高層小區室分設計分析與應用

崔明輝，肖紹杰

（中國移動通信集團河北有限公司保定分公司，保定 071051）

1 高層場景特點分析

從生活來講：室內分布系統就好比一座大樓龐大的水流管道系統，由兩個重要組成部分，信號源和室內布線系統，信號源可以看做是這座大樓的水庫，室內布線系統中的每個天線就是每個用戶家的水龍頭，所有無源及有源器件就是分流器，饋線就是水管道，因此室分設計就是把信號源（水）平均分給每個天線（水龍頭）的工作。

從理論來講：室分設計是運用各種方法將基站信源信號通過無源器件進行分路，經由饋線將無線信號均勻地分配到每一副獨立安裝在建筑物屋頂、樓頂、燈桿或者綠地等區域的小功率低增益天線上，從而實現目標區域信號的良好覆蓋。

隨著城市化的進展，移動通信基站的平均站高也隨著建筑的升高在逐年增加，目前站高通常在30～50 m之間，加之大量鏡面墻體對信號的折射、反射的作用，在一些城市高層建筑群落中容易形成乒乓效應、導頻污染、覆蓋空洞等一系列影響網絡質量的問題，對于此類室分場景信號網絡的建立、設計和維護將會是今后網優工作的一個重要方向。由此將該場景細化成以下3種典型類型進行分析。

小高層（低于30 m）：該區域由于信號的反射、折射等原因帶來大量小區的越區覆蓋，導致無線頻率干擾嚴重，由此引發信號斷續，電磁波音，串話、單通，甚至掉話等問題。

高層建筑（30～50 m）：該區域等同于平均基站高度，因此容易出現沒有主導頻小區信號，信號質量差，頻繁切換，建筑物阻擋引起室內覆蓋不均衡，對高速數據業務支撐能力低等問題。

超高層建筑（50 m以上）：該區域受限于室外基站的高度和天線下傾角度的影響，沒有信號覆蓋，出現典型的信號盲區，導致用戶手機信號弱、甚至無網絡，直接影響客戶感知的問題。

以上高層建筑不同場景下的信號問題，目前僅靠室外基站或者單一室內分布的覆蓋方式已不能解決，而要在針對這一特定區域制定針對性的室內外協同設計方案來解決。

2 高層設計分析思路

針對以上高層建筑不同場景下的信號特點，同樣只有提高區域內主服務小區的信號場強，通過使用室內外協同設計方案，來徹底解決問題。

2.1 高層分布設計思路

（1）建筑物內區域：通過提高天線入口的功率值來解決高低層特定區域內的弱信號問題。

（2）建筑樓宇邊緣區域：通過增大天線密度，改變天線類型（全改定），解決高頻段中衰減過大，建筑穿墻損耗等引起的弱信號問題。

（3）高層樓宇話務分流：進行高低層分小區（A&B）覆蓋方式，底層A小區通過美化全向天線的覆蓋方式，高層B小區借用室分射燈定向天線分布方式輔助解決。

（4）樓宇間區域：使用A小區通過路燈或者美化天線的方式進行覆蓋空洞的解決。

具體設計如圖1所示。

圖1 高層設計展示

2.2 室內外協同設計方式

以保定地區已建的大型小區水榭花城北區1號樓站點室分設計為例：該站點屬于保定地區目前建筑群落（25棟樓）較大的小區，本次1號樓層為27層，相鄰南面是27層高的7號樓，依據以上分析設計思路，針對1號樓的設計不僅對于室內平層進行了天線點位的規劃，同時對于解決1號樓高層部分的室內覆蓋弱和信號雜亂問題我們通過在對面的7號樓樓頂外置了2個定向板狀天線解決。

通過如此的設計我們既保證了樓宇平層的覆蓋需求，同時對于高層中用戶客廳等邊緣地帶的信號質量差的問題進行了有效的解決，如圖2、3所示。

3 方案設計的關鍵要素

以上針對高層建筑進行了室分設計的分析，但在實際方案設計中需要對于這些場景給出準確、切合實際的組網方式，話務評估和天線點布放等方案，對其中設計流程進行分析，如圖4所示。

