无线网络室内覆盖的实现与优化

钱振技

【摘要】文章重点分析了引入室内覆盖的理由，以及室内覆盖的实现方式：微蜂窝接入、直放站接入、宏蜂窝分裂接入，提出了各种优化方法：直放站自身的优化、无线参数优化和邻小区的优化，并给出了具体案例。

【关键词】室内覆盖 直放站 天线 无线参数 邻小区

1 引言

宁波联通无线网络运行已经有10年了，市区路面覆盖和室外覆盖作为网络建设重点已基本完善。但城市建设与发展不断加快，越来越多的高楼大厦、居民小区等建筑群拔地而起，解决高层室内覆盖已经成为城市无线网络优化中的一项重要内容。

2 为什么需要引入室内覆盖

相关的统计结果显示：移动用户的室内通话行为越来越多，约占整个通话的60%，但是在一些高层建筑，覆盖情况不是很好，会造成话音质量差、掉话等问题。在一些建筑比较密集的多层（如6层）居民小区，离基站相对较远，同时又受到周边楼宇的遮挡，虽然在小区的室外基本能够正常通话，但是到达室内后，信号衰减非常大，尤其是在1到3楼及地下储藏室，这就成了覆盖弱点。

室内覆盖是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案，近几年在全国各地的移动通信运营商中得到了广泛应用。其原理是利用室内天线分布系统将移动基站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。

室内覆盖的引入可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域；可以分担室外宏蜂窝话务扩大网络容量，也可以解决高层干扰问题。

3 室内覆盖系统实现方式

3.1 微蜂窝接入方式

要改善高话务量地区的室内信号覆盖，作为比宏蜂窝更好的室内系统解决方案，微蜂窝是最佳解决方案。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。宁波联通对市区部分大型写字楼以及高标准酒店的G、C二网都用北电微蜂窝系统进行了覆盖，这些区域网络覆盖良好，例如平安大厦、世贸中心等。

微蜂窝的建设对环境要求较高，需要有专用的机房及空调；而且其成本较高，需要进行频率规划，增建传输系统，网络优化工作量大。因此需要综合权衡移动网络和运营商等多方面因素才能定夺，对话务量少、投资回报少的站点，应该慎重规划。

3.2 直放站接入方式

目前是室内覆盖系统最普遍的方式，具有体积小、安装方便灵活、价格低等优势。由于微蜂窝的设备投入与工程周期都较大，只适合在话务量集中的高档会议厅或商场使用，在这种情况下，直放站（Repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。直放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，设备型号也丰富多样，在移动通信中正扮演越来越重要的角色。

直放站主要分为无线直放站与光纤直放站：无线直放站是最常见的一种直放站，设备成本低，易于安装，尤其是方便搬迁，是补盲、扩大覆盖区域最简便的方法。但同频无线直放站如果调测不当则极易造成对基站的干扰，尤其是在CDMA系统中，这种现象更加明显，在接入网络时要特别注意。

光纤直放站是目前普遍认为比较稳定的直放站，使用时要控制接入基站的底部噪声电平。它需要使用光纤将基站信号连入直放站系统内，信号源比较纯净，一般不容易对大网形成干扰。高大建筑物室内覆盖采用光纤接入时，有时为了平衡各扇区间的话务量，还会采用多扇区接入的光纤直放站。

光纤直放站将扇区覆盖范围延伸，但相应地也会增加延时，所以带直放站的扇区搜索窗应该根据引入的延时合理调整。

3.3 宏蜂窝分裂接入方式

宏蜂窝分裂接入方式是以室外宏蜂窝作为室内覆盖系统的信号源（即无线接入方式），主要思路是就近直接采用附近基站信号源，在相应的宏小区功分、耦合或分裂出一部分信号，采用特型天线进行直接覆盖。其前提是要充分结合现场无线环境和正确使用特型天线，以防止无线信号泄漏或过覆盖形成网内干扰。目前这种覆盖方式在宁波一些新建的大型住宅小区使用较为广泛，如日月星辰、中山明都等。主要优点是性价比较高，在投入不太大的情况下，可以对大量面积进行覆盖。

普通天线水平波瓣比较宽，垂直波瓣比较窄。天线的增益与波瓣的宽度成反比，在相同增益的情况下，水平波瓣比较宽的天线，垂直波瓣比较窄。而该方式需要选用垂直波瓣较宽、水平波瓣较窄的天线；在不需要覆盖很远的情况下，适当降低天线的增益，提高垂直波瓣的宽度。天线的增益、水平方向波瓣、垂直方向波瓣这三个方面是相互制约的，根据实际情况选择适合的天线，有时候能达到事半功倍的效果。

