高層樓宇無線通信網絡分布系統覆蓋設計優化研究

鐘建明

（中國鐵塔股份有限公司云浮市分公司，廣東 云浮 527300）

0 引 言

在現代化城市發展進程中，高層、超高層、大規模綜合建筑的增加，對建筑內的網絡質量產生了重大影響。為解決此類問題，相關研究人員正在深入研究網絡分布系統，以提升網絡品質，創建高質量的室內無線通信網絡，減少網絡中斷和時延等問題，滿足廣大用戶對于優質網絡的需求。

1 高層樓宇特性分析

1.1 高層樓宇分區

從結構和空間使用層面，高層樓宇主要分成5個區，分別是地下停車場、室內電梯、住宅套房內空間、低層大型商場超市（商住樓大型綜合體配置）以及樓宇樓頂和室外綠化公共服務區。

1.2 覆蓋方案維度

室內分布系統是一項綜合性較強、相對復雜的網絡工程。該系統的宗旨是提供優質的無線網絡服務，以滿足區域內用戶的需求。為實現這一目標，始終圍繞著容量、覆蓋質量、綜合造價3個維度來開展規劃、設計、建設及維護優化工作。

1.3 信號和系統來源

室內分布系統的信號和系統來源可以分為有源室分、無源直放站室分。有源室分系統的信號質量較高且信號源穩定，但整體造價較為昂貴。無源直放站室分系統的使用優勢在于安裝簡便和成本低，但容易產生干擾，且容量有限。

1.4 系統選材組網

室內分布系統可以分為傳統同軸電纜饋線系統、泄露電纜系統、多頻多模光纖混合系統。泄露電纜系統適用于無外露天線的環境，整個安裝流程較為便捷且美觀，占地面積較少。光纖電纜系統的信號損耗程度在可接受范圍內，但進行光電轉換時需要較大的資金投入，因此主要用于大型公共場合。同軸電纜系統的應用范圍較廣，網絡穩定且經濟實惠，但會產生信號損耗，因此需要使用干線放大器提高信號的精確性[1]。在多用戶共享和信源集中方面，有多系統接入平臺（Point of Interface，POI）和多頻合路器/電橋等設備可供選擇。

2 樓宇室分系統整體設計

2.1 總體覆蓋原則

2.1.1 優先推行共建共享

在部署覆蓋時，應根據容量和質量要求選擇合適的主設備。在容量和質量要求高的情景下，應選擇功率大的主設備射頻拉遠單元（Radio Remote Unit，RRU）信源；在容量和質量要求不高的情景下，可選擇直放站。同時，應盡量優化信源的覆蓋面積，以減少信號損耗和干擾。為滿足多運營商用戶多套系統同時的共享接入，將信源功分設備或耦合器通過POI進行統一合路，從而節約信源投資。

2.1.2 多快好省

根據不同類型的覆蓋需求，可以采用薄覆蓋、專覆蓋、廣覆蓋相結合的方式。為降低建設成本和能耗，可以采用有源和無源結合的方案。在中低流量區域，采用無源室分系統；在雙路室分項目中，優先采用雙極化天線方案。對于住宅小區平層的覆蓋，可以采用室外天線對打方案，即使用樓宇專用大張角天線進行專項覆蓋。對于住宅、辦公樓、地下停車場，可以采用定向天線（對數周期天線或板狀天線等）進行薄覆蓋。對于商場等場所，可以采用廣角漏纜或全向吸頂天線進行覆蓋。

2.2 室分結構規劃和覆蓋

室分系統采用“空間分集”概念，通過無源分布式多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）方案，利用基站設備多通道之間的聯合收發功能，在兩組獨立的雙發雙收（Two Transmit and Two Receive，2T2R）室分路由的重疊覆蓋區形成4T4R覆蓋，在不增加投資的前提下達到4T4R覆蓋效果。

采用有源無源相結合的覆蓋方案，如5G使用有源設備，而2G/3G/4G使用傳統的無源室分設備，這樣可以充分發揮有源室分容量高和無源室分成本低的特點，形成性能和成本最優的高性價比方案。

室分外引樓層對打、電梯錯層、上下對打以及地下停車場高增益天線對打等方案可以兼顧網絡覆蓋和造價。

天線的覆蓋范圍（間距）應按照3G/4G/5G不同頻段單雙流速率要求，結合用戶群體分布、建筑大樓室內外結構功能分區等因素，通過專業室分設計軟件進行模擬測算和綜合衡量，以確定合適的設定值。在滿足網絡覆蓋范圍、質量等要求的前提下，天線口的輸出功率設計值還應考慮合適的必要余量，如5G天線末端功率在-15～-18 dBm范圍內相對合適。此外，應嚴格控制室分系統的信號外泄，確保室分小區的信號切換質量。具體要求在樓宇室外10 m位置，室外基站信號電平應比室分外泄電平高10 dB以上。

