖问题,减少室外基站的数量和配置,降低室外网络的整体干扰水平,从而提高整个系统的容量,更好地满足用户对质量的要求,其性能的好坏将直接影响到运营商的客户体验及其收益,是其取得成功的关键因素之一。与3G其他制式的系统一样,TD-SCDMA在布网的过程中也无法回避室内覆盖的问题。同样受限于IMT-2000频段
11、无线电波的传播特性和建筑物的材质,仅仅室外的宏蜂窝基站无法保证充分覆盖,不可避免产生盲区。解决问题的最有效方法是引入室内分布系统。1 TD-SCDMA室内分布系统组成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1-1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。如图1-1所示BS1BS2功分器耦合器直放站干线放大器直放站图1-1 室内分布系统1.1信号源通常可以选作为室内覆盖的信号源有宏蜂窝基站,微蜂窝基站,直放站和射频拉远单元
12、等。(1) 宏蜂窝信源: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、奥运体育场馆等重要建筑物。(2) 微蜂窝信源:应用在中等话务量、中小型建筑物。如分布系统功率不够可增加少量干放进行覆盖。(3) 射频拉远信源:应用在话务量较高的写字楼、商场、酒店等重要建筑物,尤其适合建筑群的覆盖。(4) 直放机信源:主要应用在覆盖区域分散的小区,补盲覆盖的电梯、地下室等场所针对以上关于室内覆盖的信号源的介绍,我们对一些特定方案下的典型场景提出了解决方案,如表1-1所示。表1-1 部分场景的室内覆盖解决方案方案针对性典型场景解决方案超大面积的楼宇或楼群,高话务量热点,有光线分布
13、的场景高档的写字楼(群),大型的综合商务中心,机场等宏基站+RRU+室内分布系统大面积楼宇,中等话务密度,中等覆盖规模的场景一般的写字楼,高档酒店,会展中心等室内的微蜂窝基站+室内分布系统话务量不高,主要是为了满足覆盖的要求且较为封闭的场景地下停车场、隧道、地铁,小型或鼓励的居民区,交通干线等直放站+室内分布系统或泄漏电缆一般的室内覆盖,话务量不高且封闭性较差的场景普通的居民楼(大楼内非深层覆盖),体育场等室外的宏蜂窝 1.2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
14、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。在TD-SCDMA室内分布系统中还有一个问题是光电互换时存在时延,需要在使用中引起注意。(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
15、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。泄漏电缆提供的是功率低、辐射均匀的“雾状”覆盖。优点是信号强度均匀,缺点是较高的电缆传输损耗,需要较强的信号输入;安装技术要求较高,每隔1m就要求装一个挂钩,悬挂起来时电缆不能贴着墙面,而且至少要与墙面保持2cm的距离,不但影响美观,而且价格是普通电缆的2倍。它多用于一些特殊场景下,因为普通天线无法实现较好的覆盖,如竖井,隧道,地铁等。1.3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。(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
16、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。而有源系统的信号到达末端时被放大器放大,达到理想的强度,保证覆盖效果。例如一些大型商场,就需要有源系统保证其覆盖。因而,有源系统建设和维护复杂,有源设备易损坏,系统的安全性和稳定性不如前者。(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。在TD-SCDMA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
17、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。(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。与2G等其他系统共用室内分布系统时,需要考虑不同制式的链路损耗的区别来调整天线的位置和数量,以满足覆盖需求。综上所述,信号源,信号的传输介质和分布
18、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。2局部覆盖系统设计2.1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。 室内传播模型有很多种,如对数距离路径损耗模型,Ericsson多充端点模型,衰减因子模型等。目前普遍选取下述室内传播模型:Ploss = Plosslm+20log(d)+FAF +8(dB)其中:Ploss:路径损耗(dB);Plosslm:
19、距天线1米处的路径衰减(dB),参考值为39dB;d:距离(m);FAF:环境损耗附加值(dB),和建筑物类型、建筑结构、所用材料等相关,取值是在表5.1的基础上,结合建筑物类型、结构以及室内分布的工程经验而来。此值需在今后的实际工程中结合实际场景进行修正。8 dB:室内环境下的衰落余量,包括空间衰落效应和时间衰落效应引起的衰落。表2-1 给出了在2G频段电磁波的典型穿透损耗值 阻隔物类型损耗(dB))普通砖混隔墙(30cm)1015混凝土墙体2030混凝土楼板2530天花板管道18金属扶手电梯5箱体电梯30人体3木质家具362.2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
20、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。所以在进行室内分布系统的天线规划时以单天线下行覆盖能力为规划依据。 室内环境下的接收信号场强可按下式计算:Pr=Pt+Gt-Ploss+Gr(dBm)其中, Pt:天线入口功率; Gt:发射天线增益; Ploss:路径损耗,按公式可以计算得出; Gr:接收天线增益 由上式可得路径损耗L为:Ploss=Pt+Gt-Pr+Gr(dBm)结合室内传播模型,选取合适的FAF值,便可求得相应场景下单天线的覆盖能力。2.3室内覆盖典型环境单天线
21、覆盖能力单天线覆盖能力是指天线口输出功率固定,移动台能接收到有效信号的距天线最远的距离,即一个天线的覆盖半径。设计室内分布系统时,要考虑不同性质的楼宇结构不同,单天线覆盖的范围是有限,例如楼宇内物理环境结构简单、空旷、遮挡物少,信号在传输的过程中损耗少,单天线覆盖范围大;反之,楼宇内物理环境结构复杂、遮挡物多,信号信号在传输过程中损耗大,单天线覆盖范围小。针对以上关于室内覆盖单天线覆盖能力的介绍,我们对一些典型场景给出参考数值,如表2-2所示。表2-2 室内覆盖典型环境单天线覆盖能力典型场景FAF(dB)Pt(dBm)Pr(dBm)Gt(dBi)单天线覆盖半径(米)写字楼216-85320.0
22、商场超市206-85322.4会展中心198-85331.6会议中心198-85331.6室内体育场馆1510-85363.1民航机场186-85328.2宾馆酒店266-85311.2娱乐场所226-85317.8地下停车场176-85331.6电梯3110-851022.42.4天线功率需求及布放原则 设计室内分布系统时,要考虑天线的输出功率,可以计算出一个平层所需的功率,最终计算出整栋楼宇所需的功率,继而估计出需要什么样的信源设备;在一些普通的物理环境中,如何设计天线的布放,以下所述几点可以说明。(1)天线口输出功率要求:PCCPCH信道功率为05dBm; (2)在部分场合为更好的满足业
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