浅析移动通信网络室内、外小区联合规划设计的必要性

文 杨磊 中国移动通信集团设计院有限公司北京分公司

现代化城市的快速发展导致城市的移动通信的无线传播环境复杂，尤其是室外站点天线挂的过高穿透到高层建筑内的通信覆盖区域，引起越区覆盖，导致室内小区资源闲置而室外站点资源不足等问题，本文将以某市区的GSM网络部分室内CQT测试深入分析由于室内、外站点独立规划设计对室内小区的载频资源利用率的影响，导致室内切换区域复杂，总体网络资源浪费。

移动网络是目前提供移动通信服务的主要网络，在高楼林立的大、中城市GSM网络主要由解决室外覆盖的室外宏站和补充室外覆盖不足、解决深度覆盖的室内分布系统组成，GSM网络发展到今天容量受限，可通过合理地重复利用这种不可多得的载频来增加网络容量，但某移动公司通过现有网络运行发现部分室外站点、室内分布系统的载频容量较低，如何有效利用网络载频资源提升其载频利用率？

本文结合对部分区域实际现网CQT呼叫拨打测试数据结果和移动通信室内外通信原理的深入分析，给出今后移动通信网络规划设计室内外联合规划设计的必要性和指导性建议，供实际室内、外网络规划设计工作参考。

图1 移动通信网络室内外通信站点关系示意图

本文组织结构如下：首先对GSM网络原理和小区功率、邻区设置与业务切换的关系进行分析，在此基础上分析目前的移动通信网络室内、室外规划设计任务划分模式，第三对现网的部分区域的CQT拨打测试结果进行深入分析，阐述所存在问题及其导致的原因，以此证明其传统的室内、外站点的覆盖分别设计的所带来的网络问题，给出室内、外站点的覆盖联合设计的必要性，以供实际工作中参考。

一般移动通信网络室内、外站点工作的原理

移动通信网络是当今提供语音、数据等业务的主要网络，其网络结构如下图1所示，由核心网、无线接入网组成，其核心网包括承载语音业务的移动交换机和承载数据业务的设备组成，而无线网络由控制管理无线网络资源的基站控制器、基站设备和手机终端设备组成。随着现代化城市的快速发展，大中城市愈来愈多高层建筑，导致城区的室外无线信号传播衰耗增大引起室内通信质量较差，因此采用作为延伸覆盖的主要手段之一的室内分布系统解决高楼大厦内的移动终端手机通信。

室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案。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。室内分布系统是基站和微蜂窝的补充和延伸，有不能被基站和直放站所代替，是大都市中移动通信不可缺少的组成部分。室内分布系统信号源包括.宏蜂窝信源、微蜂窝信源、射频拉远信源及直放机信源，信号源需要综合考虑目标楼宇的覆盖和容量要求，按照不同类型目标楼宇的要求选择对应的信源；室内分布系统的传输介质包括同轴电缆、光纤、泄漏电缆；室分的元器件包括无源和有源两种，无源器件通常包括功分器和耦合器，有源器件包括干放等设备；室分系统还包括分布在室内各个角落的天线。

图2 室内、外站点覆盖及室外站点信号对室内通信区域影响示意图

图3 第10层楼道内分布天线出口功率及楼道内覆盖测试结果示意图

室外站点主要包括负责转发手机信号的基站设备、完成收发的架设在铁塔或高层建筑物上的室外天线及其馈线系统；通过调整设计室外天线的挂高、天线增益、通信方位角、天线下倾角及发送功率等来满足每个室外基站的覆盖范围及容量的需求。

小区功率、邻区设置与业务切换的关系

不同的通信厂家的移动通信网络其小区邻区关系设置算法模型及其就原理大同小异，但不完全一样，以诺基亚的GSM为例，在GSM网络中BTS/MS的信号功率大小、邻区关系是决定手机是否切换的主要因素之一，下面是在诺基亚的GSM设备中基于“功率预算“切换公式

AV-RXLEV-NCELL(n )：手机在相邻小区所能接收的平均信号电平；

rxLevMinCell(n )：手机在相邻小区所能接收的最小信号电平；

msTxPwrMax(n )：允许手机在相邻小区的一个信道上使用RF最大发射功率，BSC内部，

msTxPwrMax：允许手机在当前服务小区的一个信道上使用RF最大发射功率；

其中：

PBGT=(msTxPwrMax-AV_RXLEV_DL_HO-(btsTxPwrMax-BTS_TxPwr))-(msTxPwrMax(n )-AV_RXLEV_NCELL(n ))

