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室内分布系统TD-SCDMA改造方案

发布日期:2012-03-20 点击次数:1936

室内分布系统TD-SCDMA改造方案
  随着信息化的高速推进,个人手持通信设备的使用者日益增多,对通信服务的需求也不断提高,随之而来的是对无线信号覆盖的要求也越来越高。据统计,在移动电话使用中,室内用户数大于室外用户数2倍以上,用户更趋向于在室内使用移动电话。然而3G频段较高,信号穿透力弱,很难实现对室内的深度覆盖。
  TD-SCDMA网络以数据业务为主,而大部分数据业务都发生在室内,因此在TD-SCDMA建网初期,在一些室内热点地区引入TD-SCDMA室内分布系统是非常必要的。实施室内覆盖工程后,建筑物内话务量一般可以增大1.4倍,同时可减轻室外网络的负荷及扩容压力,降低室外网络的整体干扰,提高网络服务质量。
1 TD-SCDMA室内分布系统的特点
  TD-SCDMA室内分布系统与其他通信体制的室内分布系统相比,具有以下特点:
  (1)TD-SCDMA室内分布系统不使用智能天线,系统覆盖、容量和质量均受影响。业务信道没有下行链路赋型增益,同室外覆盖方式相比,业务信道下行功率要低6dB~8dB。由于缺少智能天线,上行干扰也得不到很好的控制。
  (2)公共信道和业务信道的覆盖分开考虑。由于室内业务信道没有智能天线赋形增益,因此它是一个业务信道覆盖受限系统。TD-SCDMA的导频功率可以根据要求灵活设置,不是固定值。
  (3)各业务覆盖基本一致。TD-SCDMA系统的呼吸效应不明显,对各种速率的业务基本实现同径覆盖。
  (4)支持不对称数据业务,可根据上下行业务量调整时隙配置。
  (5)工作频段高、损耗大,信号室内传播能力差,深层覆盖难度大。
  (6)为减少室内、室外干扰,室内、室外更适于采用异频组网方式。
  (7)在室内分布区域向室外覆盖区域移动时,不能采用接力切换,只能选择硬切换。
  (8)需控制系统设备时延。TD-SCDMA基站覆盖最大半径为11.25km,这就要求室内分布系统中继设备不能有大的传输时延,以保证下行链路之间互不干扰。
  (9)采用上行同步技术,对直放站和干放的技术要求提高。
  (10)大部分信源需要引入单独的GPS天线,并选择合适的位置进行安装。
2 TD-SCDMA室内分布系统建设原则
  TD-SCDMA室内分布系统建设应统一考虑覆盖、容量、质量三方面的需求。同时受远近效应的制约,设计中应平衡考虑单天线的覆盖范围。在共享2G室内分布系统时,需要注意和其他通信系统间的干扰和多系统功率匹配。根据TD-SCDMA技术特点,本文提出以下TD-SCDMA室内分布系统建设原则。
  (1) 满足目标区域的覆盖、容量、质量三方面需求;
  (2) 建综合分布系统,采用宽带无源器件;
  (3) 为节约资源,尽量共用现有的室内天线分布系统;
  (4) 尽量减小对现有2G系统的影响;
  (5) 通过合理的功率配置,尽量少用TD-SCDMA干放;
  (6) 尽量减少加入无源器件,减少器件插损;
  (7) 综合考虑建设及运维成本;
  (8) 全面考虑系统兼容、升级、扩容能力。
  根据以上原则,信号源选取时需要考虑以下因素:一是建筑物的覆盖、容量和质量需求,适当考虑建筑物远期的业务发展需求;二是信号源是否有安装位置,是否满足取电条件;三是周围的网络状况以及信号传输到位情况。
  分布系统设计时需要考虑覆盖、切换和干扰等因素。其中覆盖应考虑信号功率分配、信号链路损耗、终端接收灵敏度、功率余量等因素;切换包括室外室内切换、室内切换、电梯内外切换等,还应考虑切换区域、切换方式、切换成功率等因素;干扰应考虑3G系统开通前后对原有系统与3G系统的相互影响。
  根据TD-SCDMA室内分布测试情况,表1列出了TD-SCDMA室内分布系统设计的业务质量指标要求。
  表1 TD-SCDMA室内分布系统建设的质量指标
 
  为减少室内分布系统对室外系统的影响,需要满足如下条件:除规定室内边缘信号电平外,室内覆盖系统不得过度覆盖室外,距建有室内分布系统的建筑物10米处,室内信号应比室外最强信号电平低9dB以上,或室内信号泄漏至室外10米处的导频信号强度不高于-95dBm。
3 分布系统共享分析
  当多个系统共用一个分布系统时,功率匹配是最大的问题。功率匹配需综合考虑信号源输出功率差异,不同频段的信号在分布系统中的传输损耗差异,边缘覆盖场强的不同要求、不同频段的信号空间传播损耗差异等因素。表2是综合考虑以上因素,得到的各通信系统相关典型参数值。
  表2 室内分布系统功率匹配综合分析
 