3.4 具体案例

以下为宁波联通比较成功的日月星辰的设计方案，主要采用宏蜂窝分裂接入方式进行小区覆盖。

（1）无线覆盖解决方案示意图

（2）方案陈述

利用春天宾馆室分系统作为信号源，耦合一路信号作室外重发覆盖该地区，解决G/C网室内深度覆盖问题。

利用单身公寓室分系统作为信号源，分别耦合G/C网各一路信号作室外重发覆盖该地区，解决G/C网另一面室内深度覆盖问题。

利用兴宁大厦GSM/CDMA基站第二扇区作为信号源，耦合该小区信号，利用特型天线覆盖该地区，解决两栋高楼G/C网室内导频污染和干扰问题。

总体上，无论是G网还是C网我们都从两到三个方向引信源打目标楼盘，使整个楼盘覆盖完整。

4 室内覆盖系统的优化

4.1 直放站自身的优化

在选择直放站类型时有这样一个原则：在楼顶或墙壁安装室外天线的地方，如果测到某个小区的信号比其它小区的强负十几dBm以上，并且质量好，则选择宽带直放站；如果周围小区的信号强度都接近，并且很难找到信号质量很好的小区，则选择选频直放站，这样就可以选择一个信号相对不强但是质量很好的小区为施主小区。

另外，直放站对基站的上行干扰也是一个需要注意的问题。所有的直放站接入基站均存在着上行通道，接入到基站接收机入口的噪声功率要小于-120dBm，这是由设备本身的工作带内的杂散辐射电平和上行增益共同决定的。在实际调测中，需要把重发端的天馈系统或者有源干放（一般为室内分布系统）接入，然后让网管监控人员观察二极接收电平。只要控制住上行噪声，直放站就不会对基站形成干扰。

直放站施主站的选择也比较重要，原则上尽量选择传输链路比较近的，因为距离远引起衰耗大从而会对设备性能产生影响。

4.2 无线参数的优化

对CDMA来说主要包括搜索参数与切换参数。搜索参数如AcquisitionSearchWidth，决定了在接入信道上基站的捕获搜索半径。由于基站对手机的传输时间一无所知，为了获取基站服务范围的手机信号，需要设置一个捕获搜索窗口尺寸，以服务于小区任意覆盖范围内的每个手机。该参数默认值为2400，但如果室内覆盖系统运用光纤直放站，相当于基站覆盖范围扩大，则需要增大接入信道捕获搜索窗口宽度，一般设置成最大值4095。

切换参数主要有SRCH_WIN_A、SRCH_WIN_N、SRCH_WIN_R。SRCH_WIN_A是指移动台搜索激活集和候选集中导频多径信号搜索窗的大小，此窗口以正被解调的业务信道多径信号中最先到达的为参考中心，设置过小，移动台会遗漏部分多径信号。而如果移动台没收到足够的多径信号，相应导频Ec/Io值会较差（因为移动台会将每路多径信号的Ec/Io值合成总的Ec/Io），从而降低了该导频加入激活集的机率，同时增加了掉话的可能性。一般城区基站SRCH_WIN_A设置为5，而如果扇区下加了光纤直放站则要设置为7以上，有些经过实际计算还要设置得更大。

SRCH_WIN_N与SRCH_WIN_A相似，不同之处在于它用于搜索相邻导频集中的导频。因为相邻导频集中导频的精确到达时间不能确定，此窗口可以设置得比SRCH_WIN_A稍大，大的窗口将会增加相邻导频被搜索到的可能性。参数SRCH_WIN_R与SRCH_WIN_N相似，不同之处在于它用于搜索剩余导频集中的导频。由于室内直放站离施主站一般有一定的距离，加上本身设备的时延，使得移动台进行软切换时搜索窗需要设置在合适的范围内，不然移动台会遗漏部分多径信号。

具体切换参数设置与窗口大小关系如表1所示，此参数以PN chips为单位定义。

无线参数对G网来说主要是小区重选方面的参数，通过C2准则可以使手机在空闲状态驻留在室内微蜂窝小区上。C2准则即小区重选准则，根据GSM05.08协议，影响C2准则的主要参数为C1和小区重选偏移（CRO），其中C1=手机接收电平（RxLev）－手机最小接入电平（RxAccMin）为小区选择准则。切换时移动台通话按优先级接收，为了防止乒乓切换，让通话较长时间保持在室内覆盖小区，需要设置切换门限和磁滞参数。