3.1 信號源及分布系統的選取

如表1所示，信源可選用傳統宏蜂窩（直耦）、傳統微蜂窩、分布式基站和直放站等方式，主要根據話務量的不同，選擇不同的信號源引入室內，可以滿足多種室內話務量的覆蓋，通常情況下可分為以下幾點。

（1）對于大話務量地區，如大型建筑物和購物中心，可使用宏基站作為信號源，能夠插入多塊基帶處理板，可以滿足話務密集地區的需求。

（2）對于商業辦公樓等中等話務量地區，可以采用微蜂窩或者分布式基站作為室內覆蓋的信號源。

（3）對于地下停車場等話務量不高的地區，可以選擇直放站作為信號源。

3.2 邊緣場強分析

室內傳播模型有多種，如對數距離路徑損耗模型、Ericsson多充端點模型、衰減因子模型、自由空間的路徑損耗傳播模型等。如表2、3所示，目前普遍選取下述室內自由空間的路徑損耗傳播模型：

PL(dB)＝ 32.45＋ 20lgf(MHz)＋ 20lgd(km)

其中：PL為路徑損耗，單位dB。F為計算頻率，取值為2 000 MHz。D為距離，單位km。

圖2 1號樓室內平層平面設計圖

圖3 室外補充覆蓋平面設計圖

在室內覆蓋系統中，對于下行鏈路而言，吸頂天線的入口功率比較小，在10 dBm左右。而對于上行鏈路來說，手機最大發射功率為24 dBm，要高于下行天線口功率。由此可知，在室內分布系統中，下行覆蓋小于上行覆蓋。所以，在進行室內分布系統的天線規劃時，以單天線下行覆蓋能力為規劃依據。

圖4 室分設計流程圖

表1 室分信源種類

表2 自由空間的損耗表

表3 室內傳播時阻擋物信號損耗參考取值表

室內環境下的接收信號場強可按下式計算：

Pr＝ Pt＋ Gt－ PL

其中：Pr為邊緣接收功率。Pt為天線入口功率。Gt為發射天線增益（3 dBi）。PL為路徑損耗，單位dB。

以平層天線實際安裝的位置以及覆蓋的要求來估算距離天線10m覆蓋區邊緣場強預測為：

（其中20 dB為墻體的穿透損耗，10 dB為多路徑衰落余量）。

根據預測分析其它地方的信號場強均高于此值，依照要求，室內信號強度90%以上不得低于-80 dBm，99%以上不得低于-85 dBm，因此可以滿足覆蓋要求。

3.3 話務量的測算方法

在初期進行話務評估和小區分裂的過程中，針對不同的室內覆蓋場景測算方法不同，設計的小區容量需根據特點的環境進行區分，目前高層小區的場景中，建筑量大、用戶集中、活動范圍廣等特點，注定其數據業務和話音業務量會很大，因此對于高層建筑話務的合理評估是避免后期一些類似低業務、超閑等問題的關鍵所在。

（1）樓宇話務：房間數×3×80%×X%×0.01（3為每房間平均人數；80%為樓宇的入住率；X%為手機的擁有率；0.01為人均話務量）。

（2）停車場：使用面積按50%，每停車位按7m，人均手機使用率按X%，人均話務量0.01 Erl/人；預測話務量=建筑面積（m2）×X%×50%×0.01/7。

（3）其它區域話務預測：區域總人口×手機持有率×運營商占有率×人均忙時話務量。

3.4 信號外泄分析

系統設計時為了減少信號泄漏的問題，對于室內全向吸頂天線安放時應不直接安放于窗邊，盡量采用隔墻的方式避免外泄。因此根據計算的室內覆蓋區邊緣場強，在考慮減去20 dB的隔墻損耗，可得室外信號泄露場強為：