AV_RXLEV_DL_HO：手机所在服务小区的平均接收信号电平

btsTxPwrMax：手机所在服务基站的最大发射功率

BTS_TxPwr：手机所在服务基站的基站当前的发射功率

hoMarginPBGT(n )：用于防止邻近小区之间的频繁切换

由上述公式可知，当手机测量到周围小区信号强度足够强、且系统中设置为邻区关系，就促使手机从原始小区切换到邻小区上。

目前室内、外小区规划设计状况及部分室内业务质量测试结果分析

传统的室内和室外的通信隔离主要由穿透损耗较大的墙壁隔离，因此在网络规划建设阶段室内室外独立规划设计，包括“室外无线站点的规划设计”、“室内的无线网络规划设计”。

室外站点的规划设计主要满足室外用户的覆盖和容量需求如图2所示，所需设计的主要包括天线的挂高、天线下倾角、发送功率等。而室内覆盖设计主要涉及其分布天线位置、发送功率大小、器件及馈线的选择等，以便达到让在室内的用户通过室内小区接入网络获取相应的服务。

但高层建筑内各种障碍物及其相对位置的变化导致其无线传播环境较为复杂，下面是不同的墙壁材料对电波传播的统计经验值：

?

玻璃对电磁波的损耗较小，远小于其楼房内的钢筋混凝土墙壁对电磁波的损耗，这就导致室外站点的信号很容易通过窗口等穿透到室内部分区域，室内部分区域有多个室外小区信号使其室内的无线环境更加复杂，当手机所在室内区域的室外信号满足前面切换要求时手机就发生切换到室外站点，由于手机用户的移动性加之多个远处室外小区信号进入室内区域，若邻区关系设置不当，就易于使手机切换失败，同时引起室外小区超忙、室内小区超闲这种现象，导致整体网络资源利用率下降、投资严重浪费。

图3是某市区内一具有室内分布系统的高楼内第10层楼的室内分布信号及CQT呼叫拨打测试结果及其分析，该楼内的小区的CELLID为20926（BCCH35），该房间的外面有室外站点A和室外站点B等小区：

图4 1009房间关门且从位置2开机测试时的小区选择及切换状况示意图

图5 1009房间关门开机测试时手机测的各个小区BCCH信号强度示意图

第10层楼道内天线出口功率及其楼道内的实际接收信号强度如图3所示，由6个室内分布天线，且天线的出口功率达到了大约-20dBm，其楼道内的接收信号强度最小也达到了-55dBm，根据相关电磁环保对人身健康影响规定其室内信号覆盖设计不能再增大了，否则引起人身健康问题。

当对位于图4中右上角的第十层楼内的0509房间关门测试，从图4中所示位置开机测试时的小区先选择到室内20926小区(BCCH35)但随着手机位置的移动，呼叫拨打中切换到BCCH526小区和BCCH28小区，所测室内BCCH35、BCCH526小区和BCCH28小区信号强度如图5所示：

在关门情况下扫频仪测量的各个BCCH载频的信号强度和手机测量的各个BCCH载频的信号强度大小一致反映出：

测量的室内20926小区(BCCH35)接收信号强度基本上大于-80dBm，满足室内设计规范要求，根据根据相关电磁环保对人身健康影响规定其室内信号覆盖设计不能再增大了，否则引起人身健康问题。

在室内部分区域其室外邻区信号强度大，手机开机时虽然选择驻留到室内小区，随着手机位置移动，室内信号渐弱，手机呼叫过程中切换到其邻区，后来随着手机位置的移动即使室内小区的信号再次较强，由于切换控制参数的设置，也无切换回到室内小区通话。

由上可知，分别规划设计室内站点、室外站点的覆盖导致室内站点资源不能充分利用而闲置，室外站点资源紧张而超忙，网络的总体资源的利用率下降。

结论

综上所述，由于室外站点的越区覆盖和高楼大厦内的复杂的无线传播环境，导致室内的资源不能充分利用，进而引起网络总体资源利用率下降，而GSM的无线频谱资源是不可多得的稀缺资源。由此可见室内、外站点通信相辅相成不能违背移动通信网络这一客观原理，室内、外站点覆盖设计不能独立隔离进行，需要室内、外站点覆盖联合规划设计。