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實現GSM網絡無縫覆蓋的幾種解決方案(圖)

2005/6/14 15:24:49   中興通訊股份有限公司  供稿
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  無線通信最重要的是給用戶提供一個可靠的、完全無縫的覆蓋網絡。2001年是中國移動的"網優年",旨在精心構筑日趨完善的現有網絡,在年底之前將實現高速公路的基本連續覆蓋,東部主要鐵路干線覆蓋率超過95%;完成對直轄市、省會城市50%以上的三星級賓館的室內覆蓋,50%以上同檔次寫字樓的室內覆蓋,50%以上營業面積超過2萬平方米的商場的室內覆蓋;完成地鐵站臺的覆蓋;對于國家級旅游景區市內要實現全覆蓋。
  
  由于無線電波傳播環境的復雜性,加上地形地物的影響以及城市規劃和經濟的發展,使得覆蓋不良的原因有許多,主要有:建筑物材料固有的屏蔽作用,增加了無線信號的穿透損耗,影響了網絡的信號接收和通話質量;為提高網絡容量增加頻率復用而采取縮小基站覆蓋半徑方式,限制了基站架設高度,造成高層建筑物區域無線信號來自多個小區或地面、墻面的不穩定反射信號,導致頻繁切換,嚴重影響網絡覆蓋質量;地鐵和隧道沿線由于地面的屏蔽、彎道、車廂的阻擋等因素,阻礙了電波的傳播;隨著經濟的發展,高速公路和鐵路作為交通樞紐輻射全國區域,其沿線話務量正在逐步提高,因此完善交通干線的覆蓋將成為提高網絡質量的關鍵。

一、實現無縫覆蓋的幾種方式

  就目前網絡來說,實現無縫覆蓋主要要解決以下三種特殊區域的無縫覆蓋:建筑物室內覆蓋(包括高樓、賓館、大型購物商場、停車場等建筑物內)、地鐵和隧道的室內覆蓋以及高速公路和鐵路沿線的覆蓋。

  總的來說,實現以上三種特殊區域的覆蓋主要有以下幾種方法:

  1、宏蜂窩直接覆蓋

  這是常用的室外覆蓋方式,同時又可以通過直接穿透實現最簡單的室內覆蓋,但是當室內覆蓋范圍大而復雜或穿透損耗過大時室內覆蓋效果較差。

  2、微蜂窩直接覆蓋

  典型應用是對宏蜂窩室外覆蓋的補充和一定區域內的室內覆蓋,可以靈活選擇內置、外置天線,充分發揮安裝簡便、吸收大話務量的特性,但是覆蓋面積有限。

  3、信號源+分布式天線系統

  可以采用宏蜂窩、微蜂窩和直放站為信號源,利用有源或無源同軸電纜、光纖、泄漏電纜等分布式傳輸介質對無線信號進行室內分配,是一種極為靈活的覆蓋方式,能夠很好地滿足較大區域室內覆蓋以及地鐵、隧道的覆蓋。

二、建筑物室內無縫覆蓋解決方案

  建筑物室內覆蓋需要考慮的基本因素有:隔墻的阻擋5~20dB、樓層的阻擋20dB以上、家具及其它障礙物的阻擋2~15dB、多徑衰落及高層建筑物上的"孤島效應"和"乒乓效應"。 下面主要介紹目前建筑物室內覆蓋的最佳解決方案:信號源+分布式天線系統。

圖1 建筑物室內覆蓋示意圖


  如圖1所示,信號源如果為微蜂窩MB,則可以直接采用同軸電纜進大樓,或者利用智能大廈預埋的光纖和五類非屏蔽雙絞線進大樓;信號源如果為宏蜂窩BTS,可以考慮分別用不同扇區引出信號覆蓋多個建筑物,進入大樓方式與微蜂窩相同,宏蜂窩與遠地建筑物之間可采用光纖傳輸方式;信號源如果為直放站RR,在室外宏蜂窩存在富余容量的情況下,通過直放站RR將室外信號引入室內的覆蓋盲區。直放站不需要額外的基站設備和傳輸設備,安裝簡便靈活。 比較以上三種信號源,采用微蜂窩和宏蜂窩可以吸收話務量,適于話務繁忙的高檔服務區的室內覆蓋,但建設的設備投入較大、工程周期較長;而直放站將空閑基站的信號引到繁忙基站的室內覆蓋區內,實現疏忙,并且直放站容易在短時間內開通,但是應用直放站一定要預先做好頻率規劃以避免干擾,而且直放站不能解決話務量溢出問題,也不利于網絡管理。 實現建筑物室內無縫覆蓋的分布式天線系統,主要有三種:

  1、無源同軸分布式天線系統

  信號源發出的射頻信號經過同軸電纜、耦合器、功分器和室內天線,均勻地分配到覆蓋區域的每一個角落。其優點為系統造價低,由于本身為無源系統,所以可靠性高和系統產生互調干擾產物甚低;缺點是因為信號在傳輸過程中無增益,所以在能量估算問題上需要精確計算,才能完成預計覆蓋區域,因此設計修改麻煩、設計與施工技術含量較高。

  2、有源同軸分布式天線系統

  在無源同軸分布式天線系統的基礎上增加放大器,即實現了有源同軸分布式天線系統,并且可以同時使用多級放大器。其優點為設計與施工簡單方便,信號強度動態可調,系統具有良好的可擴展性,是一種極為靈活的通用室內覆蓋系統;缺點是因為系統涉及到多個有源器件,互調產物多,可靠性低,需要實時監控和維護。

  3、光纖分布式天線系統

  光纖分布式天線系統利用單模光纖將射頻信號傳輸到建筑物內部各個地方,通常光纖和同軸電纜結合使用,在建筑物縱平面上采用光纖傳輸,橫平面上進入樓層以后采用同軸電纜傳輸;有時也利用光纖實現信號在不同建筑物間的傳輸,進入建筑物以后采用同軸電纜傳輸;如果為智能大廈設計室內無縫覆蓋,可以充分利用其預埋的光纖和五類非屏蔽雙絞線實現室內覆蓋,通過電光轉換單元在縱平面上采用光纖傳輸,再通過光電轉換單元在橫平面上采用五類非屏蔽雙絞線傳輸信號。因此光纖分布式天線系統是用于大面積、遠距離復雜區域的室內覆蓋。 

三、地鐵和隧道的無縫覆蓋解決方案

  前地鐵和隧道的無縫覆蓋由于彎道多、環境封閉,主要通過信號源+分布式天線系統來實現,根據信號源的不同,有兩種覆蓋方式:微蜂窩方式和宏蜂窩+直放站方式。根據站廳、站臺和隧道等覆蓋區域的不同,分布式天線系統可以分別采用同軸分布式天線系統、泄漏電纜等方式。首先比較兩種信號源方式的優劣勢:

  1、信號源為微蜂窩:能顯著提高網絡容量,單位面積內吸收更高的話務;體積小,壁掛式安裝方便靈活,不需要特別安置空間;同一站址的微蜂窩還可以通過級聯方式節約傳輸鏈路,中興微蜂窩設備最多可實現三級級聯捆綁;通過操作維護平臺能實現雙向信息交流的遠程監控和操作維護,從而簡化了系統運營過程中的故障告警和維護程序,降低了運營成本;可靠性高,當某一個微蜂窩出現故障時,只會影響到該微蜂窩以及與之級聯的最多兩個微蜂窩所覆蓋區域的通信。

  2、信號源為宏蜂窩+直放站:這種方式通過專門為地鐵建設的幾個大容量的宏蜂窩,再由直放站將信號引入到地鐵內部,很好地解決了僅用直放站引入信號不能提高網絡容量的問題,而且直放站的安裝簡便靈活;但是宏蜂窩設備投入較大、建設周期較長,并且需要占用一定的室內面積用于放置;宏蜂窩近端信號輸出電平較大,必須采取措施才能實現均勻的室內分布,但是會影響傳輸距離;可靠性低,當直放站通過星型或鏈型連接在宏蜂窩上時,一旦該宏蜂窩出現故障,將影響所有與之相連的直放站所覆蓋的區域的無線通信;不易監控管理和日常維護,直放站作為有源器件,一般只具備上行告警功能,因此監控設備無法遠程實現對直放站的故障定位和維護操作。

  其次考慮不同的覆蓋采用不同的分布天線系統。如圖2所示:

  站廳區域的覆蓋:站廳一般采用同軸分布式系統作為信號源的延伸,最后由天線陣列將信號均勻地輻射到站廳的每一個角落,此覆蓋方式與前面介紹的建筑物室內覆蓋方式完全一樣,此處不再贅述。