2.3 室分系統的建設步驟

樓宇室分系統建設流程主要包括基本信息獲取、現場勘察、圖紙方案設計、會審實施以及開通驗收5個環節，如圖1所示。每個環節中都有許多小環節，這些環節貫穿了整個系統的生命線，包括原理、設計、規范及施工等安全和質量方面。

圖1 樓宇室分系統建設流程

2.4 室內分布系統的優化技術和策略

室內分布系統的優化技術包括智能天線技術、上行同步技術、軟件無線電技術、多用戶聯合檢測技術以及同步碼分多址和軟切換技術。

智能天線技術能夠有效擴大室內無線通信網絡的使用面積，并減少傳輸干擾問題，提高網絡信號質量。上行同步技術能夠將無線網絡信息參數帶入與之相關的公式，得到較為精確的結果，保障無線通信信號質量。軟件無線電技術主要是創建多功能基站與多模手機，實現信息的互聯互通，滿足不同體制間順暢通信的使用需求，進一步提升通信系統的可操作性。多用戶聯合檢測技術能夠有效避免高層室內無線通信網絡在使用期間出現的多址干擾問題，進而擴大系統總容量。同步碼分多址和軟切換技術能夠提高高層室內無線通信網絡的頻譜使用效率[2]。

3 樓宇室分系統的具體應用要點

3.1 信源結構和需求優化

通過采用有源和無源相結合的方式，可以避免建設資金、成本和能源的不合理消耗。在高流量功能區域，以有源系統為主；在電梯、辦公區、停車區以及設備維護區等中低流量功能區，以無源系統為主，進一步達到降低客戶成本的目的。對于普通場所，應全面實施低耗、節約的無源室分系統。在中低流量區域，可選無源室分模式；在普通住宅小區，可采用天線對打的形式提高網絡信號覆蓋率；在地下停車場、辦公樓、住宅等場所，可以應用定向天線薄覆蓋的方式；在商場等長時間等候的場所，則可以引進全向吸頂天線覆蓋和廣角漏纜系統。確保網絡信號全面覆蓋，同時降低建設和維護成本。

不同頻段信源的覆蓋目標和覆蓋面積大方向是一致的，因此應盡可能將4G和5G信源進行耦合或功分，以減少投資。同時，相關技術人員在POI合路或公用時，應合理應用高功率主設備RRU的覆蓋優點，在保障基礎覆蓋面積的同時擴大4G/5G信源范圍，并減少運營商的信源投資。

3.2 勘察設計和預算層面細化要求

第一，提前與物業溝通，獲取建筑物的CAD圖紙，特別是覆蓋目標對應的電氣圖，包括線槽走線、電井、電梯等，便于后續設計室分饋線/網線/光纜、外市電電源系統。

第二，進行現場勘察，結合建筑CAD圖紙重點核對現場情況，特別是弱電井、電氣房設備間、地下停車場和商城等天花板結構走線、涉及室分外打天線樓頂的結構。使用滾輪尺、紅外測距儀進行長度和高度實測，利用無人機航拍俯視圖和模擬室分外打測量樓層總體高度等。

第三，使用天越等有利于快速設計和預算編制的工具軟件，通過專業軟件對室分無源器件選擇、功率平衡、信號衰減以及末端功率等進行綜合仿真管理，快速形成解決方案。

第四，在設計層面充分考慮多頻段合路和接入，使用的無源器件需要支持800～3 700 MHz頻段。考慮多頻段合路，建議前3級無源器件功率為500 W。在室分外打方面，需要考慮防水型器件、防雷接地等設計要求。

第五，優化天線口功率和天線密度的設計原理，按照室內質量覆蓋要求預留必要余量。同時，根據建筑結構、覆蓋要求等控制天線覆蓋間距，在設計階段通過仿真模擬算運適當部署天線數量。在滿足天線口功率的前提下，采用1/2的饋線代替7/8線徑的饋線，以節省投資[3]。

3.3 天線的部署應用

3.3.1 室分外打天線樓宇對打綜合覆蓋

高層室外采用廣角射燈天線的方式，通過少量饋線、無源器件將功率分配至安裝于建筑物樓頂的射燈天線、室外板狀天線等，采用信號對打方式將無線信號由室外天線覆蓋至室內區域，提高樓宇和對面樓宇室內房間的信號質量[4]。同時，室內和室外綜合搭配補充，可全方位立體化解決多棟建筑物、呈現面狀覆蓋的住宅小區等場景的網絡覆蓋，羅定東方明珠三期室分外打設計方案如圖2所示。