4.3 邻小区优化

在高层室内会接收到许多附近基站的信号，为了能与室内的主覆盖小区进行正常切换，需要把相关扇区加入到邻小区。由于每个扇区添加的邻小区数量有限，而且邻小区过多会引起切换缓慢或成功率降低，因此需要慎重考虑。对过于遥远扇区的信号，还是需要运用调整天线与参数的方法来控制覆盖。

4.4 具体案例

华信国际大酒店是奉化分公司大型集团客户，近期他们投诉在酒店部分区域存在CDMA主被叫困难。接到投诉后运维部无线网优中心立即对该大楼进行了测试，并提出了调整方案。方案实施后，2009年1月8日网优中心联系投诉用户并进行了现场复测，得到了用户的认可。

（1）前期测试描述

测试方式是用手机进行短呼测试并用接收机进行导频扫描，从而检查室内分布信号是否有较大的时延，另外可以根据扫频反映的情况对相关小区进行相邻关系的调整。由于接收机与GPS集成在一起，因此一定要在窗口附近能锁定卫星的地方，接收机才能正确反映出扫频情况。高层的窗口接收到的信号比较多，无线环境复杂，很具有分析意义。我们在18层行政休息室朝南的窗口锁定了卫星进行扫频测试，其他楼层则主要测试了手机的接收与发射性能功率。

从测试数据来看，总体信号强度较理想。但18层有窗口出现导频污染的情况，需要补齐相邻关系。

（2）相关问题分析及调整

直放站调整方案

从测试情况来看，C网室内分布覆盖区域前向信号强度比较正常，能为手机提供良好服务。但反向上，除了连接仪器的手机上发射功率正常外，其余的2个手机发射功率都较高，一度出现手机发射功率在10mw以上的情况，手机发送的信息很难送达施主站。建议直放站加大上行增益，目前奉化明珠第一扇区二极接收比较正常，应该可以承受新增的上行功率。测试中发现室内分布天线大多安放在走廊，建议在会所和餐厅等大的场所增加天线，以压制周围基站的信号。

关于室内分布时延的分析

室内分布系统时延一直是困扰高层覆盖的大问题，光纤直放站如果传输链路不佳或者多径引起的时延过大，而手机搜索窗设的不够大就会导致前向链路差，致使接入困难或者掉话。而搜索设窗置过大，呼叫建立时间就会很长或者呼叫失败。下面是光纤直放站引入时延的经验公式：

(2×R×6.6)/1.61+(1.5×d×6.6)/1.61+t/0.814

其中，R是直放站的覆盖半径，单位是km；d是光纤长度，单位是km；t是设备的延时，单位是μs，一般是6μs。

假设华信国际施主站到奉化明珠的光缆为2公里，直放站覆盖半径2公里，设备延时5ms，可以大致算得时延为34.4chips，查得对应SRCH_WIN_A为7，而目前设置的值正好为7，没有问题。上述搜索窗的设置是建立在理论基础上的，如果由于链路问题出现不正常的时延，那就应该另外设置。

在18层休息室窗口进行测试时，看到室内分布信号的时延只有6chips，比较正常。由此可见，从掌握的测试数据来看，时延还是在正常的测试范围内的，目前设置的参数合理。

（3）相邻关系的调整

窗口处收到信号较杂，如果室内分布天线放置不合理，周围基站的信号将比室内的强，不加相邻关系就会导致接入失败或掉话。我们截取了ACTIX软件上的Refrence PN图，从图上看，PN459（奉气象局Z）、PN123（奉气象局X）、PN291（奉气象局Y）、PN120（前方新村X）、PN405（城东苏家Z）需要与室内分布信号PN45（奉化明珠X）做相邻关系。

（4）方案实施情况

2009年1月2日已完成周围扇区邻小区修改，并对信号源奉化明珠第一扇区LOG进行检查。经分析，该扇区工作情况正常。1月3日网建部安排了直放站厂家一起调节上行增益，增大上行增益3dB后，手机发射功率有所降低，呼叫成功率提高。1月8日调整奉化明珠第一扇区天线，控制其覆盖范围，以避免重叠覆盖区域。

（5）复测情况

1月8日下午，无线网优中心对华信国际大酒店进行了整改后的复测，测试中发现信号强度较理想，可以满足正常通话需求。

5 结束语

无线室内覆盖工作包括工程勘查、设计、施工、调整和优化等几个过程，每一个过程都涉及到很多方面。在具体实施的过程中，需要根据楼层的情况选择天线的类型，根据建筑物的具体情况选择合适的设备，还需要结合周围大网进行优化。总之，要考虑全面，措施灵活。

室内覆盖在目前激烈的市场竞争下显得尤为重要，3G时代的来临更是带来了机遇与挑战，在平时优化工作中我们要格外重视，不断改善以趋近最佳。