  由表2可以看出,在同一个分布系统中,把多个系统信号源直接耦合,不同系统得到的剩余允许损耗差异巨大。在所有的系统中,CDMA800、GSM和DCS1800覆盖效果最好,WCDMA和TD-SCDMA效果次之,PHS和WLAN的覆盖效果最差。在分布系统中,各系统的支路损耗在5dB左右,相差不大,因此共用分布系统支路的难度不大。同时,各系统的干路损耗在2dB之内,似乎更适于共用。然而各个系统由于容量和功率匹配的需要,在干路上要做不同的处理方式,所以TD-SCDMA多系统共享分布系统时,干路很难共用,除非是小型分布系统。
4 分布系统改造方案
  室内分布系统要解决的首要问题,是能够为室内用户提供良好的无线信号覆盖环境。通常按照建筑物面积和类型,室内分布应用场景分为:微型建筑(6000m2以下面积)、小型建筑(6000m2~12000m2面积)、中型建筑(12000m2~60000m2面积)和大型建筑(60000m2以上面积)等。改造现有室内覆盖系统,可以按以下步骤进行:
  (1) 收集现有分布系统设计图,包括拓扑接口、功率配置及线缆种类、长度等信息;
  (2) 对现有无源器件进行核查,部分器件需要替换,保证其支持TD-SCDMA频段;
  (3) 重新核算各个分布天线的输入功率;
  (4) 选择典型楼层,计算每个天线的覆盖距离和阻挡情况;
  (5) 根据每个天线的输入功率和典型楼层的天线拓扑图,核实该楼层信号覆盖情况;
  (6) 根据各楼层信号输出功率和拓扑结构,找出有源设备的节点架设位置;
  (7) 确定主干路由及TD-SCDMA信号源位置。
  以下分别介绍4种不同规格室内分布系统的TD-SCDMA改造方案。
  4.1 微型建筑
  微型建筑室内面积较小,信号源输入功率有限,分布系统均采用无源器件,可以在2G信号源输入端口直接耦合TD-SCDMA信号,采用同位置合路方式,实现分布系统共享,参见图1。
 
  图1 微型分布系统改造方式
  在微型分布系统改造方式中,需要确认两点:一是检查原有的无源器件是否支持TD-SCDMA频段,如果不支持,耦合器、功分器等无源器件就要更换为宽频器件。二是根据室内空间传播损耗,检查原有分布天线密度是否足够。如果原有分布系统不可以直接利用,就需要增加分布天线数量,并在此基础上,减小2G信号源功率。
  4.2 小型建筑
  在早期的2G分布系统中,使用了许多6D、8D的馈线,这使2G/3G通信系统的损耗差异加大。此时,可以采用同位置合路方式,只需将部分馈线更换为更粗、衰耗更小的馈线即可,参见图2。  
 
  图2 小型分布系统改造方式
  在小型分布系统中,同样应该考虑无源器件的带宽和分布天线的密度是否满足TD-SCDMA系统要求(下同)。在此方案中,必须降低原2G设备的输出功率,以保证天线口功率不变。
  4.3 中型建筑
  在中型室内分布系统中,经常有干放等有源设备。此时,TD-SCDMA信号源的单个通道已经不能满足分布系统的功率需求,因此不能采用同位置合路方式,只能采用末端合路方式,共享支路分布系统,而不能共享干路分布系统,参见图3。  
 
  图3 中型分布系统改造方式
  上图中,2G/3G的干放是可选器件,不是必备器件。在此方案中,在不增加分布天线数量的情况下,由于引入了TD-SCDMA合路器,带来了插入损耗,应该略微提高原2G设备的输出功率,以保证天线口功率不变。
  4.4 大型建筑
  在大型室内分布系统中,通常采用光纤分布系统,包含光放大器和光耦合等器件。此时,采用单个TD-SCDMA信号源已经满足不了分布系统功率需求,应以BBU+RRU作为信号源,采用末端合路方式,参见图4。  
 
  图4 大型分布系统改造方式
  上图中,在2G/3G改造框内,2G与3G信号在光干放处合路,并转换为射频信号,覆盖楼宇的支路分布系统。2G干路分布系统使用楼宇内光传输系统,3G干路分布系统可以利用大楼已有光纤,或者重新铺设光纤。
5 总结
  在TD-SCDMA室内覆盖系统建设中,要充分利用楼宇内已有的室内分布系统。本文从TD-SCDMA室内分布系统特点出发,得出了TD-SCDMA室内分布系统建设的基本原则。分析了TD-SCDMA与其他通信系统共享室内分布系统功率匹配问题,从而提出了微型、小型、中型和大型四种典型2G分布系统的TD-SCDMA改造方案。该改造方案充分考虑了2G室内分布系统现状和TD-SCDMA技术特点,对现有分布系统改变少,且建设快、投资少、维护容易。
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