泄漏場強＝Pr－20 dB＝－81.7 dBm－20 dB＝－101.7 dBm

即室內信號泄露到室外10 m處的信號強度不大于-90 dBm，滿足系統要求。

針對樓頂室外天線輸出口功率值較大問題，需要在天線選型，安裝位置和覆蓋方向上做好功夫，避免出現泄漏影響道路切換鏈。

3.5 天線點的布放原則

設計和施工的室內分布系統需充分考慮引起信號泄露各種因素，嚴格控制分布系統信號輸出，信號不會過度覆蓋到室外。設計時需針對不同的障礙物類型進行信號損耗的合理預估。

遵循以下幾點原則。

（1）高層室內天線口輸出功率控制在5～15 dBm。

（2）高層室內天線不應太靠近窗口，尤其注意不能靠近一樓門廳及低樓層窗口。

（3）GSM全向天線覆蓋半徑在10 m左右，空曠區域能達到15 m。TD-SCDMA室分天線覆蓋半徑在6～15 m，布放需考慮單副天線最多穿透一堵墻為原則。

3.6 室分鄰區及頻率的規劃原則

室分小區應遵循以下參數設置原則以達到最大限度的保留話務，減少切換，提升站點各項指標的目的。

（1）小區參數配置策略。通過提高室內小區優先級參數（Layer/Layerthr/CRO等）配置，以增加室分話務吸收，減少切換次數，使用戶盡量駐留室內。

（2）頻率設置策略。室分話務的提升，對于部分場景將進行分層，對于高層建筑建議采用平分的方式來劃分小區，建議高層站點使用1800 MHz的頻點來避免高層信號雜亂引起的頻率干擾問題，底層可靈活設置，在條件允許下建議對900 MHz的室分站點劃分專用頻段，來避免頻點復用度高引發的干擾。

（3）鄰區配置策略。對于高層場景室分小區，進行高低層分區優化后，高層小區只配置與低層小區的雙向鄰區關系，與室外小區配置室外到室內的單向鄰區關系或不配置鄰區關系（電梯使用低層小區）；對于所有的低層小區（或一個小區覆蓋），針對門口出入區域挑選4～5個（必須包含至少2個同層優先級的小區）宏站小區配置雙向鄰區，對頻繁切換的室內外站點通過遲滯值（HIHYST）、偏置值（OFFSET）等參數進行適當調整，保證進出建筑切換流暢。

另外， 受自身建筑特質的影響，宏站（非建筑入口處）在室內較強的站點，可多增加一些室外到室內的單向鄰區關系，防止重選起呼占用后無法及時回切和室分話務流失等問題。

4 小結

從長期以來參與的室分專項優化及排障工作積累的經驗中得知，目前影響現網室分網絡質量的因素有很多，其中大部分因素表現在室分初始的設計方案的缺陷方面，因此對于今后的室分設計方案給予以下幾方面的建議。

（1）方案設計時，應充分考慮容量規劃及以后小區擴容或小區分裂的需求，避免出現低業務或者超閑站點，同時遵循室分設計避免過多切換的原則，合理設置切換區域。

（2）無源器件的功率容量和互調指標，建議高配置信源近端設計時，使用互調指標好、功率容量大的高性能器件，機柜和遠端出口前三級建議使用高性能器件。

（3）關注室分系統設計方案中的系統圖、原理圖、天線點位圖的合理性、規范性與鏈路損耗計算、饋線長度計算的嚴謹性、準確性，避免后期維護的困難。

（4）室分系統設計時，設備及天線的輸出功率以及覆蓋需進行充分驗證，必要時進行模擬測試，以確保室分系統的天線口實際輸出能滿足設計要求，避免二次整改。

（5）室分系統在施工前，應做好設計方案審核工作，避免因設計方案不合理造成室分系統達不到預期覆蓋效果等問題。

[1]高澤華等. 室內分布系統規劃與設計[M]. 北京:人民郵電大學出版社，2013.

[2]韓斌杰. GSM原理及其優化[M]. 北京:機械工業出版社，2009.