圖2 室分外打設計方案

3.3.2 電梯專項覆蓋和專用天線應用

采用電梯專用壁掛天線，每3層安裝一副天線，如果2部電梯相鄰，左右電梯分別采取天線錯層的方式覆蓋解決，以兼顧電梯廳網絡信號質量和造價。

如果電梯廳的信號質量良好，為節約成本，可以重點關注電梯內的信號覆蓋。對于5層以下的電梯范圍，可以部署對數周期天線來解決信號問題，天線口功率可設置為-8～-13 dBm。對于5至30層電梯的覆蓋目標區域，可以部署1個高增益的電梯專用天線進行覆蓋，根據現場條件和覆蓋效果選擇在井道底部或頂部安裝，天線口功率值一般可設置為-3～0 dBm；對于超過30層的建筑，可以在電梯間的頂部和底部分別部署1個高增益的電梯專用天線。

3.3.3 廣角漏纜合理推廣應用

為有效提高廣角漏纜系統的應用范圍，在設計一字型走廊、回字形過道時，應優先考慮使用此方法。廣角漏纜系統具有故障隱患少、應用器件少等優勢，能夠有效提高室內覆蓋質量，避免傳輸信號受到干擾。同時，通過優化設計施工流程，可以將工期縮短40%以上，并節約10%左右的成本[5]。以云浮某商務大樓為例，利用廣角漏纜方式可比傳統的單極化天線形式減少約30%的成本。

3.3.4 雙路室分優先用雙極化天線

在開展雙路室分項目設計時，選擇雙極化天線作業形式可以節約10%左右的成本。同時，使用的天線數量減少，降低了后期設備維護和運營的難度。

3.4 把控好材料質量和施工過程質量

在實施室分項目時，應優先選擇甲方集采的材料，確保造價和材料品質。每類產品、每批次產品到貨后均需進行抽檢和整體驗收。同時，要編制完善規范的施工方案，配置專業標準的施工工具、儀器儀表。重點關注分布系統前三級的施工質量，并同步做好互調駐波等質量測試。在施工過程中，嚴格按照設計方案進行，做好現場安全和質量管控工作。此外，還需聯合運營商完成室分設備的接入開通和調測優化，并組織好交維驗收項目歸檔結算等工作內容。在室分接地保護方面，要注意地排規格，外打天線抱桿接地、搭接長度和搭接面積等細節，確保符合防雷接地相關規范。

3.5 室分電源規劃設計方面

在電源線的選型方面，考慮安全性和質量穩定性，優先采用銅纜，并根據RRU和有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）對應的功率和壓降來計算線徑。同時，應盡可能利用用戶現有的線槽和管道，以減少投資。結合射燈外打的點位和各個樓棟的設備間位置進行組網，合理分配好用電功率負荷。

3.6 常見室分問題定位和處理

室分系統常見的問題主要包括駐波比和互調干擾、通話質量差、下載速率低以及信號弱等。這些問題可能是無源器件材料質量差、饋線接頭工藝不良、同頻干擾、POI故障、無主覆蓋小區、現場安裝天線不合理（對著金屬線槽等）以及信號外泄嚴重等因素引起的。為了解決這些問題，需要對室分系統進行細致的排查和定位。檢查無源器件的質量，確保其符合設計要求和標準。關注饋線接頭的工藝質量，避免因接頭不良而引起信號衰減或干擾。此外，對于同頻干擾問題，可以采取頻率規劃和調整措施，合理分配不同的頻段，避免同頻干擾的產生。關注POI故障和無主覆蓋小區的問題，采取相應的措施進行修復和優化。對于現場安裝天線不合理的問題，需要調整天線的位置和朝向，確保信號能夠有效覆蓋目標區域。同時，需要關注信號外泄嚴重的問題，采取措施減少信號對外界的干擾。

4 結 論

高層建筑的無線環境較為復雜，為滿足高質量網絡和低成本投資的要求，需要根據實際使用需求優化和調整方案。通過有源無源結合共享、采用大廣角和電梯專用天線、合理應用廣角漏纜、雙路室分優先應用雙極化天線、增加信源設備的覆蓋面積、提高天線口功率以及合理控制天線密度等措施實現網絡升級，減少室內網絡盲區與干擾區域，提升用戶的使用體驗，確保高層建筑室內的信號容量和質量符合要求，為廣大用戶提供更優質的無線通信服務。