高层建筑无线网络优化研究

2015-07-03张洁琼

电信工程技术与标准化 2015年7期

张洁琼

（中国移动通信集团河南有限公司新乡分公司，新乡 453000）

1 研究背景

移动无线网络经过20余年的发展，城区道路基本实现了无缝覆盖。随着城市的发展，高层建筑群体建设量突飞猛进，与此同时，高层网络问题也日益增多，投诉率居高不下。然而，高层问题多而杂散，问题相对棘手，处理效率不高。因此，此次专门针对高层场景深入分析和研究，力图梳理出一个解决高层问题的通用处理流程和行之有效的解决措施。

2 高层楼宇无线覆盖场景

一般来说， 10层及以上的楼宇我们称之为高层建筑。据不完全统计，2015年某市规划建设各类高层建筑将达到2 200栋，其中17!33层高层占70%。并且统计得出该市区宏站平均高度为32 m。高度最高的已突破200 m。因此，正常情况下，32 m高的宏基基站基本上不可能完全覆盖高层建筑。对此，我们对纯宏站覆盖的高层进行了实地测试。测试结果发现底层和顶层信号最弱，中部楼层信号最强，同等条件下2G>4G>3G，具体覆盖情况如图1所示。

高层覆盖场景普遍存在高楼层宏站难覆盖的现象。另外高层楼宇群建设相对密集，底层、低层受周边楼宇的阻挡严重。同时考虑选址投资等因素，无法通过大规模建站解决。特别是城市新区和旧城改造区大规模兴建高层楼宇，原有的基站组网结构很多对高层楼宇底层部分做到有效深度覆盖。高层建筑群相对低楼层建筑群，用户的使用感受更差。

虽然部分高层楼宇做了室内分布，但是由于墙体均以钢筋混泥土墙为主，室分天线大多设计在走廊、电梯口等位置，十分难穿透，基本无法做到满覆盖。如表1所示，高层复杂多样的建筑结构对信号衰减不同程度产生影响。

图1 楼宇各层覆盖情况

表1 各场景物体空间传播损耗值

“窗边效应”是对窗边易发生的乒乓切换、无主覆盖、导频污染等现象的概括。由于大多数客户都有“窗口打电话信号更好”的心理，同时该心理确实也符合低层建筑窗口衰落小的特点，然而对于高层建筑来说，窗边通话则“风险”较大。

情景1：从窗边向室内移动（用户从窗边打通电话后向室内移动）

UE占用到“飘”来的宏站信号后，此类信号：波动大，易发生快衰落和“乒乓切换”；往往未添加此室分的邻区关系，易“拖死”掉话；质量不佳，底噪较高。

此时，UE再向室内移动时发生掉话/掉线事件的概率极高。

情景2：从室内向窗边移动（用户从室内打通电话后向窗边移动）

UE占用室分信号向窗边移动：若室分天线安装在走廊，则窗户距离天线最远，室分信号穿过两三堵墙后损耗严重，且室分小区一般不添加宏站邻区；室内外频点混用，窗边干扰更大。

3 高层建筑的常见问题的优化措施

高层网络的常见问题主要分为两大类：网络覆盖类和业务质量类。对高层建筑无线网络优化的研究，梳理高层建筑存在的各类网络投诉问题解决方案和问题发掘手段。如图2所示，总结梳理后的一套完整的高层问题处理流程。

3.1 网络覆盖类

此类问题的现象特征是完全无信号或信号弱，时有时无，在不同网络模式间频繁跳变。常见问题原因主要有，主覆盖小区告警或故障或完全无主覆盖（室分覆盖不足或宏站覆盖较差）。此类问题的解决思路从两个方面入手。

3.1.1 有室分建设

从室分设备故障排查与处理、功率核查与提升、分布线路排查与整改3个方面入手。

（1）室分排障。室分站点排障中，最常见的是驻波告警，驻波值超过1.8后有效输出功率偏低，直接影响覆盖强度。因此，室分告警或故障是影响覆盖的最直接原因，一旦发现及时处理。

图2 高层问题处理流程图

（2）室分整改。部分室分站点设计的天线点过少，或施工方未严格按照图纸施工（天线位置不标准、器件增益不足等），都会导致室内覆盖严重不足，甚至电梯、安全通道等完全无信号。因此，此类问题只有通过整改解决。整改方案一般以新增天线点为主，或通过将吸顶天线替换为定向板状天线来增强覆盖，也可通过部署室内微型放大器的方式增强覆盖。

（3）功率核查与提升。有些室分站点建成后可能存在泄露问题，解决手段一般是在一楼天线口增加衰减器或增强宏站信号（使室外强度高于室内10 dB以上）。另外，也可以通过降低基站发射功率来临时规避，但会收缩基站的覆盖范围，造成覆盖盲区。因此，处理室分泄露问题，优先考虑加衰减器、增强宏站信号和优化邻区的方式处理，保证室分小区发射功率不低于标准值。

例如：客户投诉某高层大厦28层部分房间信号差，测试发现该楼层虽有室分但边缘覆盖仍较差，因此尝试提升小区发射功率，提升后整体信号明显增强，覆盖漏洞得到有效弥补。

3.1.2 无室分建设

从新建室分或宏站覆盖，调整周边宏站天馈与功率，拉远直放站、射灯，分裂出第四扇区覆盖室内，宏站天线整改（更换为高增益天线、双天线等），引入多路微功率分布系统、lampsite、AtomCell一体化微站等新型室内覆盖设备等方面入手解决。