  站臺區域的覆蓋:站臺形狀一般為長條形,完全可以和隧道一起考慮采用泄漏電纜方式覆蓋,但也可以考慮采用同軸分布式天線系統來實現對站臺的覆蓋。

  隧道區域的覆蓋:國際上對地鐵隧道一般采用泄漏電纜進行覆蓋。泄漏射頻電纜在輸送信號的同時也發射、接收信號,其特點是均勻場強,可以適應彎道使用;同時泄漏電纜具有較寬的工作頻段,非常適合多頻段分布系統使用。

圖2 地鐵和隧道室內覆蓋示意圖


四、高速公路和鐵路沿線的無縫覆蓋解決方案

  高速公路和鐵路沿線覆蓋的網絡特性主要有以下幾點:

  1、低話務量

  高速公路沿線的小區覆蓋范圍一般都比較大、話務量較小,在滿足覆蓋要求的情況下站點盡量少,這樣有利于節省投資,也便于以后維護;先用天線高、發射功率大的基站進行大范圍覆蓋,再在盲區和彎曲復雜地區增設微蜂窩。重點是解決覆蓋。

  2、帶狀連續覆蓋

  這與大中城市或平原農村的覆蓋有著較大區別,故公路的覆蓋多采用雙向小區;在穿過城鎮,旅游點的地區也綜合采用三向、全向小區;在網絡拓撲結構上可考慮鏈型連接,以節省傳輸鏈路。如圖3所示。

圖3 高速公路的帶狀連續覆蓋示意圖


  3、用戶高速移動

  要對切換參數加以精心設置;同時也要考慮汽車的穿透損耗對覆蓋半徑的影響,留出較大的余量。

  4、地形地貌復雜

  高速公路和鐵路所經過的地形往往復雜多變,有平原、高山、樹林、隧道等,還要穿過鄉村和城鎮,所以對其無線網絡的規劃一定要在充分勘查的基礎上具體對待各段公路,靈活組網;在無線網絡投入運行后,還要全面進行路測,發現問題,及時加以調整和改進。

  在實現高速公路和鐵路無縫覆蓋的過程中,對于基站類型的選擇一般有以下幾點考慮:

  在能實現大范圍覆蓋的地方盡量采用宏蜂窩:如平原地區、城鎮,還可以安裝塔頂放大器擴大覆蓋范圍;在山區道路的彎道處建站,如果彎道兩端道路較直,一個基站能實現較遠距離的覆蓋,可選用宏蜂窩雙向站、或單小區兩方向發射站;如果建站條件不好,設備機房選擇困難,可以考慮使用室外型宏蜂窩,也可以采用微蜂窩+雙向放大器。

  在能達到覆蓋要求時盡量采用全向站:不靠近城鎮的公路和鐵路區段的話務量較低,盡量采用簡單、經濟的全向站。

  實現近距離覆蓋或補充盲區用微蜂窩:如果出現連續彎道,宏蜂窩無法覆蓋很遠,可選用微蜂窩覆蓋作為補充;如果缺少宏蜂窩的建站條件,也可以用微蜂窩代替,微蜂窩基站外接高增益天線和BOOSTER,也可以實現大范圍覆蓋。微蜂窩基站具有安裝方便、經濟實用、對環境要求比較低等特點。

  針對山區的有阻擋地區,可以考慮使用直放站:在山區建站,可在宏蜂窩中嵌微蜂窩,或者使用直放站,解決信號的不連續性。

  除此之外,其它需要考慮的因素還有:為高速移動預留惡化量;注意山體對信號的反射;時間色散的影響;最大定時提前量的影響;對隧道覆蓋的考慮;對無線參數的調整等。

  對高速公路和鐵路的無縫覆蓋一般應遵循如下幾個基本原則:

  ●站距考慮:公路覆蓋的小區半徑一般比較大。
  ●天線考慮:天線安裝的高度比較高;使用窄波瓣的高增益天線;天線的主瓣沿公路方向形成覆蓋,不使用下傾或小角度下傾。
  ●饋線系統:采用低損耗饋纜;使用塔放改善上行鏈路;使用雙向放大器BOOSTER,同時改善上、下行鏈路;使用中興特有的免饋線微型基站。
  ●傳輸考慮:E1用于可以解決傳輸的地區;在沒有傳輸的情況下或者傳輸代價比較大的情況下,首選微波解決;公路沿線在有光纖傳輸設備的情況下,直接利用光纖進行BTS組網;有條件時可以利用衛星實現傳輸。
  ●電源考慮:盡量要求電源穩定;蓄電池容量適度增大;有條件的地方可設車載柴油發電機。
  ●組網配置考慮:公路的小區設置一般為鏈型或者鏈型+樹型配置。
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