WCDMA室内覆盖距离理论计算方法

曹晓冬　李海彬

一、引言

作为深度覆盖的主要手段之一，室内覆盖在移动通信建设中已存在了十数年时间，然而在现有网络中，室内覆盖的效果仍然存在这一些弱覆盖情况，并集中体现在对居民住宅、密集建筑城中村等的覆盖中。因此，本文将研究一套通过理论计算来初步评估室内覆盖建设方案能否达到信号覆盖强度要求的方法，便于指导方案制定和工程建设。

二、室外天线覆盖室内情况分析

在临近楼宇顶层或小区绿地设置天线，覆盖目标楼宇。其中假设：天线距离目标楼宇水平距离为d，天线垂直半功率角度为θ，使用天线主方向增益为G，目标楼宇完整处于天线半功率角辐射范围内，天线至目标建筑直接无阻挡，信号传播产生的多径分量与衍射分量与达到建筑后入射角损耗可量比抵消。

由于此类覆盖模式中，天线离接收端距离约在20～300米范围内，因此不符合准平坦地市经验模型要求（1km～10km），需使用确定模型来进行计算。

比较经典的确定模型是欧洲电信科学技术研究联合推荐的“Cost231-Walfish-Ikegami”电波传播衰减计算模型，该模型为非修正确定模型，适用范围20m～5km的小区型覆盖，分为可视模型和非可视模型两部分，本次讨论中仅应用其可视模型部分：

L=42.6+26lgD（km）+20lgF（MHz）

计算中假设天线馈入功率为5dBm，天线主波瓣增益G=11dBi，半功率角度θ=60°，天馈连接损耗1dB，折合天馈ErIP=15dBm，波瓣边缘强度削减3dB，边缘输出为12dBm；频率F取WCDMA下行频段中值2140MHz，若取典型天线距离30米，则室外边缘接收信号强度为：

Rx =Tx+G-1-3-（42.6+26lg（d/cosθ）+20lgF）

=5+11-1-3-（42.6+26lg（30/cos（60°）+20lg（2140）））=-59dBm

根据对北方城市建筑物穿透损耗的测试，典型损耗值如下：

室内接收电平Rx_indoor=Rx – 穿透损耗

如穿透外窗玻璃入射，则室内接收电平为-65dBm

如穿透水泥实墙入射，则室内接收电平为-74～-89dBm

阴影衰落标准差典型取值8dB，在75%边缘覆盖率折合90%覆盖概率时，对数正态衰落储备余量为5.5dB

室内环境电波传播损耗可采用对数距离路径损耗模型计算，即：

L=L（d0）+10·n·lg（d/d0）

其中：

d0为参考距离，即发射机到参考点的距离；

L（d0）为发射机至参考点处的路径损耗；

d为总传播距离；

n为平均路径损耗指数，经验模型中，有隔间的室内环境取值为4.69。

按照接收电平值-85dBm的目标要求，计算上述事例中，通过玻璃窗入射的情况下，覆盖室内距离为：

而对于没有窗户的建筑，从外墙直接穿透覆盖的情况下，覆盖室内距离为：

三、室内天线覆盖室内情况分析

从户门口放置天线点覆盖室内的方式上看，信号的传播损失主要由空间传播损耗和墙体穿透损耗两大部分组成，其中又以穿透损耗为最大影响，包括了墙体材质、穿透墙体的数量两个方面。

接收电平Rx≈Erip-Lpath-Sum（L1+L2……Ln）-ShadowFading

其中：Erip为天线点等效发射功率，通常WCDMA天线点馈入功率约为5dBm，全向吸顶天线增益3dBi，连接损耗1dB，则Erip通常为7dBm；

Lpath为空间传播损耗，由于天线点距离覆盖目标较近，可采用自由空间传播损耗公式计算，Lpat =32.45+20lg（d）+20lg（f）；

Sum（L1+L2……Ln）为墙体穿透损耗，其中Ln为第n面墙体的穿透损耗值；

ShadowFading在室内环境通常取5.5dB。

根据接收电平大于-85dBm的情况计算得到覆盖距离与穿透墙体的关系。

三、结论

参考上述计算过程与计算事例，可初步估计出设计方案对建筑室内覆盖的信号强度阈值，能够一定程度上避免室内覆盖建设后弱区盲区的大量出现。

作者简介：曹晓冬，男，1979年生，籍贯（江苏），学历（学士），职称（工程师），主研方向为无线网络规划/优化/设计，单位（北京电信规划设计院有限公司第三设计所）。

李海彬 北京邮电大学 硕士 现工作于中国联通北京分公司 网建部。