（1）新建室分或宏站。新入住小区和新建写字楼等高层建筑一般均无室内覆盖，若周围宏站距离较远，则此类楼宇内往往无信号，因此，新建室分或宏站覆盖是最佳选择。其中，增加室外宏站的优点是建设相对简单，覆盖面积大，既解决覆盖又解决容量，特别适合普通居民楼群簇，缺点则是成本高（基站、传输等），对于高层办公楼和地下楼层室内改善甚微。

（2）宏站天馈与功率调整。高层楼宇周边存在较多宏站信号，但由于天馈、功率等参数不合理导致覆盖面积和覆盖深度有限的情况，需首先经过现场测试和周围环境观察确定覆盖高层室内的最佳小区或小区组，然后通过天馈调整、功率抬升等手段逐步实现对室内区域的覆盖。

图3 拉远定向天线覆盖

（3）光纤拉远，宏站设备室内覆盖。常用手段有拉远直放站、拉远定向天线等。如图3所示，依据3种建筑环境进行设计施工。通过宏站天馈设备对高层进行有效覆盖或补盲。

优点：直接从周边站点引源搭建，施工简单，成本低，节约硬件资源，2G/3G/4G均适用。

缺点：覆盖范围不易控制，邻区关系较复杂，对搭建位置和覆盖场景有要求，如电梯井、双子楼等。

（4）宏站运用特殊天线。常用手段有更换为垂直波束宽度更大的天线、单小区双天线（增加主打高层的天线）、天线上倾（定向覆盖）、水平波瓣和垂直波瓣互换、架设高增益抛物面天线等。

目前，采用的天线垂直波束宽度为15°;较难适应高层建筑的覆盖需要，可采用垂直波束宽度达到40°～ 60°的天线。

（5）引入新型室分设备。

目前，市场上针对室分覆盖的新型设备主要有Lampsite小基站、AtomCell一体化微站、多路微功率分布系统等。表2详细描述了新型室内基站产品Lampsite的性能优势。

3.2 业务质量类

此类问题的常见现象有语音通话质量差（断断续续、杂音、回声、单通）、无法接通、掉话、无法上网、打开网页慢、频繁掉线等。常见问题原因主要有邻区不合理，乒乓切换或切换不及时，导频污染严重，室分无源器件互调干扰、频率干扰等。此类问题的解决思路从4个方面入手。

3.2.1 邻区关系现场核查

高层邻区不合理会使UE占不到强导频，一方面导致切换失败后掉话、掉线，另一方面造成频繁切换，引发业务质量差。

常见位置为一层门口、高层窗口、地下车库出入口、电梯出入口等，常见邻区问题有邻区漏配、冗余邻区多，邻区关系紊乱。

针对此类问题，首先确保室分单验时邻区关系配置完整、合理，其次是在日常投诉处理中及时发现处理，定期筛查现网切换失败TOP室分小区进行分析调整。

表2 Lampsite新型室分覆盖系统

3.2.2 邻区关系规划与优化

优化原则如下：

（1）一环内室外邻区为主要的低层双向邻区

电平切换门限：大楼向室外宏蜂窝的电平切换门限一般应定义为6!12 dBm,室外宏蜂窝向室内切换电平一般建议为3!6dBm,确保手机良好驻留室内小区，避免频繁地切换到室外小区。

（2）二环、三环室外邻区为主要的高层单向邻区，切换电平一般建议为3!6 dBm。

（3）三环以外的邻区应该尽量避免建立单向邻区（信号漂浮幅度太大，不稳定）。

3.2.3 调整切换参数减少乒乓切换

楼宇内，窗口边，导频信号多而强。随着用户的移动，UE在不同小区间切换频繁，易造成话音质差、数据业务速率低，甚至单通、掉线。因此，需要首先明确主导频，拉开主、次导频电平间差距。其次，修改邻区间切换偏置，提高切换判决条件，使UE占用主导频后不会轻易切换至其他小区信号。

3.2.4 梳理导频信号降低导频污染

解决高层导频污染的思路主要是从高层导频污染问题的根源着手，找出相应解决方案，对症下药。总体思路为：调整室外宏站天线来抑制导频信号对高层室内的影响；优化室内外邻区关系；确保室分信号在室内的主导地位。

3.2.5 净化室内频点消除同邻频干扰

频点优化是降低系统内干扰的最佳手段。

3.2.6 较高楼宇分层设计，降低链路衰耗，减轻容量压力。

（1）链路损耗方面：分布设计常采用自下而上的传输方式，楼层越高距离越长、沿线器件越多，路损越大。分层覆盖后衰耗降低一半，可有效避免天线末端信号质差。因此，分层覆盖的楼宇，高层信号质量有保障。

（2）容量方面：楼宇分层=容量翻倍。

首先，进行负荷计算，以公寓式住宅为例，30层×16户×2人=960人，商场高峰时段为1 000!2 000人。其次，以3G承载的话音用户为例，单载波16×最大载波数12=192人（2:4时隙配比），明显单小区承载能力非常弱，忙时发生拥塞的可能性大。然而，楼宇分层后，原有单小区覆盖模式变为双小区覆盖模式，分层后的楼宇容量相当于之前的两倍。