TD-SCDMA室内外协同覆盖及优化策略

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TD-SCDMA室内外协同覆盖及优化策略
Cww.net.cn 2007年6月25日 17:36 通信世界周刊
    广东省电信规划设计院有限公司移动通信咨询设计院  肖育苗 陈行
    根据用户的生活习惯和数据业务的行为分析，绝大多数的3G业务将会发生在室内，室内覆盖的完善是3G取得成功的关键因素之一。本文从介绍TD-SCDMA室内覆盖系统组成、特点及典型场景入手，分析了TD-SCDMA系统室内外站点协同覆盖应把握的关键问题，给出了室内外站点协同优化的策略。
    一、引言
    众所周知，丰富多彩的数据业务和多媒体业务将是3G业务的重点。根据用户的生活习惯和数据业务的行为分析，绝大多数的数据和多媒体业务将会发生在室内。由目前2G/2.5G网络的运营经验可知，移动用户的60%也分布在室内。NTTDoCoMo的统计数据也表明，3G室内业务量占到网络总业务量的69.7%，主要原因在于室内提供舒适的环境，用户的等候时间也大多在室内消磨，他们也更喜欢在室内使用视频电话、游戏等高速数据业务。所以就以上几方面而言，室内覆盖对3G来讲有着更多的重要性，而且在现有网络覆盖情况已经比较完善的情况下，用户会要求3G有更完善的网络覆盖，这样用户才会考虑使用3G网络。因此，提高室内覆盖能力，不仅可以给用户带来更好的业务使用体验，还可以分散用户过于密集地区的网络压力，更可以与其他运营商的网络争夺室内话务量。可以肯定的是，室内覆盖的完善是3G取得成功的关键因素之一。
    目前，TD-SCDMA试验网的建设正在如火如荼地进行中。但是由于我国目前还没有真正意义上的TD商用网络，在TD-SCDMA室内覆盖方面也尚处于探索阶段，因此在这种形势下，研究如何协调室内外站点的信号、平衡室内外覆盖，使网络性能更加优化的问题，对提高TD-SCDMA网络质量有着至关重要的作用。本文从介绍TD-SCDMA室内覆盖系统组成、特点及典型场景入手，分析了TD-SCDMA系统室内外站点协同覆盖应把握的关键问题，给出了室内外站点协同优化的策略。
    二、TD-SCDMA室内分布系统
    1．TD-SCDMA室内分布系统的组成
    与传统的室内分布系统类似，TD-SCDMA的室内分布系统也主要由两部分组成：信号源和分布系统。信号源即提供小区信号的设备，主要包括宏基站、微基站、射频拉远基站或直放站等几种类型；分布系统包括传输介质、元器件和天线：传输介质有同轴电缆、光纤、泄露电缆等，信号在传输介质中传输，有时根据覆盖的需要还要通过放大设备对信号进行放大；元器件包括干线放大器、功分器、耦合器、合路器等；天线是室内分布系统发射和接收信号的部分，分为全向天线和定向天线，出于室内传播环境和工程上的考虑，智能天线暂未引入到室内分布系统覆盖中，TD-SCDMA室内分布系统可与其他系统共用相同的天线器件。
    典型的TD-SCDMA室内分布系统示结构如图1所示。

    2．TD-SCDMA室内分布系统的特点
    虽然在系统组成上TD-SCDMA室内分布系统与其他通信体制的室内分布系统类似，但也有以下独特的特点。
    （1）TD-SCDMA室内分布系统不使用智能天线，系统覆盖、容量和质量均受到影响。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，而不是固定值。
    （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。
    3．典型TD-SCDMA室内分布系统解决方案
    TD-SCDMA的室内分布系统设计和建设，应根据覆盖目标、服务类型、工程成本等方面的要求合理选取适当的信号源、元器件和传输介质。根据应用场景的不同，可灵活使用不同的方案来达到覆盖需求和容量需求的完整统一。
    下面就介绍几种典型的TD-SCDMA室内覆盖系统解决方案。
    （1）微蜂窝＋干线放大器＋室内分布系统，时隙上下行非对称分配
    该方式采用独立的基站系统，可以独立承载话务量，并能分担宏小区话务。该方式虽然需要传输和供电设备，但是实施简单，更重要的是能够提供更多的网络资源，可以灵活结合具体室内分布系统来实现室内覆盖。因此，该方式通常应用于面积比较大或者人流量比较大、话务量比较高、数据业务占有一定比例的室内覆盖区域，如写字楼、高档酒店或会展中心等。
    （2）微蜂窝＋室内分布系统，时隙上下行对称分配
    对于居民住宅区等以话音为主的中小面积楼宇，可采用该方式，独立承载话务的基站系统可保证话音业务的高质量和稳定性，因数据业务不多，因此时隙上、下行对称分配即可。
    （3）射频拉远基站采用室内、室外混合覆盖
    该方式的优点在于建设成本低，室外基站的基带部分可以同时处理室内和室外的话务量，无需严格的机房和建站条件，同时可灵活地结合具体的室内覆盖系统，并且配置和实施十分灵活。缺点在于要仔细核算基站的基带所能承载的处理能力，同时远端无线接入设备需要独立的传输和供电设备。
    （4）直放站＋室内分布系统
    该方式实施简单，但因为没有提供新的网络资源，该方式适用于话务量较低的建筑。同时，它还需要保证直放站接收和发射天线之间的隔离度。对于地下室、停车场等强调覆盖而非容量的建筑，直放站是不错的选择。
    三、TD-SCDMA室内外协同覆盖及优化策略
    1．TD-SCDMA室内外协同覆盖
    众所周知，室外网络的覆盖是连续的，而室内网络的覆盖则是离散的。连续覆盖的室外网络和离散分布的室内网络共同完成了全网整体的覆盖。因此针对特定的一片区域，必须将离散的室内覆盖与室外网络特定的环境结合起来，实现真正的室内外协同的覆盖。
    （1）室内覆盖区域选择
    在TD-SCDMA网络建设中，室内环境将成为运营商重点考虑的信号覆盖区域，要做好TD-SCDMA网络室内外协同覆盖，首先必须选择合适的室内覆盖区域，建立综合考虑室内外覆盖平衡的网络结构。
    TD-SCDMA室内覆盖系统的建设应根据覆盖等级、话务等级，结合市场发展策略，确定建设优先级，分批建设。对无法利用室外基站信号达到室内良好覆盖以及对业务需求大的公共场所，应优先安排建设。
    根据权威调查公司的影响力模型分析结果，对于新的移动通信产品，年轻人、白领商务人士的态度对其他人群是否使用该产品的影响力最大。对于新运营商，要扩大品牌效应，应有针对性地对年轻人、商务白领人士经常活动的场所优先覆盖。优先覆盖的原则如下。
    从建筑物的性质考虑：大型公共场所、重要办公楼优先。
    从话务量角度考虑：高业务量区域、人流量大的区域优先。对拥有二代网络的运营商而言，应优先考虑2G／3G需求有交集的建筑。可根据2G网络的话务量来分析3G的需求。
    从覆盖角度考虑：根据2G的经验，楼高15层以上、单层面积超过1200平方米、室内间隔较多的建筑物优先。如果存在2G网络，且TD-SCDMA规划站址相同，可根据目前2G的覆盖情况较准确地预测TD-SCDMA覆盖情况；也可根据室外基站规划仿真结果，对室外基站能否解决室内覆盖进行初步判断。
    （2）室内外异频组网方案
    做好室内外信号之间的平衡对同频组网提出了很高的要求，因此，异频组网成为解决室内外信号之间干扰和泄漏的一种良好方案。室内外异频组网可采用以下几种方案。
    全异频组网方案
    相比全同频组网方案而言，全异频组网方案能够很好地解决室内外信号的干扰和泄露，快速共用2G系统，有效分担室外网络负荷。全同频组网方案必须规划好室内外出入口，如正门口、车库等区域的硬切换。当室外信号在室内出入口上迅速衰减时，由室外到室内可以采取基于RSCP的切换策略，而由室内到室外则可采取盲切策略，从而大幅度提高异频硬切换成功率。
    一层同频、全楼异频组网方案
    一层同频、全楼异频组网方案则拥有了全异频组网方案的全部优点。现在越来越多的建筑物采用钢筋构架玻璃幕墙的方式，室外信号对室内的影响越加明显。为了消除室外信号在室内的影响，特别在一层单独引入一个低价小功率信号源产生的同频小区信号，用户由室外到室内时，经由该同频小区盲切到室内异频小区，可解决室外小区因起压模测量而消耗容量的问题，并且能提供良好的切换区域控制。
    2．TD-SCDMA室内外站点协同优化策略
    TD-SCDMA网络是自干扰系统，室内分布系统的信号泄漏容易造成对室外信号的干扰，导致室外用户选用室内信号，使切换增多，从而增加室外的掉话率。而室外信号过强也会对室内覆盖系统产生不良的影响。因此，统一规划室内外站点后，我们仍要做好室内外站点协同优化的相关工作，平衡室内外信号，使覆盖效果达到最佳。根据室内外信号泄漏的几种情况，协同优化建议采用如下策略。
    （1）高层建筑室内分布系统信号外泄的情况
    目前城市高层建筑多为玻璃外墙，室内分布系统的信号很容易就泄漏到室外，对室外基站小区信号形成干扰，尤其是高层建筑的室内分布系统，由于所处地理位置高，控制不好就会泄漏很远，对室外大片区域构成干扰。因此，高层建筑的室内分布系统，应采取小功率、多天线的覆盖方式，室内天线口功率较小，泄漏到室外小区的信号相对较弱，干扰相对就小，而且，这种覆盖方式天线覆盖半径减小，穿墙损耗小，覆盖效果也更好。
    另外，在高层建筑的室内分布系统建设中，如果工程安装条件许可，可以在高层建筑室内靠窗位置安装定向天线，从窗边向室内进行覆盖，借助窗边墙体遮挡和定向天线后瓣抑制，可以有效地防止室内信号外泄对室外小区造成干扰。在小区覆盖分布系统设计时，我们也采取高前后比的定向天线从室外向室内高层进行覆盖的方式，充分利用小区内建筑物墙体和定向天线的高前后比，防止信号外泄。
    （2）中低层建筑室内分布系统信号外泄的情况
    对于中低层建筑，室内信号主要是从大厅、地下室等处经窗户和出口泄漏到室外，从而增加了不必要的室内外切换，使网络服务质量下降。这种情况，主要通过调整室内信号发射功率、优化切换参数等手段进行优化和控制。
    （3）室外信号向室内泄漏的情况
    在有墙壁阻挡的区域，室外信号对室内信号的影响较小，而只有在玻璃阻挡的情况下，室外信号将对室内窗户附近的信号产生较大影响，导致窗户附近成为切换区域，切换频繁。这种情况下，我们可对室外基站参数进行优化，控制室内信号的范围，以保证室内窗户附近使用的室内信号强度；或在室内窗户附近区域增加天线，以提高室内信号强度。
    结束语
    通过以上分析可以看出，TD-SCDMA系统室内、外是相互作用和相互干扰的整体，室内、外站点必须综合考虑，合理利用建筑物的遮挡，并采用合适的协调优化策略，才能达到协同覆盖的效果。而更加详细的优化参数调整方案，需在实际的网络测试中根据工程经验分析总

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